文档介绍：第六章现代医学影像技术Modern medical imaging technigue
生物医学工程教研室
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
现代医学影像技术
第一节概述
图像科学是现代科学技术领域中的一个重要
分支,它包含图像的形成、获取、传输、存储、
处理、分析与识别等。在医学图像研究领域中包
含以下两个相对独立的研究方向:
医学成像系统( medical imaging system )
医学图像处理( medical image processing )
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。
医学图像处理:是指对已经获得的图像作进
一步的处理,其目的或者是使原来不够清晰的图
像复原;或者是为了突出图像中的某些特征信息;
或者是对图像作模式分类等等。
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。
从临床诊断的角度看,由于医学图像以非常直
观的形式向人们展示人体内部的结构形态与脏器功
能,已成为临床诊断中最重要的手段之一。图像设
备的装备情况实际上已成为现代化医院的一个重要
标志。
从科技产业发展的角度看,由于强劲需求的推
动,医学图像产业规模也在整个生物医学工程产业
中占有很大的比重,并已经达到了十分可观的水平。
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(digital subtraction angiography,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。
如何从根本上克服在投影X射线成像中出现
的影像重叠间题,一直是医学界迫切希望解决的
问题。这个问题的数学描述应该是:如何根据接
收到的投影数据计算出人体内的断层图像(而不
是结构重叠的图像)。
X 射线计算机断层摄影
(X-putedtomography, 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。
虽然奥地利的数学家Radon早在1917年就证
明了从投影重建图像的原理,但他的论文一直未
被世人所重视。
当代图像重建理论最杰出的贡献者之一是美国
的物理学家Cormacko他不仅证明了在医学领域中
从X射线投影数据重建图像的可能性,而且提出了
相应的实现方法并完成了仿真与实验研究。
真正设计出一个装置来实现人体断面成像的
是在1978年。在那一年的英国放射学年会上,一
位名叫Hounsfield的工程师公布了计算机断层摄影
的结果。
这项研究成果可以说是在X射线发现后的七八
十年中放射医学领域里最重要的突破性进展,它也
是20世纪科学技术的重大成就之一。由于Hounsfield
与Cormack在放射医学中的划时代贡献,1979年的
诺贝尔生理与医学奖破例地授给了这两位没有专门
医学资历的科学家
▲1917年Radon提出了图像重建的数学方法。
▲ 1971年英国工程师Hounsfield设计成功第一台颅脑CT机
▲ 1972年应用于临床
▲ 1974年,美国工程师Ledley设计出全身CT机.
▲Hounsfield和美国物理学家Cormark获得了1979年度诺贝尔医学生理学奖。
Hounsfield于2004年8月12日在英国逝世,享年84岁