許世宏，陳志國(guó)

(解放軍第252醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，河北保定071000)

野戰(zhàn)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)發(fā)展探討

許世宏，陳志國(guó)

(解放軍第252醫(yī)院 醫(yī)學(xué)工程科，河北保定071000)

本文重點(diǎn)分析了野戰(zhàn)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史以及原理，結(jié)合現(xiàn)階段我軍野戰(zhàn)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)現(xiàn)狀，總結(jié)出以后野戰(zhàn)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，這對(duì)以后我軍野戰(zhàn)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)發(fā)展有一定的借鑒意義。

野戰(zhàn)；醫(yī)學(xué)成像技術(shù)；發(fā)展；探討

野戰(zhàn)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)(The field of medical imaging technology)因其特殊作用與用途在醫(yī)學(xué)成像技術(shù)領(lǐng)域[X射線成像技術(shù)，核素成像技術(shù)(RI)，超聲成像技術(shù)(USI)，X射線計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)(CT)，發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像技術(shù)(ECT)，磁共振成像技術(shù)(MRI)]主要體現(xiàn)在X射線成像技術(shù)、超聲成像技術(shù)(USI)；其發(fā)展歷史與野戰(zhàn)醫(yī)學(xué)發(fā)展同步，每一次進(jìn)步都帶動(dòng)了野戰(zhàn)醫(yī)學(xué)的大發(fā)展。

1 野戰(zhàn)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)發(fā)展簡(jiǎn)史

1.1 野戰(zhàn)X射線成像技術(shù)發(fā)展

德國(guó)物理學(xué)家倫琴(Wilhelm Conrad Rontgen)于1895年11月8日發(fā)現(xiàn)X射線，由此，X射線在野戰(zhàn)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在第一次世界大戰(zhàn)以后的各個(gè)戰(zhàn)場(chǎng)幾乎都出現(xiàn)了X射線裝備的身影。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，高技術(shù)野戰(zhàn)用數(shù)字成像技術(shù)越來越廣泛地代替?zhèn)鹘y(tǒng)的野戰(zhàn)用屏片攝影。20世紀(jì)80年代，CR ( computed radiography)把傳統(tǒng)的X線攝影數(shù)字化；DDR是20世紀(jì)90年代開始開發(fā)的直接數(shù)字成像技術(shù)。數(shù)字圖像不僅可以方便的將圖像“凍結(jié)”在熒光屏上，而且可以進(jìn)行各種各樣的圖像后處理。X-CT的問世被公認(rèn)為倫琴發(fā)現(xiàn)X射線以來的重大突破，是標(biāo)志著醫(yī)學(xué)影像設(shè)備與計(jì)算機(jī)相結(jié)合的里程碑。自20世紀(jì)70年代初開始在臨床應(yīng)用以來，經(jīng)過多次升級(jí)換代，由最初的普通頭顱CT機(jī)發(fā)展到現(xiàn)在的高檔滑環(huán)式螺旋CT和電子束CT。其結(jié)構(gòu)和性能不斷完善和提高，可用于身體任何部位組織器官的檢查，因其密度分辨率高，解剖結(jié)構(gòu)顯示清楚，對(duì)病變的定位和定性較高。隨著CT小型化，便攜化的發(fā)展，必將成為戰(zhàn)場(chǎng)野戰(zhàn)救治標(biāo)準(zhǔn)配置衛(wèi)生裝備。

