生物医学成像

医学影像在临床方面的的应用

生物医学成像即医学影像在临床方面的的应用，通常是指研究影像构成、拮取与存储的技术，以及仪器设备的研究开发的科学。各种各样成像设备，如X光、计算机辅助断层摄影(computer aided tomographic，CT)、超声波等广泛地用于生物医学成像技术领域。

发展历史

1895年威廉姆·伦琴无意中发现阴极射线管可以使一张涂有铂氰化钡的纸发光 ,即使把管子和纸分放在两间隔开的房间里也是一样。伦琴认为管子一定放射出某种具有穿透力的射线，他把这种未知射线命名为X射线。不久，他又发现如果让X射线穿过人手，射向一个涂有化学物质的屏幕，里面的骨胳就会清晰地显现在幕上。事实上，有史以来第一张X射线人体解剖照片上照的正是伦琴夫人的左手。

半个多世纪中，医学成像科学一直是随X射线技术的进步而稳定但又缓慢地发展着。可是在70年代初期，由于新技术——计算机X射线层析成像法，即CT(computerized tomography)的出现，这门科学一下子进入了高速发展时期。

80年代初，磁共振成像，即MRI(magnetic resonance imaging)的出现提供了另一种完全不同的拍摄体内照片的方法.不同于让X射线穿过体内，MRI基于强磁场和高频信号导致体内原子发放出它们自身的信息。

随着生命科学的进展，分子生物学、生物和基因工程(人类基因组/疾病基因组学)等，将深入和影响基础医学与临床医学(含影像学)的进程及发展。实际上，生理、功能和代谢成像以及基因诊断和治疗已经并将进一步影响影像学的诊治及基础研究。

关键技术

磁共振成像

人体中不同的组成器官都包含相当可观的水分和脂肪，并且在我们身体组织中有大量的氢。MRI信号从这些氢核发出，当它们由磁性刺激激发时，这些信号可用于成像。在1946年，著名的物理学家Bloch和Purcell首先构思了MRI的概念，一种先进的成像技术类型。基本原理包括刺激物质磁性的问题和通过物质基本属性的改变来获得成像信号，以响应这种磁性刺激。

MRI(也叫核磁共振)利用线断层照片成像技术并以切片的形式获取图像。每个在充足氢中的身体切片可以视为体素集，它是容量细胞元素，这里每个氢核表示一个体素。当完全兴奋时，这些核由容量细胞发出的核磁共振的信号表示，并且图像像素的强度与对应的体素的核磁共振信号强度成比例。因此从单独的组织映射可以累积以获得整个器官的映射。

目前，MRI已经广泛应用于内脏成像、肿瘤检测和其他在脊椎、脖子、大脑中的相关应用。除了是准确成像系统之外，它最大的优势在于，在应用中它是很安全的。它并不采用常规的想法——成像使用的频率应该比对象的频率低。它使用在RF范围内的相位和频率变化，因此无其他内脏成像技术的危害作用，例如X光。

计算轴断层摄影术

计算轴断层摄影术通常称为CT扫描或CAT扫描，它是医疗成像的另一种强有力的技术。可用于软组织系统的成像，如硬骨和血管。

这种成像技术应用X光摄影基本原理。它发送不同强度的X光，这取决于表面障碍物的类型，X光光束根据这些响应进行描述。这使用断层摄影成像技术，即继续以切片进行成像。

CAT扫描器结构上包含X光管和检测器。射线管沿螺旋式/spiral/圆形路径旋转，而切片的图像由X光检测器获取。在完全旋转期间，检测器记录大量(几乎旋转1000次)的快照。图像进一步分解成一些独立的数据集，并且在一些并行通道中进行进一步处理。在这个处理期间，外形被投影，给出了断层摄影术切片的实际图像。

核与超声波成像

在核医学中，放射性材料通常通过静脉注射(intravenous，IV)，或吞咽或吸气来获得人体器官的图像。放射性物质的运动转变由检测器跟踪。可通过身体内的某些物质标记放射性核素。它放射gamma射线，在gamma照相机由传感器捕获。这些图像的分辨率很差，但它们视觉化了生理功能，例如能以清楚的方式来见到新陈代谢的过程。

在超声波图像中，超声波脉冲从安置在患者皮肤上的变换装置传播。反向散射的超声回波信号将被记录以用于图像重建。超声波通过水进行传播。囊肿是含水的可变结构，它不会发送任何回波到记录器。另一方面，骨头、硬化组织和脂肪吸收并反射超声波射线(在很小范围)，并且产生声影区。因此使用超声波图像可能查出在任何一种器官中的囊肿。

应用

下面介绍一些生物医学成像的应用。

(1)肺病识别：在胸部X光片中，黑色部分代表空气，而固体组织看上去更亮一些。骨头比软组织具有更高的辐射不透明度。在正常胸部X光片中，可清晰地看见肋骨、胸部脊椎、胸腔和腹腔的横隔膜。通过分析相应部分，这些在胸腔x光片中的区域可以用于病变的诊断。

(2)心脏病识别：定量测量(例如心脏大小和形状)是对心脏病分类的重要诊断特征。图像分析技术可以被用于x光图像用来改善心脏病的诊断。

(3)数字乳腺x光片：为了诊断乳腺肿瘤，数字乳腺X光片对查出特征(例如微钙化)是非常有用的。图像处理技术，例如对比度增强、分割、特征提取、形状分析等，可以用于乳腺x光片的分析。肿瘤形状的规律性被用来确定肿瘤为良性还是恶性。

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