現代科技革命與醫學影像學的發展①

摘 要:本文簡要闡述了醫學影像學的一些最新進展，以及現代科技革命與醫學影像學發展的關系。醫學影像學作為一種現代化的醫學診療技術，自從其誕生伊始，就不斷地發展和完善，這種發展和完善是通過科技革命的內在推動力來實現的。同時，醫學影像學在臨床上的廣泛應用，極大地推動著科學技術的發展和人類社會的進步。醫學影像學與現代科技進步二者之間相輔相成，相互促進，共同發展。

關鍵詞:科技革命 醫學影像學 CT MRI X線成像

中圖分類號:R812文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(b)-0215-02

現代科技革命又稱第三次科技革命。它的實質是生產力的革命、知識的革命和管理的革命，它不僅極大地推動了人類經濟、政治的變革，也促進了文化、體育等諸多領域的發展。現代科技革命的內涵及時間上如何劃分等，至今尚有不同說法。美國阿爾溫·托夫勒在其《第三次浪潮》一書中認為，人類歷史上經歷了兩次文明浪潮:農業社會和工業文明時代。美國預測學家奈斯比特在其《大趨勢》一書中，將工業社會的發展分為四個階段，即紡織機械化和煤炭煉鐵、蒸汽機和煉鋼技術、電動機和內燃機、電子技術階段。除此之外，還有二次產業革命論、三次產業革命論、四次產業革命論等提法。

人類所及的各種領域，無不深深打上現代科技革命的烙印，因而現代科技革命在各種領域都表現為當今時代的一個基本特征。現代科技革命極大地改變著自然、社會和人類的面貌，給人類帶來空前偉大的現代新文明，造福子孫后代，現在已進入人類-科技-自然協調發展的新時代。可以說，現代科技與現代人類已開始進入水乳交融的境界。醫學的各個領域也不例外，其中醫學影像學的發展更是如此。縱觀醫學影像學的發展，我們可以從中深深體會到現代科技革命的地位和作用。

1 X線技術的進展

1875年11月8日德國物理學家倫琴發現了一種新型射線，并于11月22日為夫人拍攝了一張手部X線照片，也是人類第一張X線影像。倫琴于1870年1月23日將這一重大發現在沃爾茲堡物理醫學會上報告。與會的Kolliker教授提議將該射線命名為倫琴射線，但倫琴愿意謙遜地稱它為X射線，簡稱X線。這就是倫琴射線和X射線的由來。除少數德語國家稱它為倫琴射線，全球普遍稱它為X線。

隨后，X線被廣泛的應用于對疾病的診斷和治療，形成了放射診斷學和放射治療學。X線還用于疾病的預防、康復和預后隨訪。在醫學之外，還用于X線衍射分析和工業探傷等多種用途。因此，X線的發現對人類做出了重大貢獻[1]。

隨著醫學影像高、精、尖技術的迅猛發展，傳統X線攝影已逐步顯示其弊端。首先，常規X線攝影沿用膠片/增感屏系統，成像后由膠片記錄，需暗室沖洗。并且為了提高膠片的利用價值，影像科不得不建立片庫來貯存數量龐大的膠片，以便對膠片進行管理。然而管理膠片既要一定的空間和費用，而且經常發生歸錯檔，膠片丟失等事故，并隨著膠片數量的增多，問題日趨突出。其次，X線攝影需要的曝光劑量相對較大，且X線攝影一旦完成，影像質量再不能改善，當質量達不到要求時往往需要重拍。給投資者和患者帶來額外的經濟負擔。再者，膠片的丟失、片損和變質所引起的信息丟失也是一個難于解決的問題。有關資料表明:即使一個管理制度較完善的醫院，由于借出、會診等，X線膠片丟失率也會在10%～20%。

由此，數字化X線攝影應運而生。數字攝影有如下優點:(1)可在拍攝后立即在監視器上得到圖像，不必等待沖洗，減少病人的等待時間。(2)可用高達每秒5～8幅的速度采集圖像，這對于一些活動部位的檢查，提高了拍攝的成功率，而減少了不必要的透視觀察和重拍。(3)對于拍攝的圖像可以進行篩選，有用的用激光或多幅機機記錄下來，不理想的抹掉。對有用圖像可以進行單幅或多幅圖像凍結，動畫、電影回放，窗寬、窗位調整，邊緣處理，正反灰度切換，對比度增強，灰度變換，降噪及銳化等后處理，進一步提高圖像的質量和表現能力。(4)數字攝影系統用于胃腸攝影上，可以方便地進行造影;如果用軟件代替快速換片器，可以達到一機多用;有的還含有數字減影(DSA)功能，更為方便。(5)可降低病人受照射線量，并可提供無限量的原始照片。(6)可與其他數字設備聯網，便于信息傳遞和保存[2]。

2 CT技術的進展

如果說X線的發現開創了人類利用X線診斷和治療疾病的新紀元的話，70年代初，CT的研制、開發并應用于臨床，應該看成是放射學得到進一步發展和更好服務于人類健康新的里程碑。CT即計算機X線斷層掃描攝影術，是近代飛速發展的電子計算機控制技術和X線檢查攝影技術相結合的產物。CT于1972年由英國物理學家研制成功，這是X線在放射學中的一大革命。目前CT檢查已成為醫學診斷中不可缺少的設備[3]。

CT是從X線機發展而來的，但其分辨率和定性診斷準確率大大高于一般X線機，從而開闊了X線檢查的適應范圍。CT是用X線束對人體的某一部分按一定厚度的層面進行掃描，當X線射向人體組織時，部分射線被組織吸收，部分射線穿過人體被檢測器官接收，產生信號。因為人體各種組織的疏密程度不同，X線的穿透能力不同，所以檢測器接收到的射線就有了差異。將所接收的這種有差異的射線信號，轉變為數字信息后由計算機進行處理，輸出到顯示的熒光屏上顯示出圖像，這種圖像被稱為橫斷面圖像。

