医学成像技术

科技日报 2012年04月25日 星期三 本报讯 实时3D微观组织成像技术的出现不啻为癌症诊断、微创手术和眼科等医疗领域的一场革命。据物理学家组织网4月23日报道，美国伊利诺伊大学的研究人员开发出用计算自适应光学系统校正光学层析成像的畸变技术，给未来医疗的“高清”成像带来前景。相关技术成果刊登在最新一期美国《国家科学院学报》在线版上。 美国贝克曼研究所高级科学和技术博士后研究员史蒂芬说：“该技术能够超越现在的光学系统，最终获得最佳品质的图像和三维数据。这将是非常有用的实时成像技术。” 畸变如散光或扭曲困扰着高分辨率成像。其会使对象细点的地方看上去如斑点或条纹。分辨率越高，问题会变得更糟糕。这是在组织成像中特别棘手的问题，而精度对于正确诊断至关重要。 自适应光学可以校正成像的畸变，被广泛应用于天文学来校正当星光过滤器通过大气层的变形。医学科学家已经开始将这种自适应光学系统的硬件应用于显微镜，希望能改善细胞和组织成像。 但伊利诺伊大学生物工程内科医学的电子和计算机工程教授斯蒂芬指出，这同样富有挑战，将其应用于组织、细胞成像，而不是通过大气对星星成像，存在很多光学上的问题。基于硬件的自适应光学系统复杂而昂贵，调整繁琐，故不太适用于医疗扫描。 由此，该团队采用计算机软件来发现并纠正图像畸变，替代硬件的自适应光学，称为计算自适应光学技术。研究人员用此技术演示了大鼠肺组织含有微观粒子凝胶的幻影。用光学成像设备干涉显微镜的两束光扫描组织样本，计算机收集所有数据后，纠正所有的深度图像，使模糊的条纹变成尖锐的点而特征显现，用户可用鼠标点击改变参数。研究人员说：“我们能够纠正整个研究体积的畸变，在其任何地方呈现高清晰度图像。由此，现在可以看到以前不是很清楚的所有组织结构。” 该技术可以应用于许多医院和诊所的台式电脑，可对任何类型进行干涉成像，如光学相干断层扫描。（华凌）