1.2 野戰(zhàn)超聲成像技術(shù)發(fā)展

超聲成像技術(shù)是50年代后期發(fā)展起來的一種新型非創(chuàng)傷性診斷的臨床醫(yī)學(xué)新技術(shù)。早在1942年奧地利K.T Dussik使用A型超聲裝置來穿透性探測(cè)顱腦，并于1949年成功地獲得了頭部(包括腦室)的超聲圖像，1951年Wild和Reid首先應(yīng)用A型超聲對(duì)人體檢測(cè)并報(bào)道了了乳腺癌的回聲圖像。1954年Donald應(yīng)用超聲波作婦產(chǎn)科檢查，隨后開始用于腹部器官的超聲檢查。1965年Lallagen首先應(yīng)用Doppler法檢測(cè)胎心及某些血管疾病。1973年荷蘭首先報(bào)道實(shí)時(shí)超聲顯像儀，它是最早真正用于檢查診斷心臟病的切面實(shí)時(shí)超聲顯像儀，70年代脈沖多普勒與二維超聲結(jié)合成雙功能超聲顯像，能選擇性獲得取樣部位的血流頻譜。快速傅立葉變換技術(shù)的應(yīng)用，使得超聲成像可以取得某些以前只有用侵入性方法才能獲得的血流動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)。80年代彩色多普勒新技術(shù)的興起，能實(shí)時(shí)地獲取異常血流的直觀圖像，不僅在診斷心臟瓣膜疾病與先天性心臟疾病方面顯示了獨(dú)特的優(yōu)越性，而且可以用于檢測(cè)大血管、周圍血管與臟器血管的病理改變，在臨床上具有重要的意義。1992年McDicken等人率先提出多普勒組織成像技術(shù)，隨后此技術(shù)被廣泛應(yīng)用于臨床分析心肌活動(dòng)的功能，為臨床心臟疾病的診斷與治療提供了一種安全簡(jiǎn)便、無創(chuàng)的檢測(cè)手段。自60年代開始萌芽的三維超聲技術(shù)在90年代開始成熟，出現(xiàn)了一些商業(yè)系統(tǒng)，并逐步用于野戰(zhàn)救護(hù)，在很多應(yīng)用領(lǐng)域表現(xiàn)出了優(yōu)于傳統(tǒng)二維超聲的特性。近年來，超聲醫(yī)學(xué)成像技術(shù)處于快速發(fā)展中，很多新技術(shù)，如造影成像、諧波成像、心內(nèi)超聲成像等技術(shù)都在野戰(zhàn)救治方面得到了應(yīng)用。

2 野戰(zhàn)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)原理分析kfi影像園XCTMR

2.1 野戰(zhàn)X射線成像技術(shù)原理(見圖1)

X線成像技術(shù)(The X-ray imaging technique)原理是X射線的衰減，當(dāng)高速電子轟擊陽(yáng)極靶時(shí)，電子與靶原子相互作用，產(chǎn)生電磁波X線；X線成像系統(tǒng)檢測(cè)的信號(hào)是穿透組織后的X線強(qiáng)度，反映人體不同組織對(duì)X線吸收系數(shù)的差別，即組織厚度及密度的差異；圖像所顯示的是組織、器官和病變部位的形狀。X射線成像它是借助 X射線通過人體時(shí)，各部組織對(duì)X線的吸收不同產(chǎn)生不同的陰影所形成的圖像。這種圖像是三維的人體的X線吸收分布投射在二維的成像媒質(zhì)(如膠片)上形成的。所以它是把三維(立體的)實(shí)體信息壓縮或堆積重疊在一個(gè)二維平面上的圖像，是具有重疊特點(diǎn)的二維圖像。

圖1 野戰(zhàn)X射線成像原理

目前衛(wèi)勤機(jī)構(gòu)使用最多的是車載X線車，它包括車載X線機(jī)、車載X線影像電視成像、數(shù)字影像處理系統(tǒng)和野戰(zhàn)洗片機(jī)，野戰(zhàn)X線診斷車具有較好的機(jī)動(dòng)性和靈活性，常被衛(wèi)勤機(jī)構(gòu)用于野戰(zhàn)救治、抗震救災(zāi)應(yīng)急保障和野外駐訓(xùn)的機(jī)動(dòng)衛(wèi)勤保障。該車搭載的X線機(jī)，采用高頻高壓發(fā)生器，并配備了三視野影像增強(qiáng)器，具有強(qiáng)大的拍片和透視功能。

2.2 野戰(zhàn)超聲成像技術(shù)原理(見圖2)

超聲成像技術(shù)(Ultra sound imaging technology)原理是超聲波衰減，通過壓電換能器將高頻電磁振動(dòng)能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)能，作為發(fā)射超生波的聲源；把兆赫級(jí)超聲脈沖輻照于人體，在體內(nèi)傳播過程中遇到聲阻抗變化的界面時(shí)發(fā)生反射，利用反射回來的回波形成的圖像。超聲成像需要有十分精確的電子電路來變換超聲信號(hào)，控制超聲的方向，才能獲得反射界面的二維圖像信息。這些圖像信息被存貯到計(jì)算機(jī)的矩陣存貯器中、隨后被讀出到監(jiān)視器上，呈現(xiàn)一幅超聲圖像。如常用的B超圖像，圖像顯示的是組織聲阻抗的不同。超聲圖像是在三維的人體中經(jīng)超聲掃描某二維斷面而產(chǎn)生的真正二維斷層影像，不是三維投射于二維的圖像。

