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X射线成像技术在医学中应用


□ 罗述谦

  摘 要 文章介绍了在医学中广泛应用的二维X射线摄影屏-胶片系统及三维计算机断层扫描成像技术。并对二维X射线摄影技术的发展,例如数字减影血管造影(DSA),计算机放射成像(CR)和直接数字化X射线摄影(DR)以及三维成像新技术,如螺旋计算机断层扫描技术(螺旋CT),正电子发射体层/多层螺旋CT图像融合扫描装置(简称PET-CT)和相位衬度成像技术的原理和应用作了简单描述。医学图像后处理是现代医学图像设备不可或缺的组成部分,先验医学知识的融入使现代图像设备具有辅助诊断的能力。
  关键词 X射线,医学图像,断层成像,图像重建 
  
  X-ray imaging technology in medical applications
  
  LUO Shu-Qian
  
  (College of Biomedical Engineering, Capital Medical University, Beijing100069, China )
  Abstract An introduction to 2D X-ray radiography and 3D computed tomography (CT) which are used in clinics and hospitals worldwide is given. The development, principles and primary applications of modern medical image equipment such as digital subtraction angiography, computed radiography, digital radiography, spiral CT, positron emission tomography/CT, and phase-contrast imaging are also described. Image post-processing is a very important part of modern medical imaging equipment. Combined with medical a priori knowledge, modern CT scanners have even more powerful capabilities in computer-aided diagnosis.
  Keywords X-ray, medical imaging, tomography, image reconstruction
  
  人体各个组织、器官在发挥功能和进行代谢时,都会伴随有某种信息产生。如果我们能够采集这些信息,并对其加工、处理,就能对人体的健康情况有所了解,对疾病进行有效的预防和治疗,从而提高人类生活和健康水平。一般说来,人体的信息可以表现为多种能量形式。例如,电的、光的、热的、压力的、化学的等等。但从信息检测方面来说,可以将这些信息分为两大类,即电的信息与非电信息。对于电信息,例如心电、脑电、肌电、胃电、肠电等,可以直接用生物电极将其连接到生物放大器进行放大,然后数字化,送到计算机分析和处理。对于非电信息,例如体温、脉搏、血压等,则要用相应的传感器将它们转换为电信号,然后加以处理。早期对于人体信息的处理限于离散的数据点、连续改变的生理曲线。虽然,这些处理结果在临床上具有一定的意义,但很不直观。人们不再满足这种方式,希望能够直接看到人体内部,甚至微观的图像,从而对人体组织形态以及病理改变有个直观的了解。随着科学技术的发展,各种医学图像应运而生,并得到迅速的发展。
  
  1 常规X射线成像
  
  1.1 伦琴开创了人体图像的先河
  提起医学图像,我们不能不提及一位伟大的科学家,他就是德国物理学家伦琴(Wilhelm Conrad Rntgen)。1895年11月8日伦琴在研究阴极射线管中气体放电现象时,用一只内嵌两个金属电极(阳极和阴极)的密封玻璃管,在电极两端加上几万伏的高压电,用抽气机将玻璃管内空气抽出。为了遮住高压放电时的弧光外泄,在玻璃管外面套上一层黑色纸板。他在暗室中进行这项实验时,偶然发现约两米远的凳子上出现一片亮光。原来,那儿放着一块做别的实验用的涂有铂氰化钡(一种荧光物质)的硬纸板。他觉得很奇怪,是什么原因使这原来并不发光的纸板发光了呢? 阴极射线(电子束)不能穿透空气这么长的距离,他敏锐地猜测,这很可能是管子发出的某种未知的“东西”到达纸板,使铂氰化钡发光。伦琴就用数学上通常表示未知数的符号“X”给这未知的射线命名,称做“X”射线,并用“X”射线给他夫人的手拍照。这就是人类史上第一张医学图像。为了纪念他,人们将“X”射线又叫做伦琴射线。1901年,伦琴本人也因为这一重大贡献获得第一个诺贝尔物理学奖。
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