醫(yī)學(xué)影像物理和技術(shù)

王濤

摘 要：學(xué)影像物理和技術(shù)重點(diǎn)解決人體成像、圖像處理與圖像分析以及醫(yī)學(xué)圖像在在臨床應(yīng)用或科研中的物理問題、算法和軟硬件設(shè)計(jì)操作等，是醫(yī)學(xué)物理學(xué)的重要分支。醫(yī)學(xué)影像是人體信息的載體，可用于教學(xué)和科研、治療和疾病診斷。治療中的醫(yī)學(xué)影像可以用于制定治療計(jì)劃、在治療過(guò)程實(shí)施影像監(jiān)督，以及通過(guò)對(duì)治療監(jiān)督是采集的數(shù)據(jù)的圖像重建實(shí)現(xiàn)對(duì)治療計(jì)劃的驗(yàn)證。當(dāng)前醫(yī)學(xué)影像的世界前沿是功能成像，主要內(nèi)容是對(duì)人的生理功能和心理功能成像。這些成像方法和技術(shù)的發(fā)展以及在醫(yī)療界中的廣泛使用，必將引起醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究和新的治療方案的革命。

關(guān)鍵詞：醫(yī)學(xué)影像；影響物理；成像技術(shù)

1 引言

人體成像包括對(duì)健康人的成像和對(duì)病人的成像，對(duì)于前者的成像主要用于科研和教學(xué)，后者主要用于醫(yī)學(xué)臨床診斷和治療。醫(yī)學(xué)影像物理和技術(shù)是醫(yī)學(xué)物理學(xué)的重要分支，研究的對(duì)象包括了所有人體成像。

目前臨床廣泛使用的模態(tài)按照成像時(shí)使用的物質(zhì)波不同，分為X射線成像、γ射線成像、磁共振成像和超聲成像。

2 對(duì)目前各種醫(yī)學(xué)成像模態(tài)現(xiàn)狀的分析

2.1 X射線成像

X射線成像模態(tài)分為平面X射線成像和斷層成像。人體不同器官和組織對(duì)X射線的吸收可以用組織密度進(jìn)行表征，因此，可以利用平面x射線、x射線照相術(shù)對(duì)人體內(nèi)臟器官和骨骼的損傷和病灶進(jìn)行診斷和定位，同時(shí)也把膠片帶進(jìn)了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。隨著x射線顯像增強(qiáng)技術(shù)的發(fā)展，x射線的血管造影術(shù)和其他臟器的專用x線機(jī)相繼誕生，擴(kuò)大了x射線成像的應(yīng)用范圍。平面x射線成像的未來(lái)發(fā)展方向是數(shù)字化的x光機(jī)技術(shù)其中，x線機(jī)是全世界的發(fā)展方向，但是其價(jià)格使得大多數(shù)用戶望而怯步。

作為傳統(tǒng)影像技術(shù)中最為成熟的成像模式之一的x射線斷層成像，其速度對(duì)于心臟動(dòng)態(tài)成像完全沒有問題，加上顯像增強(qiáng)劑，還可以對(duì)用于血管病變及其血腦屏障是否被病灶破壞進(jìn)行檢查，屬于功能成像的范疇。當(dāng)前，三維控件x射線斷層成像的實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)已經(jīng)問世，將會(huì)為x射線成像帶來(lái)新的生命力。

2.2 核磁共振成像

目前，各種各樣的核磁共振設(shè)備產(chǎn)品已經(jīng)大量進(jìn)入市場(chǎng)。核磁共振成像集中體現(xiàn)了各種高新技術(shù)在醫(yī)學(xué)成像設(shè)備中的應(yīng)用。目前核磁共振主要應(yīng)用包括人腦認(rèn)知功能成像，用于揭示大腦工具機(jī)制的認(rèn)知心理實(shí)驗(yàn)測(cè)量。

2.3 核醫(yī)學(xué)成像

核醫(yī)學(xué)成像包括平面和斷層成像兩種方式。目前，以單光子計(jì)算機(jī)斷層成像和正電子斷層成像為主，為動(dòng)物正電子斷層成像主要是用于基礎(chǔ)研究，而平面的γ相機(jī)已經(jīng)處于被淘汰的水平。

核醫(yī)學(xué)成像設(shè)備可以定量地檢測(cè)到由于基因突變而引起的大分子運(yùn)動(dòng)紊亂繼而引起的臟器功能變化，例如代謝紊亂、血流變化等。這是其他設(shè)備如超聲波檢查不可能完成的任務(wù)。這就是臨床醫(yī)學(xué)上所說(shuō)的早期診斷，核醫(yī)學(xué)影像設(shè)備能夠快速發(fā)展歸功于此。但是核醫(yī)學(xué)成像存在空間分辨率差、病理和周圍組織的相互關(guān)系很難準(zhǔn)確定位的確定，因此，還需要醫(yī)學(xué)物理工作的不懈努力。

