野战医学成像技术发展探讨

1 野战医学成像技术发展简史

1.1 野战X射线成像技术发展

德国物理学家伦琴(Wilhelm Conrad Rontgen)于1895年11月8日发现X射线，由此，X射线在野战医学领域得到了广泛的应用，在第一次世界大战以后的各个战场几乎都出现了X射线装备的身影。随着计算机的发展，高技术野战用数字成像技术越来越广泛地代替传统的野战用屏片摄影。20世纪80年代，CR ( computed radiography)把传统的X线摄影数字化；DDR是20世纪90年代开始开发的直接数字成像技术。数字图像不仅可以方便的将图像“冻结”在荧光屏上，而且可以进行各种各样的图像后处理。X-CT的问世被公认为伦琴发现X射线以来的重大突破，是标志着医学影像设备与计算机相结合的里程碑。自20世纪70年代初开始在临床应用以来，经过多次升级换代，由最初的普通头颅CT机发展到现在的高档滑环式螺旋CT和电子束CT。其结构和性能不断完善和提高，可用于身体任何部位组织器官的检查，因其密度分辨率高，解剖结构显示清楚，对病变的定位和定性较高。随着CT小型化，便携化的发展，必将成为战场野战救治标准配置卫生装备。

1.2 野战超声成像技术发展

超声成像技术是50年代后期发展起来的一种新型非创伤性诊断的临床医学新技术。早在1942年奥地利K.T Dussik使用A型超声装置来穿透性探测颅脑，并于1949年成功地获得了头部(包括脑室)的超声图像，1951年Wild和Reid首先应用A型超声对人体检测并报道了了乳腺癌的回声图像。1954年Donald应用超声波作妇产科检查，随后开始用于腹部器官的超声检查。1965年Lallagen首先应用Doppler法检测胎心及某些血管疾病。1973年荷兰首先报道实时超声显像仪，它是最早真正用于检查诊断心脏病的切面实时超声显像仪，70年代脉冲多普勒与二维超声结合成双功能超声显像，能选择性获得取样部位的血流频谱。快速傅立叶变换技术的应用，使得超声成像可以取得某些以前只有用侵入性方法才能获得的血流动力学数据。80年代彩色多普勒新技术的兴起，能实时地获取异常血流的直观图像，不仅在诊断心脏瓣膜疾病与先天性心脏疾病方面显示了独特的优越性，而且可以用于检测大血管、周围血管与脏器血管的病理改变，在临床上具有重要的意义。1992年McDicken等人率先提出多普勒组织成像技术，随后此技术被广泛应用于临床分析心肌活动的功能，为临床心脏疾病的诊断与治疗提供了一种安全简便、无创的检测手段。自60年代开始萌芽的三维超声技术在90年代开始成熟，出现了一些商业系统，并逐步用于野战救护，在很多应用领域表现出了优于传统二维超声的特性。近年来，超声医学成像技术处于快速发展中，很多新技术，如造影成像、谐波成像、心内超声成像等技术都在野战救治方面得到了应用。

2 野战医学成像技术原理分析kfi影像园XCTMR

2.1 野战X射线成像技术原理(见图1)

X线成像技术(The X-ray imaging technique)原理是X射线的衰减，当高速电子轰击阳极靶时，电子与靶原子相互作用，产生电磁波X线；X线成像系统检测的信号是穿透组织后的X线强度，反映人体不同组织对X线吸收系数的差别，即组织厚度及密度的差异；图像所显示的是组织、器官和病变部位的形状。X射线成像它是借助 X射线通过人体时，各部组织对X线的吸收不同产生不同的阴影所形成的图像。这种图像是三维的人体的X线吸收分布投射在二维的成像媒质(如胶片)上形成的。所以它是把三维(立体的)实体信息压缩或堆积重叠在一个二维平面上的图像，是具有重叠特点的二维图像。

图1 野战X射线成像原理

目前卫勤机构使用最多的是车载X线车，它包括车载X线机、车载X线影像电视成像、数字影像处理系统和野战洗片机，野战X线诊断车具有较好的机动性和灵活性，常被卫勤机构用于野战救治、抗震救灾应急保障和野外驻训的机动卫勤保障。该车搭载的X线机，采用高频高压发生器，并配备了三视野影像增强器，具有强大的拍片和透视功能。

