淺談醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的現(xiàn)在與未來(lái)

王星巖

醫(yī)學(xué)影像技術(shù)主要是應(yīng)用工程學(xué)的概念及方法，并基于工程學(xué)原理發(fā)展起來(lái)的一種技術(shù)，其實(shí)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)還是醫(yī)學(xué)物理的重要組成部分，它是用物理學(xué)的概念和方法及物理原理發(fā)展起來(lái)的先進(jìn)技術(shù)手段。醫(yī)學(xué)影像信息包括傳統(tǒng)X線、CT、MRI、超聲、同位素、電子內(nèi)窺鏡和手術(shù)攝影等影像信息。它們是窺測(cè)人體內(nèi)部各組織，臟器的形態(tài)，功能及診斷疾病的重要方法。隨著醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)的發(fā)展，以膠片為主要方式的顯示、存儲(chǔ)、傳遞X-ray攝像技術(shù)已不能滿足臨床診斷和治療發(fā)展的需求，醫(yī)療設(shè)備的數(shù)字化要求日益強(qiáng)烈，全數(shù)字化放射學(xué)、圖像導(dǎo)引和遠(yuǎn)程放射醫(yī)學(xué)將是放射醫(yī)學(xué)影像發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 傳統(tǒng)攝影技術(shù)在摸索中進(jìn)行

1.1 計(jì)算機(jī)X線攝影 X射線是發(fā)展最早的圖像裝置。它在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用使醫(yī)生能觀察到人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這為醫(yī)生進(jìn)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(shù)有不少的發(fā)展，包括使用影像增強(qiáng)管、增感屏、旋轉(zhuǎn)陽(yáng)極X射線管及斷層攝影等。但是，由于這種常規(guī)X射線成像技術(shù)是將三維人體結(jié)構(gòu)顯示在二維平面上，加之其對(duì)軟組織的診斷能力差，使整個(gè)成像系統(tǒng)的性能受到限制。從50年代開(kāi)始，醫(yī)學(xué)成像技術(shù)進(jìn)入一個(gè)革命性的發(fā)展時(shí)期，新的成像系統(tǒng)相繼出現(xiàn)。70年代早期，由于計(jì)算機(jī)斷層技術(shù)的出現(xiàn)使飛速發(fā)展的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)達(dá)到了一個(gè)高峰。到整個(gè)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(shù)和系統(tǒng)大量出現(xiàn)。這些方法各有所長(zhǎng)，互相補(bǔ)充，能為醫(yī)生做出確切診斷，提供愈來(lái)愈詳細(xì)和精確的信息。在醫(yī)院全部圖像中X射線圖像占80%，是目前醫(yī)院圖像的主要來(lái)源。在本世紀(jì)50年代以前，X射線機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)至今日，各種專用X射線機(jī)不斷出現(xiàn)，X光電視設(shè)備正在逐步代替常規(guī)的X射線透視設(shè)備，它既減輕了醫(yī)務(wù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了患者的X線劑量;又為數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展數(shù)字成像技術(shù)越來(lái)越廣泛地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的屏片攝影現(xiàn)階段，用于數(shù)字?jǐn)z影的探測(cè)系統(tǒng)有以下幾種:(1)存儲(chǔ)熒光體增感屏[計(jì)算機(jī)X射線攝影系統(tǒng)(computer Radiography.CR)]。(2)硒鼓探測(cè)器。(3)以電荷耦合技術(shù)(charge Coupled Derices.CCD)為基礎(chǔ)的探測(cè)器。(4)平板探測(cè)器(Flat panel Detector)a:直接轉(zhuǎn)換(非晶體硒)b:非直接轉(zhuǎn)換(閃爍晶體)。這些系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)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(wèn)世被公認(rèn)為倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來(lái)的重大突破，因?yàn)樗麡?biāo)志了醫(yī)學(xué)影像設(shè)備與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的里程碑。這種技術(shù)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(xiàn)稱為磁共振成像。它無(wú)放射線損害，無(wú)骨性偽影，能多方面、多參數(shù)成像，有高度的軟組織分辨能力，不需使用對(duì)比劑即可顯示血管結(jié)構(gòu)等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。

1.4 數(shù)字減影血管造影 它是利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)將造影部位注射造影劑的透視影像轉(zhuǎn)換成數(shù)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(qū)的透視影像也轉(zhuǎn)換成數(shù)字，并減去蒙片的數(shù)字，將剩余數(shù)字再轉(zhuǎn)換成圖像，即成為除去了注射造影劑前透視圖像上所見(jiàn)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(shù)字化攝影技術(shù)

