第六章现代医学影像技术Modernmedicalimagingtechnigue第一节概述第二节投影X射线成像第三节X射线断层摄影第四节超声成像系统第五节放射性核素成像系统第六节磁共振成像系统第七节医学图象的未来发展第一节概述医学成像系统：是指图像形成的过程，包括对成像机理、成像设备、成像系统分析等问题的研究。医学图像是20世纪生物医学工程领域中发展最为迅速的学科之一。从生物医学工程学科发展的角度看，由于医学图像能提供器官、组织、细胞甚至分子水平的图像，它是生物医学工程各分支学科研究中不可或缺的重要手段。医学图像的发展历史一般可追溯到1895年伦琴发现X射线。人们很快地将X射线应用于医学成像并获得成功。在这之后的几十年中，X射线摄影技术有了不小的发展，包括使用影像增强管、旋转阳极X射线管及采用运动断层摄影等。但是，由于这种常规的X射线成像技术是将人体三维结构投影到一个二维平面上来显示，因此产生了图像重叠，读片困难等问题。此外，投影X射线成像对软组织的分辨能力较差，使得它在临床中的应用也受到一定的限制。为了获得脏器的清晰图像，人们又设计了一些特殊的X射线成像装置。其中的X射线数字减影装置（digitalsubtractionangiography，DSA)就是一个例子。DSA在临床中已成功地用于血管网络的功能检查。X射线计算机断层摄影(X-raycomputedtomography,X-CT)成功地解决了这一问题。实现X-CT的理论基础是从投影重建图像的数学原理。超声成像设备的发展得益于在第二次世界大战中雷达与声纳技术的发展。50年代，简单的A型超声诊断仪开始用于临床。70年代，能提供断面动态图像的B型仪器问世，这是超声诊断设备发展史上的一大进步。80年代初问世的超声彩色血流图(colorflowmapping,CFM)是目前临床上使用的高档超声诊断仪。超声彩色血流图(CFM)的特点是把血流信息叠加到二维B型图像上。由于在一张图像上既能看到脏器的解剖形态，又能看到动态血流，它在心血管疾病的诊断中发挥了很大的作用。超声成像的突出优点是对人体无损、无创、无电离辐射，同时它又能提供人体断面实时的动态图像。从体外经皮检查到腔内探查，乃至血管内的成像，超声检查几乎可涉及全身每一个部位。放射性核素成像是把某种放射性同位素标记在药物上，然后引入病人体内，当它被人体组织吸收后，人体自身便成了辐射源。放射性同位素在衰变的过程中，将向体外放射γ射线。目前临床上用得比较多的是γ照相机，它可用来快速地拍摄体内脏器的图片，并从一系列连续的图像中了解器官新陈代谢的功能。发射型CT（emissioncomputedtomography，ECT)是放射性同位素成像系统的进一步发展。ECT分为：单光子发射型CT（singlephotonECT，SPECT)正电子CT(positronemissiontomography,PET)两类。SPECT在临床上已得到较广泛的应用。它是将了照相机的探测器围绕探查部位旋转，并采集相应的投影数据，然后采用与X-CT类似的重建算法计算出放射性同位素分布的断层图像。1945年美国学者首先发现了磁共振现象，从此产生了核磁共振谱学这门科学。它在广泛的学科领中迅速发展成为对物质的最有效的非破坏性分析方法之一。之后，人们将磁共振技术用于成像。与X-CT不同的是，在MRI图像中，每个像素的灰度值代表的是从该位置上来的磁共振信号的强度，这个强度与共振核子的密度及两个化学参数—弛豫时间T1与T2有关。磁共振成像的突出优点是对人体无创、无电离辐射，图像分辨率比较高，并且可以对人体组织作出形态与功能两方面的诊断。第二节投影X射线成像X射线是肉眼看不见的一种电磁波。它的波长较短，一般在(0.01~100)Å范围内。X射线具有下列性质：①穿透作用：X射线波长短、能量大、能穿透一般光线不能穿透的物质；②荧光作用：当X射线照射某些物质（如磷、钨酸钙等）时能产生荧光；③电离作用：具有足够能量的X射线光子能击脱物质原子轨道上的电子而使之产生电离；④生物效应：生物细胞在受到X射线的电离辐射后有可能会造成损伤甚至坏死。这一点在X射线检查中要特别注意。不过，在另一方面，利用X射线的这个效应，可用放射治疗的方法来破坏肿瘤组织。二、X射线与人体组织的相互作用三、投影X射线成像设备（二）胶片摄影系统（三）数字X射线摄影1.计算放射摄影2.数字放射摄影电信号经过放大后由A/D转换器转换成数字信号。每一个像素的尺寸的典型值是800μm×800μm。现有的商品化的平板检测器的尺寸是41cm×41cm，其中的TFT阵列包