醫(yī)學(xué)影像采集與利用

王姝丹

【摘 要】 臨床醫(yī)生工作的進(jìn)行離不開與醫(yī)學(xué)輔助科室的密切合作，如影像科、檢驗(yàn)科等。這其中，醫(yī)學(xué)影像的收集和讀取是極為重要的。醫(yī)學(xué)影像可以提供良好的解剖學(xué)信息，方便臨床醫(yī)生進(jìn)行臨床疾病的診斷或評(píng)價(jià)治療效果。合理的使用醫(yī)學(xué)影像對(duì)更好的進(jìn)行臨床工作具有積極的意義。

【關(guān)鍵詞】 醫(yī)學(xué)影像；意義；發(fā)展

【中圖分類號(hào)】R715 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】

A 【文章編號(hào)】1005-0019（2018）14-226-01

1 常見醫(yī)學(xué)影像分類

1.1 X線 X線是由德國科學(xué)見倫琴在1895年偶然發(fā)現(xiàn)的高能量射線，通過后來的實(shí)驗(yàn)證明，X線主要是由高速運(yùn)動(dòng)的電子群撞擊物質(zhì)時(shí)產(chǎn)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(chǎn)生X線。

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

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

1.3 MRI MRI是物理學(xué)中磁場(chǎng)效應(yīng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用。MRI圖像所反映的組織學(xué)特點(diǎn)不是CT上所反映的密度信息，而是氫質(zhì)子的數(shù)量。

1.4 超聲 超聲診斷技術(shù)是一種針對(duì)身體淺表組織器官進(jìn)行探測(cè)的有效檢查手段。其操作方便，成像原理簡(jiǎn)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(jìn)行聲波釋放并接收反射的聲波進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。超聲波指大于20000Hz的聲波，人耳無法聽到。

1.5 核醫(yī)學(xué) 核醫(yī)學(xué)是目前為止較新發(fā)展的一門利用生物組織代謝信號(hào)成像的技術(shù)。其反映組織細(xì)胞對(duì)特定物質(zhì)的代謝過程，通過代謝信號(hào)的強(qiáng)弱呈現(xiàn)在圖像中。與傳統(tǒng)反映影像技術(shù)不同的是，核醫(yī)學(xué)顯像技術(shù)更多的關(guān)注到組織代謝特點(diǎn)而不是解剖學(xué)特點(diǎn)。

2 基本原理

2.1 X線 X線成像需要具備三個(gè)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(chǎn)生不同的膠片影像。在實(shí)際使用中，X線對(duì)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(xué)檢查包括傳統(tǒng)X線檢查和數(shù)字X線檢查。二者的主要區(qū)別在于是否使用了X線使膠片成像的特性。傳統(tǒng)方式是通過膠片作為X線透射量的載體來展現(xiàn)X線量的不同，而數(shù)字方式則是通過信號(hào)收集器收集透射射線的數(shù)量并最終將信號(hào)的轉(zhuǎn)換將影像學(xué)信息呈現(xiàn)在電子屏幕上。

2.2 CT CT成像的基礎(chǔ)在于其射線照射的方式和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理聯(lián)合運(yùn)用。簡(jiǎn)單來講，CT成像是多元方程組計(jì)算處理問題。以人體組織的某個(gè)薄層為例，CT從某一層某個(gè)角度對(duì)組織進(jìn)行照射，射線在最終透過所有組織時(shí)，末端的接收器會(huì)勘測(cè)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(shí)是經(jīng)過了多種密度組織的吸收和反射后最終被接收器探測(cè)到，因此如果把每種組織的密度作為變量的話，相當(dāng)于羅列了一個(gè)多元方程組。當(dāng)射線的照射方向改變時(shí)，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(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理，計(jì)算出每個(gè)點(diǎn)組織的密度，最終通過灰度圖像展現(xiàn)出來，就成為了一個(gè)組織切面的CT圖像。在通過對(duì)不同平面的進(jìn)行類似的處理就形成了CT多切面的特點(diǎn)。CT相比X線具有更好的解剖學(xué)提示作用，其圖像更為精細(xì)，但也因此導(dǎo)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(tài)）。同時(shí)CT圖像的準(zhǔn)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(jìn)行人體組織密度的區(qū)分，可以將組織分為2000種密度（即可以有2000個(gè)CT值），但人的眼睛無法區(qū)分這么細(xì)微的CT灰度值差異，因此實(shí)際成像中，將2000的區(qū)間分為16個(gè)灰階，通過16種不同的灰度信號(hào)來表示不同的組織密度。

