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！

中科院物理所今天

以下文章来源于数字北京科学中心，作者北京科学中心

数字北京科学中心

北京科学中心是北京市科学技术协会建设的面向公众开放的大型科技场馆，是服务于公众的公益性社会科普教育基地。

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。

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。

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。

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。