淺談醫學影像技術的現在與未來

王星巖

醫學影像技術主要是應用工程學的概念及方法，并基于工程學原理發展起來的一種技術，其實醫學影像技術還是醫學物理的重要組成部分，它是用物理學的概念和方法及物理原理發展起來的先進技術手段。醫學影像信息包括傳統X線、CT、MRI、超聲、同位素、電子內窺鏡和手術攝影等影像信息。它們是窺測人體內部各組織，臟器的形態，功能及診斷疾病的重要方法。隨著醫療衛生事業的發展，以膠片為主要方式的顯示、存儲、傳遞X-ray攝像技術已不能滿足臨床診斷和治療發展的需求，醫療設備的數字化要求日益強烈，全數字化放射學、圖像導引和遠程放射醫學將是放射醫學影像發展的必然趨勢。

1 傳統攝影技術在摸索中進行

1.1 計算機X線攝影 X射線是發展最早的圖像裝置。它在醫學上的應用使醫生能觀察到人體內部結構，這為醫生進行疾病診斷提供了重要的信息。在1895年后的幾十年中，X射線攝影技術有不少的發展，包括使用影像增強管、增感屏、旋轉陽極X射線管及斷層攝影等。但是，由于這種常規X射線成像技術是將三維人體結構顯示在二維平面上，加之其對軟組織的診斷能力差，使整個成像系統的性能受到限制。從50年代開始，醫學成像技術進入一個革命性的發展時期，新的成像系統相繼出現。70年代早期，由于計算機斷層技術的出現使飛速發展的醫學成像技術達到了一個高峰。到整個80年代，除了X射線以外，超聲、磁共振、單光子、正電子等的斷層成像技術和系統大量出現。這些方法各有所長，互相補充，能為醫生做出確切診斷，提供愈來愈詳細和精確的信息。在醫院全部圖像中X射線圖像占80%，是目前醫院圖像的主要來源。在本世紀50年代以前，X射線機的結構簡單，圖像分辨率也較低。在50年代以后，分辨率與清晰度得到了改善，而患者受照射劑量卻減小了。時至今日，各種專用X射線機不斷出現，X光電視設備正在逐步代替常規的X射線透視設備，它既減輕了醫務人員的勞動強度，降低了患者的X線劑量;又為數字圖像處理技術的應用創造了條件。隨著計算機的發展數字成像技術越來越廣泛地代替傳統的屏片攝影現階段，用于數字攝影的探測系統有以下幾種:(1)存儲熒光體增感屏[計算機X射線攝影系統(computer Radiography.CR)]。(2)硒鼓探測器。(3)以電荷耦合技術(charge Coupled Derices.CCD)為基礎的探測器。(4)平板探測器(Flat panel Detector)a:直接轉換(非晶體硒)b:非直接轉換(閃爍晶體)。這些系統實現了自動化、遙控化和明室化，減少了操作者的輻射損傷。

1.2 X-CT CT的問世被公認為倫琴發現X射線以來的重大突破，因為他標志了醫學影像設備與計算機相結合的里程碑。這種技術有兩種模式，一種是所謂“先到斷層成像”(FAT)，另一種模式是“光子遷移成像”(PMI)。

1.3 磁共振成像 核磁共振成像，現稱為磁共振成像。它無放射線損害，無骨性偽影，能多方面、多參數成像，有高度的軟組織分辨能力，不需使用對比劑即可顯示血管結構等獨特的優點。

1.4 數字減影血管造影 它是利用計算機系統將造影部位注射造影劑的透視影像轉換成數字形式貯存于記憶盤中，稱作蒙片。然后將注入造影劑后的造影區的透視影像也轉換成數字，并減去蒙片的數字，將剩余數字再轉換成圖像，即成為除去了注射造影劑前透視圖像上所見的骨骼和軟組織影像，剩下的只是清晰的純血管造影像。