顯然，CT針對(duì)的是人體組織的某個(gè)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(shù)量或者減少每層平面的厚度，也就對(duì)應(yīng)著目前廣泛應(yīng)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(zhì)子的數(shù)量，具體是指人體組織在一定的磁場(chǎng)作用下，組織內(nèi)的氫質(zhì)子吸收能量使得自身磁場(chǎng)方向與外界磁場(chǎng)一致（類似于地磁場(chǎng)中的小磁針），而當(dāng)外界磁場(chǎng)消失時(shí)，人體組織內(nèi)的氫質(zhì)子緩慢釋放之前在外界磁場(chǎng)中吸收的能量，然后通過MRI機(jī)器上的探測(cè)器接收其所釋放出的能量，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理最終形成圖像。在進(jìn)行MRI圖像的閱讀時(shí)與CT是具有顯著差別的，CT對(duì)密度差異較大的組織具有良好的分辨率，而MRI對(duì)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(jī)器發(fā)出超聲波后經(jīng)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(jìn)行測(cè)量并轉(zhuǎn)化為圖像信號(hào)，因?yàn)椴煌M織對(duì)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(guī)律為：純體液<血液<脂肪<肝組織<骨組織。同時(shí)聲波反射具有多普勒效應(yīng)特點(diǎn)，可以對(duì)血流方向進(jìn)行探測(cè)，并體現(xiàn)在圖像信息中。通常人體組織對(duì)聲波的反射可以分為如下幾種：強(qiáng)回聲、高回聲、中等回聲、低回聲、無回聲。強(qiáng)回聲是指聲波遇到如骨骼鈣化等反射較強(qiáng)的組織時(shí)，接收信號(hào)強(qiáng)，組織后幾乎無聲音反射信號(hào)，即聲影（聲影是指由于障礙物的反射和折射導(dǎo)致聲波不能到達(dá)更遠(yuǎn)的區(qū)域，也就是強(qiáng)回聲后的無回聲區(qū)）；高回聲是指血管壁、肌腱等聲音反射信號(hào)強(qiáng)，但其后無聲影；中等回聲是指中等強(qiáng)度的回聲，低回聲和無回聲則是指低強(qiáng)度回聲和沒有回聲。

2.5 核醫(yī)學(xué) 核醫(yī)學(xué)成像原理在于人體對(duì)外源性放射性藥物吸收和體內(nèi)再分布，待代謝、分布一段時(shí)間后，通過外界設(shè)備探測(cè)放射性物質(zhì)自發(fā)衰變產(chǎn)生的各種射線并最終呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)中。身體組織通過對(duì)放射性物質(zhì)的合成代謝、吞噬、循環(huán)、濃聚、排泄等方式使得不同組織呈現(xiàn)出各有特征的信號(hào)分布量。

3 影像新發(fā)展

如上所訴，傳統(tǒng)影像學(xué)如X、CT等反映的是解剖學(xué)特點(diǎn)，而新興的核醫(yī)學(xué)技術(shù)則反映了代謝的特點(diǎn)。因此如果能將二者結(jié)合起來，就可以綜合反映解剖和代謝信息，這一點(diǎn)對(duì)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(rùn)的層 面等，同時(shí)也需要知道腫瘤等血供特點(diǎn)，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(yīng)用的影像學(xué)技術(shù)主要為PET-CT。

4 未來展望

影像學(xué)技術(shù)目前日新月異，但其仍然有很多可發(fā)展之處。目前該領(lǐng)域發(fā)展的基本方向?yàn)椤案庇^、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(jì)算機(jī)處理使得診斷醫(yī)生關(guān)注的影像特點(diǎn)能重點(diǎn)凸顯出來，如腫瘤的邊界、與周圍組織浸潤(rùn)情況等；更清晰指的是，圖像朝著分辨率更高、密度區(qū)分度更高的方向發(fā)展；更豐富則是指圖像中包含多方面的信息。

影像學(xué)的發(fā)展目前更多的依賴計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，成像原理的發(fā)展相對(duì)進(jìn)步緩慢，新的成像技術(shù)發(fā)展可以大幅帶動(dòng)診斷進(jìn)步，是值得研討的領(lǐng)域。

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