医学影像设备学概论

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20世纪，记录了放射学的兴起、形成和不断发展的历史，同时也记载着医学影像设备孕育、产生和不断创新的过程。      1895年11月8日，德国物理学家伦琴 (Withelm Conrad Roentgen，1845~1923)在做真空管高压放电实验时，发现了一种肉眼看不见、但具有很强的贯穿本领、能使某些物质发荧光和使胶片感光的新型射线，即X射线或称X线。伦琴的工作是在极其简陋的条件下进行的，然而他的这一伟大发现却震撼了全世界，掀开了世界科技史上重要的一页。接着，他又为其夫人拍摄了手骨照片;这是世界上第一幅X线照片。为此，伦琴于1901年12月10日荣获首次诺贝尔物理学奖。世人为纪念他的不朽功绩，又将X线称为伦琴射线或伦琴线。
    X线发现伊始即用于医学临床，首先是用于骨折和体内异物的诊断，以后又逐步用于人体各部分的检查。与此同时，X线设备相继出现。1896年，德国西门子公司研制出世界上第一支X线管。20世纪10~20年代，出现了常规X线机。其后，由于X线机械 (主要是X线管和变压器)和相关的仪器、设备及人工对比剂的不断开发利用，尤其是体层装置、影像增强器、连续摄影、快速换片机、电视、电影和录像记录系统的应用，到20世纪60年代中、末期，已形成了较完整的学科体系，称为放射诊断学或放射学 (radiology)。 
     1972年，英国工程师汉斯菲尔德 (G·N·Hounsfield)首次研制成功世界上第一台用于颅脑的计算机体层摄影 (Computed tomography，CT)扫描机。这是电子技术、计算机技术和X线技术相结合的产物；它的问世，是1895年X线发现以来医学影像设备的一个革命性进展，为现代医学影像设备学奠定了基础。CT机以横断面体层成像，无前后影像重叠，不受层面上下组织的干扰；同时由于密度分辨率显著提高，能分辨出0.1%~0.5%X线衰减系数的差异，比传统的X线检查高10倍~20倍；还能以数字形式 (CT值)作定量分析。
     近30年来，CT设备的更新速度极快，扫描时间由最初的几分钟向亚秒级发展，图像快速重建时间最快的已达0.75s(512×512矩阵)，空间分辨力也提高到0.1rnm量级；宽探测器多层螺旋CT或双层螺旋CT得到了广泛的普及，功能有了进一步的扩展;大孔径CT可兼顾日常应用与肿瘤病人定位，组合型CT可在完成CT检查后直接进行正电子发射型计算机体层 (PET)检查，使CT的形态学信息与PET的功能性信息通过工作站准确融合，可以更准确地完成定性与定量的诊断。 
     平板探测器CT目前尚在开发阶段，一旦技术成熟，从机器设计、信息模式、成像速度、射线剂量到运行成本都会有根本的改变，将会引起CT技术的又一次革命。 
    20世纪80年代初用于临床的磁共振成像 (MRI)设备，是一种崭新的非电离辐射式医学成像设备。MRI设备的密度分辨力高，调整梯度磁场的方向和方式，可直接摄取横、冠、矢状断面和斜位等不同体位的体层图像，是其优于CT的特点之一。迄今，MRI已广泛用于全身各系统，其中以中枢神经、心血管系统、肢体关节和盆腔等效果最好。近年来，已有多家公司推出了3.0T的磁共振(MR)成像设备，这种MR设备的梯度场强可达40mT/m，切换率可达150mT/m/s，从而可使回波时间更短，每次脉冲重复时间可获得更多的层面，而且不易受运动的影响。中场超导 (0.7T)开放型MRI进一步普及，它便于开展介人操作和检查中监护病人，克服了幽闭恐惧病人和不合作病人应用MRI检查的限制。双梯度场技术可在较小的范围内达到更高的梯度场强，有利于完成各种高级成像技术，如功能成像、弥散成像等。降噪措施和成像专用线圈也都有了较大的进步，如功能成像线圈和肢体血管成像线圈等。腹部诊断效果已接近和达到CT水平，脑影像的分辨力在常规扫描时间下提高了数千倍，而显微成像的分辨力达到50~10μm，现已成为医学影像诊断设备中最重要的组成部分。生物体MR波谱分析 (MRS)具有研究机体物质代谢的功能和潜力，今后如能实现MRI与MRS结合的临床应用，将会引起医学诊断学上一个新的突破。
     数字减影血管造影 (DSA)和计算机X线摄影(CR)是80年代开发的数字式成像设备与技术。前者具有微创、实时成像、对比分辨力高、安全、简便等特点，目前，正向快速旋转三维成像实时减影方向发展，从而扩大了血管造影的应用范围。后者具有减少曝光量和宽容度大等优点，更重要的是可作为数字化图像纳人图像存储、传输系统 (PACS)。而X线实时高分辨率成像板将是最具革命性、最有发展前途的医学影像设备之一。 
     20世纪50年代和60年代，超声和放射性核素设备与技术相继出现，当时在医学上的应用往往各成系统。1972年X线CT的开发，使医学影像设备与技术进人了一个以计算机和体层成像相结合、以图像重建为基础的新阶段。70年代末80年代初，超声CT、放射性核素CT和数字X线成像设备与技术逐步兴起，并应用于临床。尽管这些设备的成像参数、诊断原理和检查方法各不相同，但其结果都是形成某种图像，依此进行诊断;在此基础上形成了医学影像诊断学。
     伴随着医学影像诊断设备的不断发展，介人放射学系统自20世纪60年代兴起，于70年代中期逐步应用于临床，近年来尤以介入治疗进展迅速。因其具有安全、简便、经济等特点，深受医生和病人的普遍重视与欢迎，现仍处于不断发展和完善的过程之中。90年代倍受人们瞩目的立体定向放射外科学设备与技术，由于它可以不作开颅手术而治疗一些脑疾患，很受欢迎，全世界都在积极开发和应用这种高新的设备与技术。介人放射学与立体定向放射外科学系统，两者都是由医学影像设备与技术给以引导或定位来实施治疗的设备，所以也属于医学影像设备的范畴。
    综上所述，多种类型的医学影像诊断设备与医学影像治疗设备相结合，共同构成了现代医学影像设备体系

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