1895年11月8日,在醫(yī)學(xué)影像學(xué)的歷史上是一個(gè)不平凡的日子,德國物理學(xué)家倫琴(W·K·R oentgrn)偶然在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一種從陰極射線管中發(fā)出的射線,它能夠穿過不透明的物體,卻又不能被透鏡折射,它自身不能被看到,卻能導(dǎo)致熒光物質(zhì)發(fā)光并讓感光膠片曝光,為此倫琴給這種未被知曉的“光線”命名為X線,爾后人們也常將X線稱為“倫琴射線”。隨后,倫琴利用X線拍攝了人體內(nèi)部的骨骼照片(第1張照片是其夫人的手掌影像),這一成功堪稱醫(yī)學(xué)影像史上的最早記錄,以至于我們現(xiàn)在都把1895年紀(jì)念為醫(yī)學(xué)影像史的開篇元年。倫琴因此在1901年榮獲了首次頒發(fā)的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。最為歡欣鼓舞并且因此受益匪淺的當(dāng)屬醫(yī)學(xué)界,利用X線對(duì)人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像診斷的技術(shù)由此在全世界迅速普及開來,西方各國紛紛研制出了X線機(jī)的初級(jí)產(chǎn)品。受限于當(dāng)時(shí)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的水平,X線機(jī)只局限于透視檢查和攝影,機(jī)器的功能和性能并沒有新的提高,而X線對(duì)于人體的輻射損傷也是在以后逐漸被認(rèn)識(shí)到的。
1932年也是在德國,由柏林工科大學(xué)的魯斯卡(E.Roska)和克諾爾(M.Knoll)根據(jù)對(duì)電磁波已有的物理認(rèn)識(shí),采用電子束成像,首先研制成功世界上第1臺(tái)電子顯微鏡(electr onnic microscope,EM)。這是一次先有理論,后有實(shí)踐的研究,從而有力地證實(shí)了信息載體的多樣性。對(duì)于醫(yī)學(xué)診斷,人類便有了從宏觀到微觀對(duì)人體結(jié)構(gòu)全面分析的工具,魯斯卡對(duì)于電子束和電鏡成像的發(fā)明被譽(yù)為20世紀(jì)最重要的發(fā)現(xiàn)之一,榮獲1986年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。在戰(zhàn)爭年代,軍事與國防是尖端科技的主要應(yīng)用目標(biāo);進(jìn)入和平時(shí)期,維護(hù)人類健康便成了科學(xué)技術(shù)中最重要的主題方向。第2次世界大戰(zhàn)以后,1946年,聲學(xué)和電子技術(shù)將海戰(zhàn)時(shí)運(yùn)用的聲納技術(shù)轉(zhuǎn)化為醫(yī)學(xué)中的A型超聲(ultra-sonic,US)成像;美國哈佛大學(xué)的伯塞爾(Purceel)和斯坦福大學(xué)的布洛赫(Bloch)領(lǐng)導(dǎo)的兩個(gè)研究小組,幾乎在同一時(shí)期內(nèi),采用不同方法各自發(fā)現(xiàn)了物質(zhì)的核磁共振現(xiàn)象(他們兩人于1952 年被授予諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng))。20世紀(jì)50年代初期起,在已有的成像技術(shù)不斷得到改良與提高的同時(shí),新的成像方式又開始活躍涌現(xiàn)。原子能技術(shù)轉(zhuǎn)化為核素醫(yī)學(xué)成像,出現(xiàn)了各種同位素閃爍掃描儀和1958年問世的一次成像γ照相機(jī);進(jìn)入20世紀(jì)60年代,B型超聲成像儀研制成功,其連續(xù)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)影像為醫(yī)學(xué)診斷提供了更新的手段。