數(shù)字X射線攝影的成像技術(shù)包括成像板技術(shù)、平行板檢測(cè)技術(shù)和采用電荷耦合器或CMOS器件以及線掃描等技術(shù)。成像板技術(shù)是代替?zhèn)鹘y(tǒng)的膠片增感屏來(lái)照相，然后記錄于膠片的一種方法。平行板檢測(cè)技術(shù)又可分為直接和間接兩種結(jié)構(gòu)類型。直接FPT結(jié)構(gòu)主要是由非品硒和薄膜半導(dǎo)體陣列構(gòu)成的平板檢測(cè)器。間接FPT結(jié)構(gòu)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(gòu)成的平板檢測(cè)器。電荷耦合器或CMOS器件以及線掃描等技術(shù)結(jié)構(gòu)上包括可見(jiàn)光轉(zhuǎn)換屏，光學(xué)系統(tǒng)和CCD或CMOS。

3 成像的快捷閱讀

由于成像方法的改進(jìn)，除了在成像質(zhì)量方面有明顯提高外，圖像數(shù)量也急劇增加。例如隨著多層CT的問(wèn)世，每次CT檢查的圖像可多達(dá)千幅以上，因此，無(wú)法想象用傳統(tǒng)方法能讀取這些圖像中蘊(yùn)含的動(dòng)態(tài)信息。這時(shí)在顯示器上進(jìn)行的“軟閱讀”正在逐漸顯示出其無(wú)可比擬的優(yōu)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(shù)字影像大得多的動(dòng)態(tài)范圍，獲取豐富的診斷信息。

4 PACS的廣闊發(fā)展空間

隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)有醫(yī)學(xué)影像設(shè)備延續(xù)了幾十年的數(shù)據(jù)采集和成像方式，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展和臨床醫(yī)生的需求。PACS系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。PACS系統(tǒng)是圖像的存儲(chǔ)、傳輸和通訊系統(tǒng)，主要應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像圖像和患者信息的實(shí)時(shí)采集、處理、存儲(chǔ)、傳輸，并且可以與醫(yī)院的醫(yī)院信息管理系統(tǒng)放射信息管理系統(tǒng)等系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)整個(gè)醫(yī)院的無(wú)膠片化、無(wú)紙化和資源共享，還可以利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程會(huì)診，或國(guó)際間的信息交流。PACS系統(tǒng)的產(chǎn)生標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)影像學(xué)和無(wú)膠片時(shí)代的到來(lái)。完整的PACS系統(tǒng)應(yīng)包含影像采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理，數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，影像的分析和處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是整個(gè)PACS系統(tǒng)的核心，是決定系統(tǒng)質(zhì)量的關(guān)鍵部分，可將各種不同成像系統(tǒng)生成的圖像采入計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。由于醫(yī)學(xué)圖像的數(shù)據(jù)量非常大，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方法的選擇至關(guān)重要。光盤塔、磁帶庫(kù)、磁盤陳列等都是目前較好的存儲(chǔ)方法。數(shù)據(jù)傳輸主要用于院內(nèi)的急救、會(huì)診，還有可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、微波等技術(shù)，以數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷。影像的分析和處理系統(tǒng)是臨床醫(yī)生、放射科醫(yī)生直接使用的工具，它的功能和質(zhì)量對(duì)于醫(yī)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(shù)可分為三個(gè)階段:①用戶查找數(shù)據(jù)庫(kù);②數(shù)據(jù)查找設(shè)備;③圖像信息與文本信息主動(dòng)尋找用戶。

5 新型技術(shù)-分子影像

隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的飛速發(fā)展，在今天已具有顯微分辨能力，其可視范圍已擴(kuò)展至細(xì)胞、分子水平，從而改變了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像學(xué)只能顯示解剖學(xué)及病理學(xué)改變的形態(tài)顯像能力。由于與分子生物學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科相互交叉融合，奠定了分子影像學(xué)的物質(zhì)基礎(chǔ)。Weissleder氏于1999年提出了分子影像學(xué)的概念:活體狀態(tài)下在細(xì)胞及分子水平應(yīng)用影像學(xué)對(duì)生物過(guò)程進(jìn)行定性和定量研究。

分子成像的出現(xiàn)，為新的醫(yī)學(xué)影像時(shí)代到來(lái)帶來(lái)曙光?；虮磉_(dá)、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(kāi)創(chuàng)分子影像與基因治療，這就是21世紀(jì)的影像學(xué)。新的醫(yī)學(xué)影像的觀察要超出目前的解剖學(xué)、病理學(xué)概念，要深入到組織的分子、原子中去。其關(guān)鍵是借助神奇的探針-即分子探針。到目前為止，分子影像學(xué)的成像技術(shù)主要包括MRI、核醫(yī)學(xué)及光學(xué)成像技術(shù)。一些有識(shí)之士認(rèn)為;由于診治兼?zhèn)涞慕槿敕派鋵W(xué)已深入至分子生物學(xué)的層面，因此，分子影像學(xué)應(yīng)包括分子水平的介入放射學(xué)研究。

