野戰(zhàn)醫(yī)學成像技術(shù)發(fā)展探討

許世宏，陳志國

(解放軍第252醫(yī)院 醫(yī)學工程科，河北保定071000)

野戰(zhàn)醫(yī)學成像技術(shù)發(fā)展探討

許世宏，陳志國

(解放軍第252醫(yī)院 醫(yī)學工程科，河北保定071000)

本文重點分析了野戰(zhàn)醫(yī)學成像技術(shù)發(fā)展簡史以及原理，結(jié)合現(xiàn)階段我軍野戰(zhàn)醫(yī)學成像技術(shù)現(xiàn)狀，總結(jié)出以后野戰(zhàn)醫(yī)學成像技術(shù)發(fā)展趨勢，這對以后我軍野戰(zhàn)醫(yī)學成像技術(shù)發(fā)展有一定的借鑒意義。

野戰(zhàn)；醫(yī)學成像技術(shù)；發(fā)展；探討

野戰(zhàn)醫(yī)學成像技術(shù)(The field of medical imaging technology)因其特殊作用與用途在醫(yī)學成像技術(shù)領(lǐng)域[X射線成像技術(shù)，核素成像技術(shù)(RI)，超聲成像技術(shù)(USI)，X射線計算機斷層成像技術(shù)(CT)，發(fā)射型計算機斷層成像技術(shù)(ECT)，磁共振成像技術(shù)(MRI)]主要體現(xiàn)在X射線成像技術(shù)、超聲成像技術(shù)(USI)；其發(fā)展歷史與野戰(zhàn)醫(yī)學發(fā)展同步，每一次進步都帶動了野戰(zhàn)醫(yī)學的大發(fā)展。

1 野戰(zhàn)醫(yī)學成像技術(shù)發(fā)展簡史

1.1 野戰(zhàn)X射線成像技術(shù)發(fā)展

德國物理學家倫琴(Wilhelm Conrad Rontgen)于1895年11月8日發(fā)現(xiàn)X射線，由此，X射線在野戰(zhàn)醫(yī)學領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在第一次世界大戰(zhàn)以后的各個戰(zhàn)場幾乎都出現(xiàn)了X射線裝備的身影。隨著計算機的發(fā)展，高技術(shù)野戰(zhàn)用數(shù)字成像技術(shù)越來越廣泛地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的野戰(zhàn)用屏片攝影。20世紀80年代，CR ( computed radiography)把傳統(tǒng)的X線攝影數(shù)字化；DDR是20世紀90年代開始開發(fā)的直接數(shù)字成像技術(shù)。數(shù)字圖像不僅可以方便的將圖像“凍結(jié)”在熒光屏上，而且可以進行各種各樣的圖像后處理。X-CT的問世被公認為倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來的重大突破，是標志著醫(yī)學影像設(shè)備與計算機相結(jié)合的里程碑。自20世紀70年代初開始在臨床應(yīng)用以來，經(jīng)過多次升級換代，由最初的普通頭顱CT機發(fā)展到現(xiàn)在的高檔滑環(huán)式螺旋CT和電子束CT。其結(jié)構(gòu)和性能不斷完善和提高，可用于身體任何部位組織器官的檢查，因其密度分辨率高，解剖結(jié)構(gòu)顯示清楚，對病變的定位和定性較高。隨著CT小型化，便攜化的發(fā)展，必將成為戰(zhàn)場野戰(zhàn)救治標準配置衛(wèi)生裝備。

1.2 野戰(zhàn)超聲成像技術(shù)發(fā)展

超聲成像技術(shù)是50年代后期發(fā)展起來的一種新型非創(chuàng)傷性診斷的臨床醫(yī)學新技術(shù)。早在1942年奧地利K.T Dussik使用A型超聲裝置來穿透性探測顱腦，并于1949年成功地獲得了頭部(包括腦室)的超聲圖像，1951年Wild和Reid首先應(yīng)用A型超聲對人體檢測并報道了了乳腺癌的回聲圖像。1954年Donald應(yīng)用超聲波作婦產(chǎn)科檢查，隨后開始用于腹部器官的超聲檢查。1965年Lallagen首先應(yīng)用Doppler法檢測胎心及某些血管疾病。1973年荷蘭首先報道實時超聲顯像儀，它是最早真正用于檢查診斷心臟病的切面實時超聲顯像儀，70年代脈沖多普勒與二維超聲結(jié)合成雙功能超聲顯像，能選擇性獲得取樣部位的血流頻譜。快速傅立葉變換技術(shù)的應(yīng)用，使得超聲成像可以取得某些以前只有用侵入性方法才能獲得的血流動力學數(shù)據(jù)。80年代彩色多普勒新技術(shù)的興起，能實時地獲取異常血流的直觀圖像，不僅在診斷心臟瓣膜疾病與先天性心臟疾病方面顯示了獨特的優(yōu)越性，而且可以用于檢測大血管、周圍血管與臟器血管的病理改變，在臨床上具有重要的意義。1992年McDicken等人率先提出多普勒組織成像技術(shù)，隨后此技術(shù)被廣泛應(yīng)用于臨床分析心肌活動的功能，為臨床心臟疾病的診斷與治療提供了一種安全簡便、無創(chuàng)的檢測手段。自60年代開始萌芽的三維超聲技術(shù)在90年代開始成熟，出現(xiàn)了一些商業(yè)系統(tǒng)，并逐步用于野戰(zhàn)救護，在很多應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出了優(yōu)于傳統(tǒng)二維超聲的特性。近年來，超聲醫(yī)學成像技術(shù)處于快速發(fā)展中，很多新技術(shù)，如造影成像、諧波成像、心內(nèi)超聲成像等技術(shù)都在野戰(zhàn)救治方面得到了應(yīng)用。