圖2 野戰(zhàn)超聲影像技術(shù)原理

野戰(zhàn)超聲成像設(shè)備主要采用超聲波良好的指向性和其反射、折射、衰減規(guī)律及多普勒效應(yīng)等物理特性，采用各種掃描方法，將給定頻率的超聲波導(dǎo)入體內(nèi)，超聲波遇到不同組織或器官界面時(shí)，將發(fā)生不同程度的反射和透射，接收攜帶信息的回聲，利用不同的物理參數(shù)，將信號(hào)經(jīng)處理后，顯示為波形、曲線或圖像，觀察分析這個(gè)結(jié)果，結(jié)合戰(zhàn)傷表現(xiàn)可對(duì)疾病做出診斷。

目前衛(wèi)勤機(jī)構(gòu)中用得最多的是B型超聲波診斷儀，俗稱B超，其橫向分辨率可達(dá)到2mm，所得到的軟組織圖像清晰而富有層次。超聲多普勒系統(tǒng)利用回聲的頻差，顯示運(yùn)動(dòng)器官的動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)血流和心臟參數(shù)的測(cè)量。

3 野戰(zhàn)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)發(fā)展展望

kfi影像園XCTMR.com直接數(shù)字化X射線成像系統(tǒng)( direct digitized radiography , DDR)于1995 年出現(xiàn)，使用直接X射線攝影探測(cè)器( direct radiography detector)。1997年出現(xiàn)了使用平板探測(cè)器( flat panel detector, FPD)的直接數(shù)字化X 射線成像系統(tǒng)。DDR 探測(cè)器能把入射的X 射線能量直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。其基本原理是用非晶態(tài)硒(Se)涂覆在薄膜晶體管( thin film transistor , TFT ) 陣列上, 每一個(gè)TFT 的貯存電荷量與入射的X 射線光子的能量與數(shù)量相對(duì)應(yīng), 這樣每個(gè)TFT 就成了一個(gè)采集影像信息的最小單元, 即像素。像素信號(hào)經(jīng)讀出放大器放大后被同步地轉(zhuǎn)換成14 位二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。FPD 是由探測(cè)器矩陣組成的, 矩陣中的最小單元( 像素) 是由薄膜非晶態(tài)氫化硅制成的光電二極管, 它在可見光的照射下能產(chǎn)生電流。每個(gè)像素貯存的電荷量和與之對(duì)應(yīng)范圍內(nèi)的入射X 射線光子能量與數(shù)量成正比, 并形成14 位二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)輸出, 傳送給處理計(jì)算機(jī)建立圖像。2000 年以來市場(chǎng)上陸續(xù)推出了平板式全數(shù)字化心血管影像系統(tǒng)( GE INNONA系列)，方形平板對(duì)角線29 cm，相當(dāng)于12 英寸影像增強(qiáng)器的接收面積，探測(cè)器為1024×1024 的不定型硅陣列，25 幀/秒14 位的透視和采集圖像, 動(dòng)態(tài)范圍比常規(guī)的血管機(jī)擴(kuò)大10倍。綜合以上三點(diǎn), DDR 由于成像環(huán)節(jié)少, 可避免信息的丟失, 且DDR 的圖像具有較高的對(duì)比分辨力、放射劑量小、曝光寬容度大、曝光條件易掌握等優(yōu)點(diǎn)而將在野戰(zhàn)領(lǐng)域受到廣泛的應(yīng)用。

超聲分子顯像技術(shù)(Ultrasonic molecular imaging technology)是一門新興發(fā)展的，以靶向超聲微泡造影劑為顯像劑，能夠?qū)w內(nèi)組織器官微觀病變進(jìn)行分子水平的探測(cè)與顯像的技術(shù)方法。超聲造影是利用造影劑后使散射回聲增強(qiáng)，明顯提高超聲診斷的分辨力、敏感性和特異性的技術(shù)。隨著儀器性能的改進(jìn)和新型聲學(xué)造影劑的出現(xiàn)，超聲造影已能有效地增強(qiáng)心肌、肝、腎、腦等實(shí)質(zhì)器官的二維超聲影像和血流多普勒信號(hào)，反映和觀察正常組織和病變組織的血流灌注情況，已成為超聲診斷的一個(gè)十分重要和很有前途的發(fā)展方向，有學(xué)者把它看作是繼二維超聲、多普勒和彩色血流成像之后的第三次革命，該技術(shù)的發(fā)展必將為野戰(zhàn)救護(hù)領(lǐng)域開辟一條嶄新的道路。

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2014-08-07

R197.39

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1002-2376(2014)12-0030-03