6 學(xué)科的交叉結(jié)合

交叉學(xué)科、邊緣學(xué)科是當(dāng)今科學(xué)發(fā)展的趨勢(shì)。影像技術(shù)學(xué)最鄰近的學(xué)科應(yīng)為影像診斷學(xué)。前者致力于解決信息的獲取、存儲(chǔ)、傳輸、管理及研發(fā)新的技術(shù)方法;后者則將信息與知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)結(jié)合，著重于信息的內(nèi)容，根據(jù)影像做出正常解剖結(jié)構(gòu)的辨認(rèn)及病變的診斷。兩者相輔相成，互為依托。所以，影像技術(shù)學(xué)的發(fā)展離不開(kāi)影像診斷學(xué)更密切地溝通與結(jié)合將為提高、拓展原有成像方式及開(kāi)辟新的成像方式做出有益的貢獻(xiàn)。醫(yī)用影像診斷裝置用于詳細(xì)地觀察人體內(nèi)部各器官的結(jié)構(gòu)，找出病灶的位置毫克大小，有的還可以進(jìn)行器官功能的判斷。還有醫(yī)用影像診斷裝備情況，已成了衡量醫(yī)院現(xiàn)代化水平的標(biāo)志。

7 淺談醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的下一個(gè)熱點(diǎn)

醫(yī)療保健事業(yè)在經(jīng)濟(jì)上的窘迫使得90年代以來(lái)，成為一個(gè)沒(méi)有大規(guī)模推廣一種新的影像技術(shù)的、相對(duì)沉寂的時(shí)期，延續(xù)了一些現(xiàn)有影像技術(shù)的發(fā)展，使得他們中至今還沒(méi)有一種影像技術(shù)能對(duì)影像學(xué)產(chǎn)生巨大的影響。隨著科技的發(fā)展，最近逐漸發(fā)展起來(lái)的一批有希望的影像技術(shù)。如:磁共振譜(MRS)，正電子發(fā)射成像(PET)單光子發(fā)射成像(SPECT)，阻抗成像(EIT)和光學(xué)成像(OCT或NRI)。他們有可能很快成為大規(guī)模應(yīng)用的影像技術(shù)，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(nèi)細(xì)胞膜內(nèi)外的離子運(yùn)動(dòng)可形成生物電流。這種生物電流可產(chǎn)生磁現(xiàn)象，檢測(cè)心臟或腦的生物電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)可以得到心磁圖或腦磁圖。這類磁現(xiàn)象可反映出電子活動(dòng)發(fā)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(fā)射成像(SPECT)和正電子成像(PET)是核醫(yī)學(xué)的兩種CT技術(shù)。由于它們都是接受患者體內(nèi)發(fā)射的射線成像，故統(tǒng)稱為發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像(ECT)。ECT依據(jù)核醫(yī)學(xué)的放射性示蹤原理進(jìn)行體內(nèi)診斷，要在人體中使用放射性核素。ECT存在的主要問(wèn)題是空間分辨率低。最近的技術(shù)發(fā)展可能促進(jìn)推廣ECT的應(yīng)用。

7.3 阻抗成像(EIT)EIT是通過(guò)對(duì)人體加電壓，測(cè)量在電極間流動(dòng)的電流，得到組織電導(dǎo)率變化的圖像。目的在于形成對(duì)體內(nèi)某點(diǎn)阻抗的估計(jì)。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:所采用的電流對(duì)人體是無(wú)害的，因而對(duì)成像對(duì)象無(wú)任何限制。這種技術(shù)的時(shí)間分辨率很好，因而可連續(xù)監(jiān)測(cè)實(shí)際的應(yīng)用，已實(shí)現(xiàn)以視頻幀速的醫(yī)用EIT的實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。

7.4 光學(xué)成像(OTC或NIR) 近期的一些實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展表明，光學(xué)成像有可能在最近幾年內(nèi)發(fā)展成為一種能真正用于臨床的影像設(shè)備。它的優(yōu)點(diǎn)是:光波長(zhǎng)的輻射是非離子化的，因而對(duì)人體是無(wú)傷害的，可重復(fù)曝光;它們可區(qū)分那些在光波長(zhǎng)下具有不同吸收與散射，但不能由其他技術(shù)識(shí)別的軟組織;天然色團(tuán)所特有的吸收使得能夠獲得功能信息。它正在開(kāi)辟它的臨床領(lǐng)域。

7.5 MRS MRS是一種無(wú)創(chuàng)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(guān)聯(lián)，并表明它正常組織的方式有差別。目前MRS還沒(méi)有常規(guī)用于臨床，但已有大量技術(shù)正在進(jìn)行正式適用。

上述的幾個(gè)先進(jìn)的技術(shù)，究竟哪一個(gè)能成為醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的熱點(diǎn)，我們認(rèn)為應(yīng)要有最大效益、安全和經(jīng)濟(jì)是最為重要的。在逝去的20世紀(jì)，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)經(jīng)歷了從孕育、成長(zhǎng)到發(fā)展的過(guò)程，回顧過(guò)去可以斷言它在防治人類疾病及延長(zhǎng)平均壽命方面是功不可沒(méi)的。在一切“以人類為本”的21世紀(jì)中，人們將繼續(xù)用醫(yī)學(xué)影像技術(shù)來(lái)為人們的健康服務(wù)。