2.2 野战超声成像技术原理(见图2)

超声成像技术(Ultra sound imaging technology)原理是超声波衰减，通过压电换能器将高频电磁振动能量转换为机械振动能，作为发射超生波的声源；把兆赫级超声脉冲辐照于人体，在体内传播过程中遇到声阻抗变化的界面时发生反射，利用反射回来的回波形成的图像。超声成像需要有十分精确的电子电路来变换超声信号，控制超声的方向，才能获得反射界面的二维图像信息。这些图像信息被存贮到计算机的矩阵存贮器中、随后被读出到监视器上，呈现一幅超声图像。如常用的B超图像，图像显示的是组织声阻抗的不同。超声图像是在三维的人体中经超声扫描某二维断面而产生的真正二维断层影像，不是三维投射于二维的图像。

图2 野战超声影像技术原理

野战超声成像设备主要采用超声波良好的指向性和其反射、折射、衰减规律及多普勒效应等物理特性，采用各种扫描方法，将给定频率的超声波导入体内，超声波遇到不同组织或器官界面时，将发生不同程度的反射和透射，接收携带信息的回声，利用不同的物理参数，将信号经处理后，显示为波形、曲线或图像，观察分析这个结果，结合战伤表现可对疾病做出诊断。

目前卫勤机构中用得最多的是B型超声波诊断仪，俗称B超，其横向分辨率可达到2mm，所得到的软组织图像清晰而富有层次。超声多普勒系统利用回声的频差，显示运动器官的动态特性，实现血流和心脏参数的测量。

3 野战医学成像技术发展展望

kfi影像园XCTMR.com直接数字化X射线成像系统( direct digitized radiography , DDR)于1995 年出现，使用直接X射线摄影探测器( direct radiography detector)。1997年出现了使用平板探测器( flat panel detector, FPD)的直接数字化X 射线成像系统。DDR 探测器能把入射的X 射线能量直接转换为数字信号。其基本原理是用非晶态硒(Se)涂覆在薄膜晶体管( thin film transistor , TFT ) 阵列上, 每一个TFT 的贮存电荷量与入射的X 射线光子的能量与数量相对应, 这样每个TFT 就成了一个采集影像信息的最小单元, 即像素。像素信号经读出放大器放大后被同步地转换成14 位二进制数字信号。FPD 是由探测器矩阵组成的, 矩阵中的最小单元( 像素) 是由薄膜非晶态氢化硅制成的光电二极管, 它在可见光的照射下能产生电流。每个像素贮存的电荷量和与之对应范围内的入射X 射线光子能量与数量成正比, 并形成14 位二进制的数字信号输出, 传送给处理计算机建立图像。2000 年以来市场上陆续推出了平板式全数字化心血管影像系统( GE INNONA系列)，方形平板对角线29 cm，相当于12 英寸影像增强器的接收面积，探测器为1024×1024 的不定型硅阵列，25 帧/秒14 位的透视和采集图像, 动态范围比常规的血管机扩大10倍。综合以上三点, DDR 由于成像环节少, 可避免信息的丢失, 且DDR 的图像具有较高的对比分辨力、放射剂量小、曝光宽容度大、曝光条件易掌握等优点而将在野战领域受到广泛的应用。

超声分子显像技术(Ultrasonic molecular imaging technology)是一门新兴发展的，以靶向超声微泡造影剂为显像剂，能够对体内组织器官微观病变进行分子水平的探测与显像的技术方法。超声造影是利用造影剂后使散射回声增强，明显提高超声诊断的分辨力、敏感性和特异性的技术。随着仪器性能的改进和新型声学造影剂的出现，超声造影已能有效地增强心肌、肝、肾、脑等实质器官的二维超声影像和血流多普勒信号，反映和观察正常组织和病变组织的血流灌注情况，已成为超声诊断的一个十分重要和很有前途的发展方向，有学者把它看作是继二维超声、多普勒和彩色血流成像之后的第三次革命，该技术的发展必将为野战救护领域开辟一条崭新的道路。

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2014-08-07

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