醫學影像采集與利用

王姝丹

【摘 要】 臨床醫生工作的進行離不開與醫學輔助科室的密切合作，如影像科、檢驗科等。這其中，醫學影像的收集和讀取是極為重要的。醫學影像可以提供良好的解剖學信息，方便臨床醫生進行臨床疾病的診斷或評價治療效果。合理的使用醫學影像對更好的進行臨床工作具有積極的意義。

【關鍵詞】 醫學影像；意義；發展

【中圖分類號】R715 【文獻標志碼】

A 【文章編號】1005-0019（2018）14-226-01

1 常見醫學影像分類

1.1 X線 X線是由德國科學見倫琴在1895年偶然發現的高能量射線，通過后來的實驗證明，X線主要是由高速運動的電子群撞擊物質時產生。因此后來我們通過電壓加速自由電子撞擊位于陽極的鎢靶來產生X線。

X線的本質是一種波長很短的電磁波。其具有物理、化學和生物等特殊性質。物理性質方面，其具有很強的穿透行，熒光作用、熱作用等。其中穿透性是其能夠成為醫學工具的重要特點。X線可以穿透可見光無法穿透的物體?；瘜W效應表現為感光效應，可以將銀離子還原成銀沉淀在膠片上形成圖像，最早時用于圖像的形成。生物學效應表現為X線可以導致細胞的損傷和死亡，這也是放療的基礎。

1.2 CT CT同樣是使用X線的穿透性作為成像的基礎。但其比X線具有更加豐富且細致的醫學信息，這得益于CT可以進行多方向多角度的透過射線量的計算，查傳統X線大多只能進行簡單的冠狀面的成像，其他方向的成像由于組織的重疊特點使得圖像質量較差。而CT則通過將人體“切割”成相對的薄層來使得每一層的組織密度信息得到較好的呈現。

1.3 MRI MRI是物理學中磁場效應與計算機技術結合的應用。MRI圖像所反映的組織學特點不是CT上所反映的密度信息，而是氫質子的數量。

1.4 超聲 超聲診斷技術是一種針對身體淺表組織器官進行探測的有效檢查手段。其操作方便，成像原理簡單、迅速，因此在臨床上廣泛使用。顧名思義，超聲即使用超聲波進行聲波釋放并接收反射的聲波進行數據處理。超聲波指大于20000Hz的聲波，人耳無法聽到。

1.5 核醫學 核醫學是目前為止較新發展的一門利用生物組織代謝信號成像的技術。其反映組織細胞對特定物質的代謝過程，通過代謝信號的強弱呈現在圖像中。與傳統反映影像技術不同的是，核醫學顯像技術更多的關注到組織代謝特點而不是解剖學特點。

2 基本原理

2.1 X線 X線成像需要具備三個基本條件：首先要有一定穿透性；其次，被照射物體密度和厚度具有一定的差異，這樣才使得X線穿透物體后剩余的射線量是有所差異的；再次，X線具體剩余的量需要通過一定的可見途徑表示出來，因此早期我們使用了X線的感光特性，使不同劑量的X線產生不同的膠片影像。在實際使用中，X線對于密度差距大的物體具有更好的分辨率。密度越高，被吸收和反射的射線量就越多，透過物體的射線量就越少。

目前使用較多的X線影像學檢查包括傳統X線檢查和數字X線檢查。二者的主要區別在于是否使用了X線使膠片成像的特性。傳統方式是通過膠片作為X線透射量的載體來展現X線量的不同，而數字方式則是通過信號收集器收集透射射線的數量并最終將信號的轉換將影像學信息呈現在電子屏幕上。

