遥感教程简介-第2部分第26d页¶
Nuclear medicine uses tomographic instruments to image body parts and functions by inserting radioisotopes into the vascular system and then seeking out concentrations of these tracers in various organs. SPECT and PET scanning are described, both producing tomographic images and/or individual slices. Other methods of examining exterior or interior parts of the body rely on thermal radiation (thermography) or acoustic waves (sonography). Endoscopic instruments with a light source and a camera at the imaging end are inserted into the body to take optical pictures of the throat, esophagus, stomach, lower intestines or, less commonly, other parts of the body.
医学成像是核医学领域的主流。在核医学中，放射性元素（作为同位素）是特定液体的一部分，被引入人体（通常通过注射到血液中）。当它循环时，一种特定的放射性同位素倾向于在血流所服务的点分布在全身，甚至可能优先集中在某些器官（例如，甲状腺中的放射性碘）。当同位素衰变时，它释放出辐射（最常见的是伽马射线），这些辐射可以被伽马照相机或其他探测器截获。人体内点源的辐射强度和空间位置的变化会激活胶片，或者更常见的是探测器阵列，通过绘制X-Y空间中的辐射强度来响应以生成图像。正常使用的放射性同位素的半衰期相对较短，因此会迅速衰变，并将受到破坏性辐射的暴露降至最低。
早期使用放射性同位素的技术之一是闪烁扫描术。放射性成分，通常是碘、技术人员和铊等元素，被插入人体。在弥散之后，当同位素衰变时，它会发射伽马射线，这些射线由放置在感兴趣区域的人体上的伽马照相机探测器接收。探测器上闪烁光点的聚集形成了图像，该图像可以识别出随着时间推移所发射光线的位置和强度。这是一款便携式伽马照相机，能够产生闪烁图像：
通过选择合适的放射性同位素并将其放入体内，以便选择性地集中在骨骼中，骨骼异常很容易成像，如这对全身视图所示：
一个常见的用途是寻找甲状腺异常。在猫的这一观点中，闪烁图精确地指出了猫甲状腺中的异常情况（红色/黄色），其中注射的放射性碘（i:sup:126）有选择性地集中在：
核医学中使用断层摄影方法的两种大功率成像仪器是SPECT（单光子发射计算机断层摄影）和PET（正电子发射断层摄影）扫描仪，它们的范围与一般尺寸类别和成本相同。这些仪器特别适用于监测血流和细胞代谢等动态过程。我们首先讨论的是SPECT仪器，它之前通常使用的是后来的PET技术。
这两种仪器都使用伽马照相机来探测从用于身体成像的放射性同位素发射的伽马射线光子。伽马照相机如下图所示，其下方是一个示意图，表明其一般操作：
|一个独立的伽马照相机。γ
信号-伽马射线光子-通过准直器进入仪器，然后击中由铊激活的碘化钠晶体制成的探测器。伽马射线产生的光斑由光电倍增管接收、放大并通过解码电路发送，解码电路确定每个光斑的X和Y位置。然后将信号重建为图像。完整的宠物单元描述如下：
注入的放射性同位素有不同的半衰期，取决于物种，但都在多小时范围内。通常使用的是tc99 （技术上），其他放射性同位素包括123 ，和XE133 都是伽玛发射器。每次衰变都会产生一个伽马射线光子。SPECT最常用于脑部扫描以确定异常情况，但它适用于心脏等其他器官，通过特殊处理可以成像骨骼异常。下一组图像显示了正常大脑的SPECT扫描的一些结果；第一组是高质量的头部切片：
图像灰度可以以不同的方式指定颜色，以显示某些特征；注意适用于不同视图方向的术语-横轴；矢状；冠状（什么适用于上述图像？）：
这是通过大脑不同层次的单个图像切片（横轴）的序列。
现在来看看由异常模式所揭示的大脑疾病的例子。第一个显示的是中风在横轴方向上的影响；第二个显示的是抑郁，在矢状位方向上看（与上面显示的正常状态的模式差异是微妙的，需要一个神经学家的专业知识来解释）；第三个显示的是慢性F患者的模式。疲劳综合征（CFS；与纤维肌痛密切相关，一种困扰作者的疾病 [NMS] 自1970年起）：
下面的专业图表是根据SPECT扫描得出的，显示了治疗前后酒精中毒的变化。
这最后一对，并排，包括彩色断层重建大脑使用大量切片。左边是正常的大脑，右边是海洛因依赖者病情恶化时的大脑。（这是对大脑退化的戏剧性描述，应该是“禁毒战争”中的一个有效警告。）
由于SPECT和CT都是层析方法（如PET和MRI），计算机控制的图像处理可以将两种方法的结果结合起来，如本SPECT-CT三维表示图所示，其中显示了人体的肋骨、脊柱、心脏和左肾：
