第一章 绪 论
实用比较医学影像技术是将解剖学、病理学、各临床学科、诊断学及影像技术学等学科综合起来，以医学影像技术学为中心组成的一个有机检查链，是研究如何利用各种影像检查技术，选择有效、精确、合理的方法及检查次序，使疾病得到正确及时诊断的新型学科。
随着科学技术的飞跃发展，影像检查技术的手段日益增多，且技术迥然，原理各异，它包括计算机X线摄影（computed radiography，CR）、数字 X线摄影（digital radiography，DR）、计算机体层摄影（computed tomography，CT）、磁共振成像（magnetic resonance image，MRI）、数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）、超声成像（ultrasonography，USG）、γ-闪烁成像（γ-scintigraphy）、单光子发射体层成像（single photon emission computed tomography，SPECT）和正电子发射体层成像（positron emission tomography，PET）等等。如何在众多的影像检查技术中获得合理、有效的方法是临床医学面临的重大挑战。为了应对这一挑战，比较影像技术学应运而生。
CR是用成像板（imaging plate，IP）穿过人体后的剩余X线信息，再通过影像阅读处理器记录的信息数字化。DR是计算机与常规X线摄影相结合的产物。现在临床使用的DR成像仪均是采用平板探测器将X线信息直接数字化，不存在任何的中间过程。X线数字图像的特点是，不仅可以方便地将图像“冻结”在显示器上，而且可以进行各种各样的图像后处理。CR/DR除了对疾病诊断能起到快速筛查作用外，对来自于骨骼疾病诊断有一定的敏感性；全景拼接功能对脊柱侧弯和下肢畸形的外科手术治疗术前方案地制定和术后效果地评估都有重要作用；双能量减影通过分离骨骼和软组织影像对胸部的肋骨和肺部细微病变地观察很有价值。
CT探测器材料的革新，使X线响应速度加快、光电转化率提高、性能更稳定；探测器宽度的增加，提高了在Z轴方向上探测的宽度和列数，进而使扫描的层厚更薄、采集时间更短；其次是单球管的动态变焦，可根据不同条件自动匹配焦点的大小，从而获得更高分辨率的图像；而双源CT则改变了常规CT所使用的一个X线球管和一套探测器的成像体系，通过两套X线球管和两套探测器来采集数据，两套X线球管在X-Y平面上间隔90°，当机架旋转90°时即可获得180°数据，使单扇区采集的时间分辨率达到66ms，两个X线源的总能量为160KW，即使在最快的扫描和进床速度时，也能确保极佳的图像质量。在软件上，各种专业的软件应用包已发挥其独特的作用。如脑CT灌注成像能早期诊断急性脑卒中，脑功能改变的早期检测软件包能预测早、中期脑卒中及脑肿瘤的早期检测；心脏CT成像辅以心电门控，用低剂量的X线可以显示心脏的形态，并能精确定量分析心脏容量、射血分数、室壁运动等，利用多维功能还可显示各支冠状动脉的形态，对狭窄、粥样斑块与溃疡及钙化斑块的鉴别诊断有很大的帮助；创伤专用软件包通过长距离快速扫描，能观察多发性、多器官的复合性损伤；能谱CT可以获取从40～140k V之间的不同X线能量的单能图像，根据临床诊断的不同需要可选取最理想的单能图像。单能图像的作用有：第一、使噪声最低，组织结构对比最好，可清晰显示解剖细节及病变细节；第二、低k V图像能增加不同组织结构之间的对比，有利于等密度病变和小病灶的探查、发现，同时，不仅能完成静脉系统成像，而且能优化动脉系统成像等；第三、高k V图像可以有效减轻或者去除硬化伪影及金属伪影，克服传统混合能量图像的不足。