CT的特點是操作簡便，對病人來說無痛苦，其密度、分辨率高，可以觀察到人體內非常小的病變。CT使用的X線探測系統比傳統X線攝影膠片敏感，是利用計算機處理探測器所得到的資料，它能區別差異極小的X線吸收值。CT能區分的密度范圍多達2000級以上，而傳統X線片大約只能區分20級密度。這種密度分辨率，不僅能區分脂肪與其他軟組織，也能分辨軟組織的密度等級[4]。CT直接顯示X線平片無法顯示的器官和病變，它在發現病變、確定病變的相對空間位置、大小、數目方面非常敏感而可靠，具有特殊的價值，這種革命性技術顯著地改變了許多疾病的診斷方式。

3 MRI技術的進展

核磁共振從其一開始就與諾貝爾獎聯在一起，1945年以F.Bloch和E.M.Purcell為首的兩個小組同時發現核磁共振現象，為此獲得1952年諾貝爾物理獎。由于核磁共振提供分子空間立體結構的信息，發展成為分析分子結構和研究化學動力學的重要手段，在有機化學、生物化學、藥物化學等領域里得到廣泛的應用。廣泛的應用又反過來對核磁共振技術提出更高的要求，推動核磁共振技術的快速發展。

MRI的優越性超過其他影像學檢查。MRI能像CT那樣提供人體組織器官的層面影像，并有良好的對比分辨率和空間分辨率，可清楚勾畫出腦部和脊髓的解剖和病變情況;它又能像核醫學那樣提供人體生理學情況，而不需應用放射性同位素，使人體免受放射輻射的危害;MRI還可像B超那樣了解組織的組成部分，MRI應用相位對比法和時間飛越法，不必應用造影劑即可了解血管的解剖和血管病變，這稱為磁共振血管造影(MRA);MRI能像使用關節造影劑那樣清楚顯示關節結構和關節周圍的情況[6]。簡而言之，MRI可顯示人體不同部位高質量的切面圖像，提供解剖、生理和病理的詳情。正因MRI有如此多的功能，所以能在臨床得以廣泛應用。MRI常用于診斷顱腦外傷，腦出血，腦梗塞，腦腫瘤，脊柱腫瘤，椎間盤突出，肝臟、胰腺和腎的腫瘤，以及骨腫瘤等，幾乎全身部位都可用MRI來檢查。

4 超聲成像技術

20世紀80年代的超聲設備采用數字掃描變換器和內置式微機系統解決了圖像的數字化;20世紀90年代后開始把數字技術延伸到超聲的發射和接收，即采用數字聲束形成技術，發射一次超聲脈沖后，利用多個陣元接收的回波信號，形成多條接收聲束。高檔超聲診斷儀均采用全數字化聲束形成方式，實現了動態聚焦和動態變跡，提高了成像的分辨率和實時性。目前，東芝公司的SSA-380A和Acuson公司的Sequoia512超聲系統都采用了數字式4聲束技術，國內也實現了9至34聲束的數字形成技術。目前，超聲設備的計算機系統向著運算速度更快(有的已達140億次/s)，成像后處理軟件更多、功能更強發展。如彩色流速顯像，通過直接測量紅細胞群在單位時間內位移而計算出流速;彩色流量測量實現了血管內血流量的測定;聲學自動邊緣檢測，確認并勾劃出心壁內膜與心腔的接觸面，測定心功能;彩色室壁運動分析，通過應用自動邊緣技術，將勾出的邊緣用彩色編碼顯示，既可細致分析心動周期中心內膜各部位的空間位置及移動量，亦可進行心功能時相分析。

5 核醫學成像技術

核醫學成像能夠無創傷地觀察放射性藥物在體內的循環、擴散、聚集、排出的過程，得到藥物分子的圖像，提供機體代謝、生理功能的信息，從而可以早期診斷疾病(優于X射線CT，甚至MRI);而且核醫學成像能夠動態顯示、測量臟器功能和血流情況。PET所用是11C，13N，15O，28P等超短半衰期同位素作為示蹤原子，它們可以被標記成一些具有生物學意義的化合物，例如葡萄糖及同類藥物;所以PET可以研究正常和異常的腦功能，并立即將它們聯系起來，實際上可以同時研究整個腦，并且對所有區域具有相同的敏感度。更為重要的是:應用PET進行癌癥治療藥物的藥代動力學及治療機理和藥效學等方面的研究，有助于臨床合理地選擇更有效的藥物及其相應劑量，為治療疾病提供更客觀的依據[9]。

總之，任何一門學科都是對客觀世界某一方面或某種運動形式的本質和規律的正確反映，客觀世界普遍聯系的特征也必然會在各門學科的思想、理論體系中反映出來，同時也決定了各門學科之間的相互聯系、相互依賴和相互作用的關系，決定了它們是一個有機聯系的科學整體。醫學影像學作為一種現代化的醫學診療技術，自從其誕生伊始，就不斷地發展和完善，這種發展和完善是通過科技革命的內在推動力來實現的。同時，醫學影像學在臨床上的廣泛應用，極大地推動著科學技術的發展和人類社會的進步。

參考文獻

[1]劉玉清.21世紀醫學影像學的展望.中華醫學雜志，2001.

[2]馬大慶.醫學影像學的數字化發展趨勢.中華放射學雜志，2003.

[3]柳澄，劉延軍，邵廣瑞.螺旋CT的發展與現狀.中國醫刊，2002.

[4]劉陽萍.淺析CT技術進步對醫學發展的影響.中山大學學報論叢，2007.