2 野戰(zhàn)醫(yī)學成像技術(shù)原理分析kfi影像園XCTMR

2.1 野戰(zhàn)X射線成像技術(shù)原理(見圖1)

X線成像技術(shù)(The X-ray imaging technique)原理是X射線的衰減，當高速電子轟擊陽極靶時，電子與靶原子相互作用，產(chǎn)生電磁波X線；X線成像系統(tǒng)檢測的信號是穿透組織后的X線強度，反映人體不同組織對X線吸收系數(shù)的差別，即組織厚度及密度的差異；圖像所顯示的是組織、器官和病變部位的形狀。X射線成像它是借助 X射線通過人體時，各部組織對X線的吸收不同產(chǎn)生不同的陰影所形成的圖像。這種圖像是三維的人體的X線吸收分布投射在二維的成像媒質(zhì)(如膠片)上形成的。所以它是把三維(立體的)實體信息壓縮或堆積重疊在一個二維平面上的圖像，是具有重疊特點的二維圖像。

圖1 野戰(zhàn)X射線成像原理

目前衛(wèi)勤機構(gòu)使用最多的是車載X線車，它包括車載X線機、車載X線影像電視成像、數(shù)字影像處理系統(tǒng)和野戰(zhàn)洗片機，野戰(zhàn)X線診斷車具有較好的機動性和靈活性，常被衛(wèi)勤機構(gòu)用于野戰(zhàn)救治、抗震救災(zāi)應(yīng)急保障和野外駐訓的機動衛(wèi)勤保障。該車搭載的X線機，采用高頻高壓發(fā)生器，并配備了三視野影像增強器，具有強大的拍片和透視功能。

2.2 野戰(zhàn)超聲成像技術(shù)原理(見圖2)

超聲成像技術(shù)(Ultra sound imaging technology)原理是超聲波衰減，通過壓電換能器將高頻電磁振動能量轉(zhuǎn)換為機械振動能，作為發(fā)射超生波的聲源；把兆赫級超聲脈沖輻照于人體，在體內(nèi)傳播過程中遇到聲阻抗變化的界面時發(fā)生反射，利用反射回來的回波形成的圖像。超聲成像需要有十分精確的電子電路來變換超聲信號，控制超聲的方向，才能獲得反射界面的二維圖像信息。這些圖像信息被存貯到計算機的矩陣存貯器中、隨后被讀出到監(jiān)視器上，呈現(xiàn)一幅超聲圖像。如常用的B超圖像，圖像顯示的是組織聲阻抗的不同。超聲圖像是在三維的人體中經(jīng)超聲掃描某二維斷面而產(chǎn)生的真正二維斷層影像，不是三維投射于二維的圖像。

圖2 野戰(zhàn)超聲影像技術(shù)原理

野戰(zhàn)超聲成像設(shè)備主要采用超聲波良好的指向性和其反射、折射、衰減規(guī)律及多普勒效應(yīng)等物理特性，采用各種掃描方法，將給定頻率的超聲波導(dǎo)入體內(nèi)，超聲波遇到不同組織或器官界面時，將發(fā)生不同程度的反射和透射，接收攜帶信息的回聲，利用不同的物理參數(shù)，將信號經(jīng)處理后，顯示為波形、曲線或圖像，觀察分析這個結(jié)果，結(jié)合戰(zhàn)傷表現(xiàn)可對疾病做出診斷。

目前衛(wèi)勤機構(gòu)中用得最多的是B型超聲波診斷儀，俗稱B超，其橫向分辨率可達到2mm，所得到的軟組織圖像清晰而富有層次。超聲多普勒系統(tǒng)利用回聲的頻差，顯示運動器官的動態(tài)特性，實現(xiàn)血流和心臟參數(shù)的測量。