MR硬件方面，短磁体、大孔径、静音化是当前MR扫描仪的发展方向。梯度场强度是大家共同关心的重要参数之一，它决定了MR的最大切换率，最短TR和TE、最小视野、最薄层厚以及成像速度，实践证明梯度场强度的增加也带来了一些弊端，如何既能增加梯度场强度，又能降低噪声是MR设备方面的又一改进动向；多源射频是高场强、大视野的先决条件之一，它能很好的使射频系统和主磁场相匹配，克服由主磁场强度的增加而随之带来的射频场不均、伪影及热效应，从而获得信号均匀的图像；缩短模拟信号传输和处理过程，实现从信号接收器到信号处理器的全数字化光纤传输，大大减少了信号在传输过程中干扰源的介入和信号的衰减，提高了图像的信噪比。在临床上，MR专用机也备受青睐，目前，头颅专用机、心脏专用机以及骨关节专用机已用于临床。在软件上，MRA的主要改进有实时或近乎实时的血管成像、有注射对比剂的分期动态成像、有多层块重叠伴伪影抑制技术、长距离分段采集的拼接技术、4D MRA以及非对比剂血管成像等；f MRI主要有灌注成像、扩散成像、扩散张量成像、脑皮质功能定位、MRS也有较大的发展，最主要的标志是显示技术的改进和显示信息范畴的拓宽，如从单体素向多体素质子波谱采集，并最终完成全覆盖式螺旋波谱图技术，从1 H波谱拓宽到了31 P、13 C等波谱的研究和应用。这种技术的应用可以鉴别肿瘤与炎症以及肿瘤复发识别；SWI在中枢神经系统的应用已十分广泛和成熟，基于SWI对静脉、出血、铁沉积、钙化等成分显示敏感性的特点，研究者们逐渐将目光聚焦到SWI对体部的研究，尤其是肝脏的研究；磁共振弹性成像作为一种新的、无创性评估软组织弹性的功能MR诊断手段日益受到研究人员的关注，其基本原理是利用运动敏感梯度（MSG）的作用，通过 MR技术检测体内组织在外力作用下产生的质点位移并获得MR相位图像。同时通过对弹性力学的逆求解，得出组织内各点的弹性系数的分布图，即MR弹性图，将组织弹性力学参数作为医学诊断的依据。
超声方面，在一维A超和二维超声的基础上三维超声已逐步进入临床实用阶段。
动态三维成像（dynamic three-dimensional imaging，Dynamic 3D）可以显示大血管的起源、位置、方向及前后左右关系，观察有无缺损并判断缺损部位、形态大小。动态三维成像是唯一能在实时状态下观察肿瘤所占据的空间位置、内部结构及周边关系，并且具有无创伤性，无需三维重建，节省了时间，提高了工作效率以及诊断的准确性。在腹部肿瘤诊断中，可以根据肿瘤内部血管三维超声彩色能量图像，显示血管走形、分支及分布范围，根据血管分部的情况判定肿瘤的良恶性。
三维超声实时体积自动分析（virtual organ computer-aided analysis，VOCAL）技术是在实时三维图像的基础上，应用虚拟技术将三维图像虚拟为立体模型，并在手动条件下观察立体模型，现阶段实时三维超声VOCAL技术在临床上尚未广泛应用，但随着三维超声技术的不断发展普及和提高，动态三维超声诊断技术在临床诊断中将起到重要作用。
宽景超声成像（ultrasound extended-filed-of-view imaging，EFOV）技术又称超宽视野成像、拓宽视野成像或全景超声成像技术（panoramic ultrasound imaging techology），它是通过探头的移动获取一系列的二维切面图像后，利用计算机重建将这一系列二维图像拼接成为一幅连续超宽视野的切面图像。EFOV可以提供更好的结构层次与空间关系，清晰地显示病变位置、大小、范围、内部回声及其毗邻，定量并准确地测量脏器大小以及体积较大的病灶，较好地展示和延伸管道结构。随着计算机技术的不断发展，EFOV在图像重建、配准及融合算法上面有着长足的进步，也使得EFOV的准确性及还原性不断提高，完全有理由相信EFOV具有极大的发展潜力及良好的应用前景，而且其结合常规实时灰阶和彩色多普勒超声会使现代超声诊断技术更趋完善。对疾病的早期诊断有着重要的作用，同时也对超声CT的研究奠定了基础。