2 數字化攝影技術

數字X射線攝影的成像技術包括成像板技術、平行板檢測技術和采用電荷耦合器或CMOS器件以及線掃描等技術。成像板技術是代替傳統的膠片增感屏來照相，然后記錄于膠片的一種方法。平行板檢測技術又可分為直接和間接兩種結構類型。直接FPT結構主要是由非品硒和薄膜半導體陣列構成的平板檢測器。間接FPT結構主要是由閃爍體或熒光體層加具有光電二極管作用的非品硅層在加TFT陣列構成的平板檢測器。電荷耦合器或CMOS器件以及線掃描等技術結構上包括可見光轉換屏，光學系統和CCD或CMOS。

3 成像的快捷閱讀

由于成像方法的改進，除了在成像質量方面有明顯提高外，圖像數量也急劇增加。例如隨著多層CT的問世，每次CT檢查的圖像可多達千幅以上，因此，無法想象用傳統方法能讀取這些圖像中蘊含的動態信息。這時在顯示器上進行的“軟閱讀”正在逐漸顯示出其無可比擬的優越性。軟拷貝閱讀是指在工作站圖像顯示屏上觀察影像，就X線攝影而言這種閱讀方式能充分利用數字影像大得多的動態范圍，獲取豐富的診斷信息。

4 PACS的廣闊發展空間

隨著計算機和網絡技術的飛速發展，現有醫學影像設備延續了幾十年的數據采集和成像方式，已經遠遠無法滿足現代醫學的發展和臨床醫生的需求。PACS系統應運而生。PACS系統是圖像的存儲、傳輸和通訊系統，主要應用于醫學影像圖像和患者信息的實時采集、處理、存儲、傳輸，并且可以與醫院的醫院信息管理系統放射信息管理系統等系統相連，實現整個醫院的無膠片化、無紙化和資源共享，還可以利用網絡技術實現遠程會診，或國際間的信息交流。PACS系統的產生標志著網絡影像學和無膠片時代的到來。完整的PACS系統應包含影像采集系統，數據的存儲、管理，數據傳輸系統，影像的分析和處理系統。數據采集系統是整個PACS系統的核心，是決定系統質量的關鍵部分，可將各種不同成像系統生成的圖像采入計算機網絡。由于醫學圖像的數據量非常大，數據存儲方法的選擇至關重要。光盤塔、磁帶庫、磁盤陳列等都是目前較好的存儲方法。數據傳輸主要用于院內的急救、會診，還有可以通過互聯網、微波等技術，以數據的遠距離傳輸，實現遠程診斷。影像的分析和處理系統是臨床醫生、放射科醫生直接使用的工具，它的功能和質量對于醫生利用臨床影像資源的效率起了決定作用。綜上所述，PACS技術可分為三個階段:①用戶查找數據庫;②數據查找設備;③圖像信息與文本信息主動尋找用戶。

5 新型技術-分子影像

隨著醫學影像技術的飛速發展，在今天已具有顯微分辨能力，其可視范圍已擴展至細胞、分子水平，從而改變了傳統醫學影像學只能顯示解剖學及病理學改變的形態顯像能力。由于與分子生物學等基礎學科相互交叉融合，奠定了分子影像學的物質基礎。Weissleder氏于1999年提出了分子影像學的概念:活體狀態下在細胞及分子水平應用影像學對生物過程進行定性和定量研究。

分子成像的出現，為新的醫學影像時代到來帶來曙光。基因表達、治療則為徹底治愈某些疾病提供可能，因此目前全世界都在致力于研究、開創分子影像與基因治療，這就是21世紀的影像學。新的醫學影像的觀察要超出目前的解剖學、病理學概念，要深入到組織的分子、原子中去。其關鍵是借助神奇的探針-即分子探針。到目前為止，分子影像學的成像技術主要包括MRI、核醫學及光學成像技術。一些有識之士認為;由于診治兼備的介入放射學已深入至分子生物學的層面，因此，分子影像學應包括分子水平的介入放射學研究。

