醫學影像

发展历史

1895年德国物理学家威廉·伦琴（Wilhelm Conrad Rontgen）发现X射线（一般称X光）以来，开启了医学影像崭新的一页，在此之前，医师想要了解病患身体内部的情况时，除了直接剖开以外，就只能靠触诊，但这两种方法都有一定的风险。
1978年，放射学年会上，一位电机工程师高弗雷·豪斯费尔德（Godfrey Hounsfield）公布了电脑断层摄影的结果。这是继X射线发现后，放射医学领域里最重要的突破，也是20世纪科学技术的重大成就之一。Hounsfield与阿兰·麦克莱德·科马克（Allan MacLeod Cormack）由于在放射医学中的划时代贡献而获得了1979年的诺贝尔生理与医学奖。
超音波成像设备的发展得益于在第二次世界大战中雷达与声纳技术的发展。在20世纪50年代中，简单的A型超音波诊断仪开始用于临床。到了70年代，能提供断面动态的B型仪器问世。80年代初问世的超音波彩色血流图（color flow mapping, CFM）是目前临床上使用的超音波诊断仪。
1945年美国学者首先发现了磁共振现象，从此产生了核磁共振谱学这门科学。70年代后期，对人体的磁共振成像获得成功。2003年，诺贝尔生理学或医学奖授予了对磁共振成像研究做出了杰出贡献的美国科学家保罗·劳特伯（Paul C.Lauterbur）和英国科学家彼得·曼斯菲尔德（Peter Mansfield）。

现代医学影像技术

医学影像发展至今，除了X射线以外，还有其他的成像技术，并发展出多种的影像技术应用。另外在生医资讯应用方面，为能所产生的数位影像档案与影像数字化档案，可以交换与查阅，发展出医疗数位影像传输协定（DICOM, Digital imaging and communications in medicine）技术。

超音波

超音波属于一种声波，也是一种机械波，人类耳朵可听到的声波频率介于20~20,000 Hz之间，因此频率大于20,000 Hz的声波称为“超音波”（ultrasound），而频率小于20Hz的声波，则称为超低频音（infrasound）。
超音波的研究历史，可追溯自1880年居礼兄弟Jacques Curie与Pierre Curie发现“压电效应”（piezoelectric effect）。他们发现石英（quartz）等矿物晶体受到压力时，因体积发生变化，晶体表面会出现微小的电荷，若将这种晶体放在电场内，则会出现体积变化，因此这种压电现象是可逆的变化。当晶体受到压力，造成体积变化而产生电压时，称为“正压电效应”，反之若因电压造成体积变化，则称为“逆压电效应”。这类具有压电效应的物质，则称为“压电材料”，压电材料除了天然晶体，亦可以人工合成。这种可将能量在电能与压力之间转变的性质，称为“压电特性”（piezoelectricity）。现今超音波所用的压电材料是用PZT（Lead Zirconate Titanated）为主，而传统的石英材料并不是天然的压电材料，必须先在高压及高电场之下处理才可以成为压电材料。
超音波科技正式被重视与大量应用，起源于1940年代的第二次世界大战，当时以此科技制造成“声纳”（SONAR），用来进行水下探测。二次大战后，这类科技被运用至医学，在1950年代出现医疗用途的医用超音波（medical ultrasound）。
超音波的扫描方式有两种，其中机械式是借由伺服马达（Servo motor）的选转来扫描人体，而电子式的是用阵列的方式来扫描。阵列的排列又分成线性与环状两种，线性的阵列是将压晶体管以直线方式排列，而环状的振列是将压晶体管以环状方式排列。
医用超音波可分为诊断与治疗两个方面，治疗用的超音波的频率较低，可应用于复健与皮肤美容等用途，而诊断用途的医用超音波（diagnostic medical ultrasound）则采用较高的频率。用于一般超音波影像的超音波频率，通常界于2-15 MHz之间，频率（frequency）愈高，则分辨率（resolution）愈高，但穿透深度（penetration depth）也随之降低。皮肤科学的诊断用超音波影像，需极高的分辨率以分辨细微的变化，但探测深度仅需聚焦于表浅的组织，因此多采用高频率的超音波，至少需10MHz以上，若要获得更高的分辨率，甚至可采用高达20MHz或50MHz的超音波探头。
诊断用医用超音波（diagnostic medical ultrasound）的基本原理，是因为超音波在不同的生物组织内前进时，会有相异的速度。若遇到不同的组织界面，会出现明显的反射，造成信号上的变化，可利用这个变化探测身体内部组织，进而描绘出组织之影像。易言之，医用超音波采用脉冲-回音原理（pulse-echo principle），由超音波探头（ultrasound transducer）将电气信号转变成超音波的脉冲，由体表进入组织内部，当这个脉冲遇到组织界面时，会出现回音，再由探头接收这个回音，将回音转换回电气信号，完成探测过程，再由电脑进行资料处理，形成医疗人员所见到的信号或图形。