超声分子影像（ultrasound molecular imaging）是通过将目的分子特异性抗体或配体连接到声学造影剂表面，构筑靶向声学造影剂，使声学造影剂主动结合到靶区，进行特异性的超声分子成像的一种新的超声影像技术。超声分子成像不仅可以更早的地发现和确定疾病，对疾病的治疗效果直接做出细胞及分子水平的评价，而且可以通过靶向微泡造影剂携带药物与活体细胞结合，用作分子成像与治疗。用超声辐照微泡对小鼠皮下H22肝癌移植瘤进行治疗，采用免疫组织化学SP法检测血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）蛋白表达，发现与单纯使用超声治疗组相比，肿瘤体积缩小，VEGF蛋白表达减低。
随着纳米级超声造影剂、高分子材料超声造影剂等新型造影剂的制备材料和方法的不断完善，以及各种高灵敏度超声造影技术的发展，超声分子影像技术必将会在疾病的早期诊治中做出巨大贡献。
介入性超声（interventional ultrasound）是在实时超声引导或监视下，完成各种穿刺活检、肿瘤消融、超声造影以及抽吸、置管、注药等操作，以达到诊断或治疗的目的。从超声技术发展的新概念上讲，还应包括术中超声（intraoperative ultrasound，IOUS）、腔内超声（intraluminal ultrasound）、微泡造影增强超声（contrast-enhanced ultrasonography，CEUS）、肿瘤的热消融和化学消融以及高强度聚焦超声（high-intensity focused ultrasound，HIFU）治疗等。
另外，值得关注的是多模态分子影像技术得了进一步发展，其在肿瘤早期诊断中的应用，主要以荧光分子探针为基础，合成多功能靶向探针，结合光学成像与MRI、PET等检测手段，进行肿瘤轮廓的界定、组织学成像分析、三维立体成像等，以实现多模态分子影像技术对肿瘤及癌前病变的早期诊断，多模态造影剂主要集中于超顺磁性纳米材料的MRI阴性造影剂的研究。
综上，尽管医学影像检查技术的成像原理和方法不同，诊断价值与限度亦各异，但都能使人体内部结构和器官形成影像，从而了解人体解剖与生理功能状况以及病理变化，以达到诊断的目的。CR/DR、DSA和CT都是借助人体组织和器官对X线的吸收差异，通过探测穿透人体后的剩余射线，将模拟信息变为光电数字信号通过计算机处理让人体组织和器官变成可以观察的影像。MRI则是利用人体组织和器官所含氢质子密度的不同，经外磁场磁化产生的磁矢量和磁矩的大小不同，用射频脉冲激发后磁矢量发生偏转，发射的相应电磁波在接收线圈内产生感应电流，这个随时间波动的电流即MR信号输入计算机系统而成像。它不仅可提供解剖形态信息，还可提供新陈代谢，生理功能等信息。USG是利用一种机械振动的弹性波-声波，当它穿过人体到达体内，由于不同的组织和器官对声波的折射率不同而发生反射，然后接收反射波由计算机合成成像。γ-闪烁成像、SPECT和PET是将放射性同位素注入人体产生射线，不同的组织对同位素浓聚程度不同，因此放射出的射线的强度就不同，通过测量放射出的射线强度可以得到放射性同位素在人体器官中的分布图像。
应当指出，数字成像技术是一种新兴的成像技术，诸种技术和方法各有优势与不足，并非一种成像技术可以适用于人体所有器官的检查和疾病诊断，也不是一种成像技术能取代另一种成像技术，而是相辅相成、相互补充和印证。在选用时要权衡利弊，进行首选和综合利用。一般在能正确诊断的前提下，应选用方便、对患者安全、痛苦少的非损伤性和检查费用低的成像技术和检查方法。
由此可见，医学影像检查技术的发展十分迅速，对某一类疾病或某一种疾病，我们可以运用不同的成像技术进行检查，即使同一种技术也可以使用不同的检查方法。对于不同解剖部位或不同系统的显示，各种成像技术的适用范围和显示效果也相差迥异；同一种检查技术的不同检查方法，其适用范围和显示效果也存在很大的差异。所以对常见疾病的检查技术和方法地运用催生了比较影像技术学的产生，比较影像技术学就是通过比较分析，探讨常用疾病的首选检查方法，从而希望使疾病的检查技术和方法更为标准化、规范化。