X光、CT、MRI、热成像仪都是啥？医疗成像技术背后的故事要知道！

忠信

疫情期间，我们经常能看到机场、火车站里的工作人员使用热成像仪筛查发热人员。其实，热成像仪还可以用于一些其它疾病的诊断。
除了热成像仪之外，X线、CT和MRI也是常见的医学影像技术，这些技术发明的背后都有一些有趣的故事，我们一起来看一看。

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热成像仪红外成像技术出现于20世纪30年代。人们利用处于高真空的碱金属或半导体阴极，将红外辐射转换为电子辐射，再通过荧光屏使电子图像转换为人眼能看到的光学图像。这种技术早期主要用于装备军队，二战末期德国和美国的部队就装备了红外线夜视仪。
经过几十年的发展，热成像设备已经在建筑、消防、医学、工业生产等许多领域被广泛使用。
热成像仪在医学上的应用可以追溯到1956年，英国医生Lawson通过热成像仪发现患有乳腺癌的乳房皮肤温度高于正常皮肤的温度；他还发现肿瘤血管的温度高于正常血管的温度。
20世纪70年代以来，热成像技术成为常规的诊断技术，是肿瘤、急慢性炎症、肢体供血情况的重要检查手段。

在预防领域，热成像仪可以用于大范围人群的快速体温筛查，比如此次疫情防控过程中，热成像仪便大显身手。
其实这些在公共场所配备的热成像仪并不属于医疗仪器，一般会存在±0.5℃的测温误差，因此筛查出的疑似发热者还要使用体温计进一步测量体温。即便如此，热成像仪还是大大提高了防控工作的效率。

2 X光
1895年11月，德国物理学家W.K.伦琴在一次阴极射线实验中有了意外的发现：他观察到一种来源和性质都未知的射线，因此把它称作X射线。
这种射线具有很强的穿透性，可以轻易穿透人体组织。同年，伦琴拍摄了世界上第一张X光片——伦琴太太的手。

尽管伦琴太太看到照片并不开心，X射线的发现却立刻引起了科学界的轰动。X射线的发现被看作是近代物理学的开端，伦琴也因此获得了1901年首届诺贝尔物理学奖。
X射线成像技术几乎在发明的同时就被用于医疗实践，当时的人们对放射线的危害并不知晓，因此也没有防护措施。
除了一般的透视诊断之外，人们还开发了五花八门的用法，比如止痛、美容、戒断成瘾，甚至只是作为商业噱头，吸引好奇的消费者。

1957年的X射线试鞋机
X线的滥用直到上世纪50年代以后才逐渐消失。今天，X光诊断流程已经非常规范，只要避免长期暴露，X光检查是相对安全的。
X光依然是常用的影像检查方法，拥有其独特的优势：方便快捷、价格低廉、适合疾病筛查、骨关节疾病和异物梗阻的检查等等。
3 CT
有了X光检查以后，人们终于可以无创地检查身体内部结构。然而X光有一个明显的缺点：病灶的图像容易被附近正常组织的图像所干扰，身体器官的图像重叠在一起，很难分辨。
1955年，美国物理学家科马克开始思考如何解决这个问题。他认为，如果能得到X线在人体不同组织的衰减系数，应该就能辨别出病变组织。
科马克研究了十几年，摸索出了现实可行的图像重建的数学方法。1967年开始，英国计算机专家洪斯菲尔德将理论逐步付诸实践。他尝试从不同的方向拍摄X光片，再通过计算机整合数据。经过几年时间的优化改良，1972年世界上第一台CT仪宣告诞生。CT是Computed Tomography的缩写，既电子计算机断层扫描。

CT发明者洪斯菲尔德和科马克
随着CT技术的出现，医学迎来了一个全新的时代。科马克和洪斯菲尔德共同获得了1979年诺贝尔生理学和医学奖。如今，CT已经被用于人体各个系统疾病的诊断，发挥着极为重要的作用。
4 MRI
MRI（Magnetic Resonance Imaging）既磁共振成像。它利用特殊的磁场激发人体组织内氢原子核的共振效应。氢原子核由共振状态向自然状态过渡的过程（也叫做弛豫过程）会释放能量，探测器接收这部分能量信号后，由计算机按一定算法重建出图像。
1972年，也就是第一台CT仪诞生的同一年，美国科学家保罗·劳特伯通过引入梯度磁场的方法，第一次得到了普通水和重水交界面的二维图像。
随后，英国科学家彼得·曼斯菲尔德利用梯度磁场，更为迅速、精确地将共振信号转化为图像。

MRI发明者劳特伯和曼斯菲尔德
人体的成分中一半以上都是水，人们马上意识到这项技术可以用于探测人体结构。20世纪80年代初，随着分辨率的逐渐提高，MRI仪开始用于临床实践中。2003年，保罗·劳特伯和彼得·曼斯菲尔德共同获得诺贝尔生理学和医学奖。

CT和MRI经常被放在一起比较，其实它们两个各有所长。CT的检查速度快，价格低廉，对骨骼成像效果好；但是有辐射，对肌肉韧带等软组织成像效果较差。
MRI安全无辐射，对软组织成像效果好；但MRI检测耗费时间长，价格高，而且体内有置入金属的患者（如心脏起搏器）不适用。总体来说，选择CT还是MRI还是要听取专业医师的建议。
医学影像技术发展日新月异，除了上述几种，超声医学、核医学、介入医学等等都是我们对抗疾病的武器和认识自身的“慧眼”。
相信随着科技的不断发展，我们将看到越来越多的先进技术用于医学诊断和治疗。
来源：数字北京科学中心
编辑：小林绿子
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