20世紀(jì)70年代以后,自從美國的阿波羅登月計(jì)劃完成以來,大批優(yōu)秀的電子和計(jì)算機(jī)等技術(shù)方面的科學(xué)家、工程師紛紛轉(zhuǎn)向了生物醫(yī)學(xué)工程研究和醫(yī)療儀器設(shè)備制造領(lǐng)域,從此醫(yī)學(xué)影像設(shè)備得到了空前的發(fā)展。在物理、化學(xué)、機(jī)械、真空、電子、電磁和計(jì)算機(jī)等相關(guān)學(xué)科技術(shù)的支持下,醫(yī)學(xué)影像技術(shù)進(jìn)入了成熟期,開始普遍地實(shí)用于人體解剖、組織學(xué)分析和臨床診斷學(xué)等形態(tài)學(xué)科領(lǐng)域。1972年,第1臺(tái)X線計(jì)算機(jī)斷層成像儀(X-ray computed tomograph y,X-CT)的問世給醫(yī)學(xué)影像診斷技術(shù)帶來了新的革命,這使影像的信息量得到了非常顯著的提高,成為X線被發(fā)現(xiàn)以來醫(yī)學(xué)影像技術(shù)史上新的里程碑。因此,兩位研制醫(yī)用CT機(jī)的學(xué)者:美國的物理學(xué)家考馬克(A.M.Cormack)和英國工程師豪恩斯菲爾德(G.N.Hounsfi eld)獲得了1979年度的諾貝爾醫(yī)學(xué)和生理學(xué)獎(jiǎng)。
20世紀(jì)80年代前后,出現(xiàn)了第1臺(tái)用于頭部的單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像儀(single phot on emission computed tomography,SPECT)成為核素成像的應(yīng)用典型,多普勒(Doppler)技術(shù)開始應(yīng)用于超聲成像領(lǐng)域,而磁共振(magnetic resonance imaging,MRI)原理更顯示出它在醫(yī)學(xué)影像中的重要價(jià)值。在MRI成像儀問世以后,著實(shí)讓放射科醫(yī)生們醒悟到:幾十年來沿用的放射學(xué)、放射科和放射診斷中的“放射”一詞似乎過于狹義,而只會(huì)觀察X 線膠片已不能適應(yīng)醫(yī)學(xué)影像學(xué)的快速發(fā)展。MRI 和US 既無創(chuàng)傷又無損傷的成像方式,明顯地映照出其他成像方式給受檢者帶來創(chuàng)傷或損傷的弊端,激勵(lì)其向著無損或微損方向改進(jìn)。另一方面,MRI和核素成像除了對(duì)人體結(jié)構(gòu)的影像揭示外,還能提供功能上的信息,由此引發(fā)醫(yī)生們產(chǎn)生了“成像方式已經(jīng)多元化,影像診斷也應(yīng)綜合化”的新認(rèn)識(shí)。迄今,X-CT、US 、MRI和ECT已被公認(rèn)為醫(yī)學(xué)影像診斷的四大成像技術(shù)方式。
20世紀(jì)80年代中期,在電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊和全球數(shù)字化浪潮的推動(dòng)下,醫(yī)學(xué)影像設(shè)備在不斷提高性能、拓寬功能的基礎(chǔ)上,也普遍實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化。并且由于尖端技術(shù)的應(yīng)用,使得各類影像設(shè)備的更新?lián)Q代速度加快,提高影像質(zhì)量、縮短成像時(shí)間、降低有害輻射成了影像設(shè)備發(fā)展的總趨勢(shì)。US成像隊(duì)伍中出現(xiàn)了彩色多普勒血流成像儀(color do ppler flow image,CDFI);核素成像家族新添了正電子發(fā)射斷層成像儀(positron emiss ion tomography,PET);MRI采用了超導(dǎo)高場強(qiáng)技術(shù);傳統(tǒng)的X線攝影開始向數(shù)字化進(jìn)程邁 入,出現(xiàn)了以計(jì)算機(jī)放射成像(computed radiography,CR)來代替感光膠片的新裝置;小型的網(wǎng)絡(luò)通訊系統(tǒng)開始在局部區(qū)域內(nèi)傳輸醫(yī)學(xué)影像。20世紀(jì)90年代以來,相繼涌現(xiàn)了螺旋C和超高速電子束CT(EBCT,或稱UFCT),在發(fā)達(dá)國家的醫(yī)療機(jī)構(gòu)中,醫(yī)學(xué)影像的網(wǎng)絡(luò)通訊已進(jìn)入了實(shí)用階段,能高速傳遞影像和其他醫(yī)學(xué)信息的網(wǎng)絡(luò)可使醫(yī)生們方便地檢索、調(diào)閱影像,實(shí)現(xiàn)多方會(huì)診、信息同時(shí)共享和遠(yuǎn)程通訊。
醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的發(fā)展過程,推進(jìn)了醫(yī)學(xué)診斷從“放射診斷學(xué)”到“影像診斷學(xué)”以至現(xiàn)代的“影像信息綜合分析診斷學(xué)”,同時(shí),由于醫(yī)學(xué)影像設(shè)備均是多學(xué)科技術(shù)間的匯集和滲透, 從而造就了新的交叉學(xué)科——醫(yī)學(xué)影像工程學(xué)。