2.4 超聲波成像

超聲波是非電離輻射的成像模態(tài)，以二維成像的功能為主，也包括平面和斷層成像兩類產(chǎn)品。超聲波成像由于其安全可靠、價(jià)格低廉，多以在診斷、介入治療和預(yù)后影像檢測(cè)中得到發(fā)展。目前，超聲波設(shè)備已有超過(guò)x射線成像的勢(shì)頭。同樣，超聲波成像也存在一定的缺點(diǎn)，如圖像對(duì)比度差、信噪比不好、圖像的重復(fù)性依賴于操作人員等。

3 關(guān)于醫(yī)學(xué)軟件問題

3.1 基本情況分析

成像的硬件設(shè)備要完成功能離不開醫(yī)學(xué)軟件的支持，對(duì)于這些醫(yī)學(xué)軟件按照和硬件設(shè)備的關(guān)系，可分為三個(gè)層次：

第一層，工作和硬件緊密結(jié)合的軟件。主要功能是負(fù)責(zé)成像設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制，對(duì)數(shù)據(jù)的采集，圖像預(yù)處理和重建，完成數(shù)據(jù)分析。

第二層，主要負(fù)責(zé)對(duì)醫(yī)療器械產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理軟件。這種軟件的應(yīng)用需要來(lái)自醫(yī)學(xué)物理人員，軟件編程人員和醫(yī)生三方的合作，目前，由于我國(guó)還沒有建立這種三方合作機(jī)制，這類軟件應(yīng)用情況明顯滯后。

第三層，主要功能是完成醫(yī)學(xué)信息的整合的軟件，用于醫(yī)療過(guò)程中醫(yī)療信息，醫(yī)學(xué)工作的管理。例如PACS。這種軟件也需要醫(yī)生的參與，但是并沒有依賴性。

3.2 PACS

PACS是醫(yī)療發(fā)展信息化的體現(xiàn)，是醫(yī)學(xué)影像技術(shù)集成管理和開拓影像資源應(yīng)用范圍的重要技術(shù)手段。PACS將醫(yī)學(xué)影像中的各種軟件和圖像工作站連接起來(lái)，使之成為局域網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了資源的共享。不同科室的醫(yī)生在完成對(duì)病人的信息收集和診斷后可以完成信息的錄入。還可以利用商業(yè)設(shè)備上采集的數(shù)據(jù)運(yùn)用于病人的診療中，結(jié)合數(shù)據(jù)和醫(yī)學(xué)影像，對(duì)診斷信息綜合處理，以此提高診斷的準(zhǔn)確率。

4 醫(yī)學(xué)影像物理和技術(shù)學(xué)科今后的發(fā)展

雖然存在各種不同的醫(yī)學(xué)影像模態(tài)，但是目標(biāo)只有一個(gè)，即為了更好的進(jìn)行醫(yī)學(xué)研究診斷，隨著物理和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)會(huì)隨之提高。為了更好的為醫(yī)療服務(wù)，在今后的發(fā)展中，醫(yī)學(xué)影響物理和技術(shù)學(xué)科還需在以下幾方面繼續(xù)努力。

第一，用于成像的物質(zhì)波產(chǎn)生裝置還需要不斷進(jìn)行提升，為更好的滿足成像需求，在提高波源產(chǎn)生物質(zhì)波的同時(shí)，還需要改變物質(zhì)波的束流品質(zhì)；

第二，將物質(zhì)波和人體組織發(fā)生相互作用的規(guī)律模型化，為減少誤診率和定位誤差，把模型參數(shù)的最佳化，改善從影像中提取信息的質(zhì)量和速度。同時(shí)努力消除探測(cè)中的噪聲和偽影；

第三，把探測(cè)的信號(hào)收集，放大、成形實(shí)現(xiàn)數(shù)字化；

第四，為滿足影像診斷和治療中的監(jiān)督需要，高質(zhì)量的實(shí)現(xiàn)圖像重建和顯示等。

在科學(xué)技術(shù)方面，開展醫(yī)學(xué)影像在腦功能成像研究中的應(yīng)用、臨床診斷中的應(yīng)用等，有利于拓寬醫(yī)學(xué)影像的市場(chǎng)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了當(dāng)今主流的幾種醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，對(duì)各種成像方式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了闡述，對(duì)日后醫(yī)學(xué)影像物理和技術(shù)的發(fā)展提出了自己的看法，希望能為那些為醫(yī)療服務(wù)的工作者們提供一些參考。隨著醫(yī)學(xué)影像物理和技術(shù)的不斷進(jìn)步，醫(yī)療服務(wù)行業(yè)的科學(xué)化加速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：山東省東明縣衛(wèi)生和計(jì)劃生育綜合監(jiān)督執(zhí)法局）