[center]最新医学成像技术透视奇妙人体构造 [/center] 据美国《探索》杂志报道，医学成像技术在过去几年取得了突飞猛进的发展，如今，这些新技术可以甄别人体任何结构以及许多重要生物过程，比如不同的血流速度。以下这组图片不仅揭示了患病后的人体构造，还在视觉上给人以冲击。 1.精神分裂症患者大脑图像 [img]http://www.sciencenet.cn/upload/news/images/2009/10/20091016141239928.jpg[/img]精神分裂症患者大脑弥散张量成像(DTI) 一种描述大脑结构的新方法被称为弥散张量成像(DTI)。这张图便是医疗人员在研究精神分裂症患者时，利用弥散张量成像技术制作出来的。 [img]http://www.sciencenet.cn/upload/news/images/2009/10/20091016141213834.jpg[/img]像这样的弥散张量成像图(呈现方式与以前的图像不同)可以揭示脑瘤如何影响神经细胞连接，引导医疗人员进行大脑手术。 弥散张量成像其实是核磁共振成像(MRI)的特殊形式。举例来说，如果说核磁共振成像是追踪水分子中的氢原子，那么弥散张量成像便是依据水分子移动方向制图。神经细胞纤维长而薄，分子通常会沿着神经细胞纤维扩散。研究人员可以突出水分子和一组组神经细胞纤维以相同方向运行的部位。像这样的弥散张量成像图(呈现方式与以前的图像不同)可以揭示脑瘤如何影响神经细胞连接，引导医疗人员进行大脑手术。它还可以揭示同中风、多发性硬化症、精神分裂症、阅读障碍有关的细微反常变化。 2. 核磁共振成像 [img]http://www.sciencenet.cn/upload/news/images/2009/10/2009101614120194.jpg[/img]核磁共振成像 在核磁共振成像仪器下，患者躺在圆柱形磁体内，暴露于强大的磁场。一旦暴露在磁场中，水分子的质子会排成一行，要是遭到无线电波的攻击，它们会立即乱作一团，不成直线。在质子重新排列过程中，电脑会收集它们的信号，并加工成图像。富含水的组织会发出更强烈的信号，在生成的图像中看上去更亮，而骨骼相对较暗。这项技术用在此处是来描述大脑和颈部动脉的。在注射了用于对比的成像剂以后，放射线专家重复扫描，这时，成像剂在血管中移动，使他们可以看清楚造成中风、脑动脉瘤和各种外伤的堵塞物。 [img]http://www.sciencenet.cn/upload/news/images/2009/10/20091016141138944.jpg[/img]脊椎管和大脑处的明亮区域表示脑脊髓液。 核磁共振成像技术还经常用在神经成像方面。脊椎管和大脑处的明亮区域表示脑脊髓液；向下延伸至身体的长条状体则是脊髓。 3.X光血管成像术 [img]http://www.sciencenet.cn/upload/news/images/2009/10/20091016141124647.jpg[/img]X光血管成像术 X光血管成像术让手上如此细小的血管都呈现出来。由这种最新数码探测仪生成的图像质量可以让放射科医师不用使用高剂量辐射物，也能看清楚器官的细微之处。这张照片显示了手外伤的直接影响——没有血液流向第四根手指，而其他手指的小血管却清晰可见。 [img]http://www.sciencenet.cn/upload/news/images/2009/10/200910161410206.jpg[/img]X光血管成像术 制作有用的医学图像涉及两个主要步骤：一是搜集数据，二是将这些数据转换为可快速、准确解读的图像。这张图像由一种称为X射线断层成像(简称CT)的先进X光技术生成，突出了上述两个方面的进步。体绘制软件(Volume-rendering software)结合CT血管成像技术，可以识别心脏附近主动脉(从图像顶端延伸至身体下部、心脏周围的大片粉色血管)的异常情况。再往下，可以清楚看到肝脏(紫色)和肾脏(鲜红色)。准确测定主动脉直径至关重要，因为外科医生可以借此判断主动脉是否存在破裂的风险。 4.CT血管成像 [img]http://www.sciencenet.cn/upload/news/images/2009/10/2009101614104491.jpg[/img]CT血管成像 对于此处用以显现骨盆的CT血管成像来说，成像剂会注射到静脉，使血管同软组织形成鲜明对比。电脑软件可以进一步凸显骨骼和血管之间的差别，让医生可以做出更明确、更快速地诊断。 [img]http://www.sciencenet.cn/upload/news/images/2009/10/2009101614948897.jpg[/img]此图中的两只手是尸检扫描的结果 通常情况下，CT使用一个X光源，但研究人员可以将两个不同能量的X光源结合起来，更清晰地呈现软组织。根据特定组织(比如图中两只手的腱和韧带)吸收不同能量的事实，仪器可以突出展示它们的图像。为检验这种呈现方式的准确性，研究人员对尸体进行了扫描，将扫描结果同他们的“虚拟”发现相比较。此图中的两只手就是尸检扫描的结果。当然，CT技术的主要目标是改善健康，但也存在用于虚拟尸检的可能性。作为法医检查的一部分，像这样的CT扫描可以揭示小刀等物体的路径。 5.正电子放射层扫描术(PET) [img]http://www.sciencenet.cn/upload/news/images/2009/10/2009101614932866.jpg[/img]正电子放射层扫描术(PET) 很多医学成像技术主要集中在解剖构造方面，正电子放射层扫描术(PET)有所不同：这种技术生成的图像突出了细胞活动。医生先给患者注射放射性示踪剂，接着，吸收示踪剂最多的细胞会发出亮光。此图中的示踪剂是葡萄糖。癌细胞会快速生长并分裂，因此会消耗大量能量，吸收葡萄糖。红色表示患者肝脏和肩部有问题。大脑和心脏(C形红块是心脏肌肉壁，即心肌层)同样会大量消耗能量，所以也会呈现出来。PET扫描和CT扫描二者结合，能够突出图中的人体构造。图一是PET扫描，图二是CT扫描，图三是PET扫描和CT扫描的结合，这使得医生可以更准确地看清楚问题所在。同核磁共振成像仪一样，正电子放射层扫描仪可以采集多个平面的数据。在这三张图中，分别只有一个“切片”显示出来，只要结合所有这些切片，就能生成三维图。 [img]http://www.sciencenet.cn/upload/news/images/2009/10/2009101614916850.jpg[/img]在这张图中，PET扫描确认的癌组织是蔚蓝色圆团状物体，而CT扫描锁定了它在结肠的位置。 根据CT扫描，肾脏(红色)、骨骼和血管的结构也都清晰可见。PET技术最常用于肿瘤学检查，也应用于心脏病学和神经病学领域。生成此图的仪器制造商“GE Healthcare”日前引进了两种系统，帮助研究人员探索新的临床应用。据美国放射学学院的布鲁斯希尔曼(Bruce Hillman)介绍，由于可以监测细胞功能，PET就是一系列用以监控人体细胞和亚细胞新工具的典型代表。 更多阅读 美国《探索》杂志相关报道（英文）http://discovermagazine.com/photos/07-brain-saving-mind-blowing-hi-tech--medical-imaging

近日，marketsandmarkets发布了一份新的市场报告，题为“2013-2018年光学成像技术市场报告--光学相干断层扫描、光声层析成像、超光谱图像和近红外光谱技术在临床诊断、临床研究和生命科学领域的技术发展趋势和市场前景分析”。该报告预测到，2012年光学成像技术的市场大约是9.16亿美元，到2018年预计可达到19亿美元，并且从2013年到2018年期间的市场年均复合增长率可达11.38%。同时，该报告还指出美国是主要的光学成像设备市场，其次是欧洲。未来，像亚太和中东这些新兴经济体将是这个市场的驱动力。http://www.instrument.com.cn/news/20130305/092849.shtml