2.2 CT CT成像的基礎在于其射線照射的方式和計算機系統數據處理聯合運用。簡單來講，CT成像是多元方程組計算處理問題。以人體組織的某個薄層為例，CT從某一層某個角度對組織進行照射，射線在最終透過所有組織時，末端的接收器會勘測剩余的射線量，由于該射線方向上的組織密度并不單一，射線其實是經過了多種密度組織的吸收和反射后最終被接收器探測到，因此如果把每種組織的密度作為變量的話，相當于羅列了一個多元方程組。當射線的照射方向改變時，方程組的變量也隨著射線透過組織的不同而不同，最終就形成了一系列以組織密度為變量的方程組，這些方程組通過計算機系統的處理，計算出每個點組織的密度，最終通過灰度圖像展現出來，就成為了一個組織切面的CT圖像。在通過對不同平面的進行類似的處理就形成了CT多切面的特點。CT相比X線具有更好的解剖學提示作用，其圖像更為精細，但也因此導致了其空間分辨率的下降（即為無法很好的顯示組織的立體幾何形態）。同時CT圖像的準確性有賴于最終成像的灰度圖像顏色的差異。顏色差異越大則組織的間的密度就越大，以X線吸收量差異進行人體組織密度的區分，可以將組織分為2000種密度（即可以有2000個CT值），但人的眼睛無法區分這么細微的CT灰度值差異，因此實際成像中，將2000的區間分為16個灰階，通過16種不同的灰度信號來表示不同的組織密度。

顯然，CT針對的是人體組織的某個層次，因此要想獲得更全面的人體信息，就可以通過增加“切割”的平面數量或者減少每層平面的厚度，也就對應著目前廣泛應用的多層螺旋CT和薄層CT等。

2.3 MRI 如前所訴，MRI所反映的是氫質子的數量，具體是指人體組織在一定的磁場作用下，組織內的氫質子吸收能量使得自身磁場方向與外界磁場一致（類似于地磁場中的小磁針），而當外界磁場消失時，人體組織內的氫質子緩慢釋放之前在外界磁場中吸收的能量，然后通過MRI機器上的探測器接收其所釋放出的能量，經過計算機處理最終形成圖像。在進行MRI圖像的閱讀時與CT是具有顯著差別的，CT對密度差異較大的組織具有良好的分辨率，而MRI對水成分含量差異較大的組織分辨率較高。

2.4 超聲 超聲診斷的原理在于機器發出超聲波后經過組織的穿透和反射，返回部分能量的聲波，通過接收器接收后，進行測量并轉化為圖像信號，因為不同組織對聲波的吸收和反射效率不同，所以回收到聲波的能量也不同。超聲波在人體組織中的衰減規律為：純體液<血液<脂肪<肝組織<骨組織。同時聲波反射具有多普勒效應特點，可以對血流方向進行探測，并體現在圖像信息中。通常人體組織對聲波的反射可以分為如下幾種：強回聲、高回聲、中等回聲、低回聲、無回聲。強回聲是指聲波遇到如骨骼鈣化等反射較強的組織時，接收信號強，組織后幾乎無聲音反射信號，即聲影（聲影是指由于障礙物的反射和折射導致聲波不能到達更遠的區域，也就是強回聲后的無回聲區）；高回聲是指血管壁、肌腱等聲音反射信號強，但其后無聲影；中等回聲是指中等強度的回聲，低回聲和無回聲則是指低強度回聲和沒有回聲。

2.5 核醫學 核醫學成像原理在于人體對外源性放射性藥物吸收和體內再分布，待代謝、分布一段時間后，通過外界設備探測放射性物質自發衰變產生的各種射線并最終呈現在計算機中。身體組織通過對放射性物質的合成代謝、吞噬、循環、濃聚、排泄等方式使得不同組織呈現出各有特征的信號分布量。

3 影像新發展

如上所訴，傳統影像學如X、CT等反映的是解剖學特點，而新興的核醫學技術則反映了代謝的特點。因此如果能將二者結合起來，就可以綜合反映解剖和代謝信息，這一點對腫瘤的定位和診斷十分重要。腫瘤的診斷中不僅僅需要知道腫塊的大小、邊界和浸潤的層 面等，同時也需要知道腫瘤等血供特點，而這些就可以通過解剖定位和組織代謝綜合反映出來。目前綜合應用的影像學技術主要為PET-CT。

4 未來展望

影像學技術目前日新月異，但其仍然有很多可發展之處。目前該領域發展的基本方向為“更直觀、更清晰、更豐富”。更直觀指的是在圖像信息中，希望可以通過計算機處理使得診斷醫生關注的影像特點能重點凸顯出來，如腫瘤的邊界、與周圍組織浸潤情況等；更清晰指的是，圖像朝著分辨率更高、密度區分度更高的方向發展；更豐富則是指圖像中包含多方面的信息。

影像學的發展目前更多的依賴計算機技術的進步，成像原理的發展相對進步緩慢，新的成像技術發展可以大幅帶動診斷進步，是值得研討的領域。

參考文獻

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