3 野戰(zhàn)醫(yī)學成像技術(shù)發(fā)展展望

kfi影像園XCTMR.com直接數(shù)字化X射線成像系統(tǒng)( direct digitized radiography , DDR)于1995 年出現(xiàn)，使用直接X射線攝影探測器( direct radiography detector)。1997年出現(xiàn)了使用平板探測器( flat panel detector, FPD)的直接數(shù)字化X 射線成像系統(tǒng)。DDR 探測器能把入射的X 射線能量直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。其基本原理是用非晶態(tài)硒(Se)涂覆在薄膜晶體管( thin film transistor , TFT ) 陣列上, 每一個TFT 的貯存電荷量與入射的X 射線光子的能量與數(shù)量相對應(yīng), 這樣每個TFT 就成了一個采集影像信息的最小單元, 即像素。像素信號經(jīng)讀出放大器放大后被同步地轉(zhuǎn)換成14 位二進制數(shù)字信號。FPD 是由探測器矩陣組成的, 矩陣中的最小單元( 像素) 是由薄膜非晶態(tài)氫化硅制成的光電二極管, 它在可見光的照射下能產(chǎn)生電流。每個像素貯存的電荷量和與之對應(yīng)范圍內(nèi)的入射X 射線光子能量與數(shù)量成正比, 并形成14 位二進制的數(shù)字信號輸出, 傳送給處理計算機建立圖像。2000 年以來市場上陸續(xù)推出了平板式全數(shù)字化心血管影像系統(tǒng)( GE INNONA系列)，方形平板對角線29 cm，相當于12 英寸影像增強器的接收面積，探測器為1024×1024 的不定型硅陣列，25 幀/秒14 位的透視和采集圖像, 動態(tài)范圍比常規(guī)的血管機擴大10倍。綜合以上三點, DDR 由于成像環(huán)節(jié)少, 可避免信息的丟失, 且DDR 的圖像具有較高的對比分辨力、放射劑量小、曝光寬容度大、曝光條件易掌握等優(yōu)點而將在野戰(zhàn)領(lǐng)域受到廣泛的應(yīng)用。

超聲分子顯像技術(shù)(Ultrasonic molecular imaging technology)是一門新興發(fā)展的，以靶向超聲微泡造影劑為顯像劑，能夠?qū)w內(nèi)組織器官微觀病變進行分子水平的探測與顯像的技術(shù)方法。超聲造影是利用造影劑后使散射回聲增強，明顯提高超聲診斷的分辨力、敏感性和特異性的技術(shù)。隨著儀器性能的改進和新型聲學造影劑的出現(xiàn)，超聲造影已能有效地增強心肌、肝、腎、腦等實質(zhì)器官的二維超聲影像和血流多普勒信號，反映和觀察正常組織和病變組織的血流灌注情況，已成為超聲診斷的一個十分重要和很有前途的發(fā)展方向，有學者把它看作是繼二維超聲、多普勒和彩色血流成像之后的第三次革命，該技術(shù)的發(fā)展必將為野戰(zhàn)救護領(lǐng)域開辟一條嶄新的道路。

[1]賀又增.直接數(shù)字化X射線攝影[J].世界醫(yī)療器械,1998,(3):10-14.

[2] 茍量,王緒本,曹輝. X射線成像技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢[J].成都理工學院學報，2002(2):227-230.

[3] 馮驥.數(shù)字化醫(yī)學成像技術(shù)與發(fā)展[J].甘肅科技,2002(10):22-23.

[4] 丁紅軍,邢克禮.醫(yī)學成像技術(shù)的進展[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2006(11):22-23.

[5] 李增友,羅少華,王恒地,曹永鋼.醫(yī)學成像系統(tǒng)的評價[J].中國醫(yī)學裝備，2008(10):20-22.

[6] Mark Nadeski,方進. 醫(yī)學成像的未來[J]. 電子產(chǎn)品世界，2009(08):66-67.

[7] 陳丹,陳勝功.現(xiàn)代醫(yī)學成像技術(shù)新進展[J].濱州醫(yī)學院學報，2001(04):333-335.

[8] 閻峰.分子成像在超聲顯影技術(shù)和臨床方面的應(yīng)用[J].中國醫(yī)療設(shè)備，2009(11):1-4.

[9] 李延斌,逄天秋.生物醫(yī)學影像新進展[J].世界最新醫(yī)學信息文摘，2003(06):891-895.

[10] 常向東,牟永閣,張京鐵.二十一世紀的醫(yī)學成像技術(shù)展望[J].實用醫(yī)技雜志，1999(05):331-332.

2014-08-07

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1002-2376(2014)12-0030-03