6 學科的交叉結合

交叉學科、邊緣學科是當今科學發展的趨勢。影像技術學最鄰近的學科應為影像診斷學。前者致力于解決信息的獲取、存儲、傳輸、管理及研發新的技術方法;后者則將信息與知識、經驗結合，著重于信息的內容，根據影像做出正常解剖結構的辨認及病變的診斷。兩者相輔相成，互為依托。所以，影像技術學的發展離不開影像診斷學更密切地溝通與結合將為提高、拓展原有成像方式及開辟新的成像方式做出有益的貢獻。醫用影像診斷裝置用于詳細地觀察人體內部各器官的結構，找出病灶的位置毫克大小，有的還可以進行器官功能的判斷。還有醫用影像診斷裝備情況，已成了衡量醫院現代化水平的標志。

7 淺談醫學影像技術的下一個熱點

醫療保健事業在經濟上的窘迫使得90年代以來，成為一個沒有大規模推廣一種新的影像技術的、相對沉寂的時期，延續了一些現有影像技術的發展，使得他們中至今還沒有一種影像技術能對影像學產生巨大的影響。隨著科技的發展，最近逐漸發展起來的一批有希望的影像技術。如:磁共振譜(MRS)，正電子發射成像(PET)單光子發射成像(SPECT)，阻抗成像(EIT)和光學成像(OCT或NRI)。他們有可能很快成為大規模應用的影像技術，將為腦、肺、乳房及其他部位的成像提供新的信息。

7.1 磁源成像 人體體內細胞膜內外的離子運動可形成生物電流。這種生物電流可產生磁現象，檢測心臟或腦的生物電流產生的磁場可以得到心磁圖或腦磁圖。這類磁現象可反映出電子活動發生的深度，攜帶有人體組織和器官的大量信息。

7.2 PET和SPECT 單光子發射成像(SPECT)和正電子成像(PET)是核醫學的兩種CT技術。由于它們都是接受患者體內發射的射線成像，故統稱為發射型計算機斷層成像(ECT)。ECT依據核醫學的放射性示蹤原理進行體內診斷，要在人體中使用放射性核素。ECT存在的主要問題是空間分辨率低。最近的技術發展可能促進推廣ECT的應用。

7.3 阻抗成像(EIT)EIT是通過對人體加電壓，測量在電極間流動的電流，得到組織電導率變化的圖像。目的在于形成對體內某點阻抗的估計。這種技術的優點是:所采用的電流對人體是無害的，因而對成像對象無任何限制。這種技術的時間分辨率很好，因而可連續監測實際的應用，已實現以視頻幀速的醫用EIT的實驗樣機。

7.4 光學成像(OTC或NIR) 近期的一些實質性的進展表明，光學成像有可能在最近幾年內發展成為一種能真正用于臨床的影像設備。它的優點是:光波長的輻射是非離子化的，因而對人體是無傷害的，可重復曝光;它們可區分那些在光波長下具有不同吸收與散射，但不能由其他技術識別的軟組織;天然色團所特有的吸收使得能夠獲得功能信息。它正在開辟它的臨床領域。

7.5 MRS MRS是一種無創研究人體組織生理化的極有用的工具。它所得到的生化信息可與人體組織代謝相關聯，并表明它正常組織的方式有差別。目前MRS還沒有常規用于臨床，但已有大量技術正在進行正式適用。

上述的幾個先進的技術，究竟哪一個能成為醫學影像技術的熱點，我們認為應要有最大效益、安全和經濟是最為重要的。在逝去的20世紀，醫學影像技術經歷了從孕育、成長到發展的過程，回顧過去可以斷言它在防治人類疾病及延長平均壽命方面是功不可沒的。在一切“以人類為本”的21世紀中，人們將繼續用醫學影像技術來為人們的健康服務。