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医学影像学史话

  任何疾病的治疗都始于诊断,早年医师只能靠“望闻问切”等手段进行诊断,后来发展出血液检验,总算有较多的判断依据,但诸如骨折、肿瘤等病变,如果看不到体内变化,诊断终究有隔靴搔痒之憾。因此科学家一直梦想如何不用解剖就可以窥探人类身体内的奥秘。1895年自X 射线被应用于医学成像,从此开启了医学影像学时代。
  医学影像学泛指借助于特殊设备或仪器对人体进行检查,获取人体内部器官、组织结构的特殊图像并以图像为依据对人体进行研究、分析和诊断的一门综合科学。
  1895年德国的物理学家伦琴在实验中偶然发现从阴极射线管发出的射线能够穿过手掌并在另一侧的感光纸板上呈现手骨的黑白影像,当时伦琴认为是一种人眼看不见,但能穿透物体的射线,但因无法解释它的原理和性质,故借用了数学中代表未知数的“X”作为代号,称之为X射线。现已知道,X线是一种能力很大、波长很短的具有穿透性的电磁波,同时和日光一样对摄影胶片有感光作用,由于我们身体各部位组织密度不同,胶片就会出现黑-灰-白不同层次的图像,这就是X线显影的基本原理。X线的发现在业界引起了巨大的反响,致使X线成像的一些基本设备就不断被公司开发出来。Victor Electric公司(美国GE电器医疗前身)就是这其中的佼佼者,在伦琴发现X射线后仅一年(1896年)开始研发X光机,凭借创新性的产品迅速成为全球X光机主要供应商。更是以此为基础和优势,GE电气医疗发展出一系列的更先进的医学影像仪器,最终成为产业龙头,与德国西门子,荷兰飞利浦以及日本东芝等几大主要公司共同占据全球医学影像仪器设备领域 90%的市场。
  然而X光机只是对人体三维器官的二维投影成像,在分辨率及定性诊断准确率上较差。1971年,结合电脑与X光的电脑断层扫描(CT)在英国问世,让影像医学又迈入新页。CT是将多个不同角度拍摄的X光图片进行叠加得到的人体内三维图像信息,创造出内部结构的剖面图,而经电脑处理的影像讯号,不但清晰、准确、灵敏,还能配合诊断需求,放大、强化影像,让医师对病情的判断更有把握。
  X光机与CT显影技术存在的共同缺点是X线具有电离辐射作用,会对人体内的细胞和组织造成一定的损伤,操作者必须十分小心控制辐射的剂量。而与此同时,磁共振造影(MRI)及超声诊断影像设备的研发无疑为医师提供了更好的选择。
  MRI研究始于1960年,但直到1977年科学家发展出新的成像技术后才告诞生,成为比CT更先进、更灵敏且无损伤的影像检验设备。MRI是一种利用电波辐射与磁场获得人体断层图像的医学诊断技术,其原理是在一个强大的均匀的静磁场作用下, 向置于磁场内的人体发射一定频率的电磁波,使人体内的氢原子核受电磁波激发并释放一定频率的电磁波,接收到的信号后通过计算机处理并重建出图像。人体内不同组织发射出不同频率的信号由此产生不同的图像,为医学诊断提供不同的信息。
  超声诊断(Ultrasonic Diagnosis)原理是向人体发射一组超声波,按一定的方向进行扫描。根据监测其回声的延迟时间,强弱就可以判断脏器的距离及性质。经过电子电路和计算机的图像处理,形成了我们看到的诸如大家熟悉的B超图像。这就如同蝙蝠发出超声波,然后借助物体反射回来的回声,就能判断出物体的大小、形状和运动方式。超声诊断类型包括A型、B型、C型等(A、B、C分别代表一维、二维和三维),尤其是B型超声因具操作简便,价格便宜、无损伤、无痛苦,适用范围广等特点,因而已被广泛应用。
  此外,自1930年人工放射性同位素发现后,核子医学的研究成果极大促进了核医学成像技术的发展。科学家尝试把一定剂量的放射性同位素标记的药物注射到人体内,通过检测同位素衰变过程中释放的信号(如γ射线),我们就能够无创伤地观察到放射性药物在体内的循环、扩散、聚集、排出的过程,从而得知机体代谢、生理功能的信息及开展疾病的早期诊断 (优于CT,甚至MRI)。经过半个世纪的努力,终于在1976年ORTEC公司组装生产出第一台用于医学临床使用的商品化正电子发射计算机断层显像(PET)。此后,在岛津、西门子、通用电气和日立等公司的研发下,PET系统日趋成熟,20世纪90年代以后已日渐成为重要的影像学诊断工具,并在神经系统、肿瘤和心血管系统等领域的临床诊断中显示出其无法替代的优点。但由于PET技术本身固有分辨率的影响,与传统影像学相比,不能揭示准确的解剖结构,在一定程度上限制了其发展。CT获得的是人体解剖结构的图像类似普通的地图,从中我们可以看到各行政区的分界线,而PET图像更像是卫星气象地图,可以看到区域的气象活动,但从图中无法得知相对应的行政区信息。于是PET与CT图像同层面融合就成为摆在科学家面前亟待解决的难题。终于在1998年第一台专用PET-CT原型机安装在匹兹堡大学医学中心。第一台PET-CT的诞生,完成了真正意义上的功能与解剖影像的统一,使影像医学的发展向前迈出了具有历史意义的一步。最近几年,同机融合PET/MRI系统更是被推崇为发展分子影像学和功能成像的理想设备和具有极佳拓展性的解决方案,多年以来一直为业界所关注和期待。在PET/CT因X射线放射剂量隐患问题而被诟病的情况下,多种新型PET/MRI的推出无疑又是一场技术革命。
  目前,医学影像诊断设备在我国市场规模最大,占据国内医疗器械市场38%的市场份额。国内大型医院对于CT、MRI、PET及PET-CT 等高端设备的需求依然旺盛,而跨国企业是满足该部分需求的主要厂商。GE、西门子、飞利浦等跨国企业在中国医学影像市场中占有率超过75%,几乎垄断了高端市场。国内企业目前在医学影像诊断领域逐步实现进口替代,产品主要集中于中低端设备如X光机、B超等技术相对成熟的产品(如国内X光机龙头万东医疗和上海医疗器械公司),正在从中低端市场向高端市场突破。我们相信随着国内医学影像诊断行业集中度和整合度的不断提升,假以时日,具备优秀基因的中国本土企业定将脱颖而出,在高技术壁垒的医学影像诊断高端市场实现突围。
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