现在让我们来看一个更先进的仪器，宠物-这两个网站提供了它使用的理论和实践的详细信息： Lawrence Berkeley Laboratory 和 TRIUMF 最后一个加拿大大学联盟从事辐射研究。PET技术开始应用于20世纪50年代，但其更先进的功能直到20世纪80年代才“上线”。与SPECT相比，PET图像的分辨率提高了四倍左右；仪器的价格明显更高（约60万美元），而且PET扫描类型的成本更高。LLY是SPECT扫描的3倍。
同位素，比如C11 n 13 ，O 15 ，和f18 一部分液态化合物，如葡萄糖，被注射到身体中，并移动到包括感兴趣的器官在内的各个地方。当这些同位素衰变时，它们会发射正电子，然后与电子碰撞，产生伽马射线光子。在这一核反应中，会产生两条伽马射线，并相互配对，从而以完全相反的方向远离核素。两个伽马光子同时被相距180°的探测器探测到。这种双组辐射光子提高了可检测性和分辨率。这是一种典型的PET仪器：
这个装置的有趣之处在于有一个小型回旋加速器，它轰击含有元素的化合物，这些元素将被用作示踪剂，从而产生“新鲜”的放射性核素。它们的半衰期从几秒到几分钟不等，因此当示踪剂化合物从回旋加速器中移动到被诊断者身上时，必须将它们几乎实时地插入患者体内（患者环中，探测器位于PET扫描仪背面的一个小室中）。PET扫描尤其针对软组织检查，在神经病学、心脏病学和身体各个部位的肿瘤检测中都有应用。我们从三张显示全身成像的PET扫描版本的图像开始（与上面的闪烁图相比）；在这种情况下，正在监测通过化疗去除恶性组织的进展。
在这对图像中，PET显示了患者左乳房癌区的进展。
这一系列的PET切片显示了与癫痫相关的异常情况（右侧）在大脑中的分布。
PET扫描可以显示大脑中的模式，帮助医生诊断和治疗帕金森病：
下一组图像说明了核磁共振成像有时无法清楚地定位异常情况，如与亨廷顿氏病相关的病变，这种病变通过PET扫描有效地显示出来。
最后这对宠物图片突出了华盛顿大学（圣路易斯）的马库斯·雷德尔博士的一项有趣的研究结果。他对一名志愿者的大脑进行了宠物扫描，在前两个区域显示出一些基本的技能/知识功能活动留下了印记。在志愿者接受了四个多月的训练来改进这项技能并开发出新的能力之后，宠物图片的底部显示出了一种向新领域的转变，这种能力已经被储存在大脑中。
我们现在把断层扫描和核医学技术留给使用不同方法的其他几种成像方法。一种是热遥感的应用——热成像，描述如下 page 9-9 （用于医学成像的热照相机中的传感器对介于2.8到5.5微米之间的中红外波长做出响应）。它也被称为医学红外成像。体温图只显示体温的变化，这可以诊断某些疾病和有局部热炎症的病理状况。大多数热量图是由身体外部构成的，其中的温度是皮肤区域的温度；内部变化，如局部感染或肌肉应变产生的温度更高，导致热量通过直接传导和血管输送流向身体表面。医学热成像受到一般低图像分辨率的限制，但随着它越来越多地与精细技术一起使用，它现在成为一种廉价的首视工具，以确定是否存在异常，从而保证通过更灵敏的方法进行进一步成像。热成像最常用于乳房X光检查，作为早期检测方法，如果发现明显的异常，应随后进行X射线乳房X光检查。这是女性乳房晚期肿瘤的温度图。
|女性患者胸部的温度图；右乳房显示与恶性肿瘤相关的广泛的温暖区域。γ
在这个视图中，温度图显示男性患者背部的腰和胸部区域发炎。
这名男性右腿肌肉撕裂会引起热和肿胀，这在体温图中很明显。
下一张热像图显示一名怀孕8个月的妇女。尽管没有异常迹象，但很有趣的是，子宫温度普遍较高，以提供更好的产前环境。
|孕妇侧视图，8个月时子宫通常比周围温度高。γ
热图还可以描绘异常的冷却，如冻伤或雷诺尔综合征（极端情况下小动脉收缩，导致血液供应减少，从而导致温度降低），如图所示：
一种常用且相对便宜的成像技术依赖于送入人体的声波或超声波，这些声波或超声波既折射又反射（这是不利用电磁辐射的医学遥感的一个例子）。结果是一个超声波或超声波图，外行似乎模糊和有限的定义，但对医生和训练有素的技术人员是有益的。一个既能产生声波又能接收反射波（回声）的传感器可以直接放置在被研究的特定器官附近。通过人体的声音信号在1到10兆赫之间（最常用的是3.5到7.0兆赫）。超声成像的简要概述见 HowStuffWorks 站点。一旦有了更多信息，点击“更多信息”，然后点击耶鲁大学的Beverly Stern提供的“超声基本概念”，你就可以找到“诊断超声”（在这一页上直接链接失败）。本文和参考文献都涉及到多普勒超声和三维超声。
超声波的主要用途是监测妊娠的进展，制定生长阶段的时间表，确定性别（大约5个月），以及观察明显的异常情况。该技术快速、无痛、无创、成本低。我们展示了两个典型的超声图，顶部在8周，底部在27周：
最近超声技术的改进使得子宫中成长中的孩子的三维图像可以通过整合（与计算机程序）从不同方向拍摄的图像，利用不同的断层扫描技术进行重建。看看这组图片：
超声波的另一个常见用途是实时观察心脏的动态功能。超声心动图是利用传感器在屏幕上产生图像，连续记录以观察主要心脏成分的运动。这是典型的（静止）图像，显示左、右心房和左、右心室：
这张超声心动图从不同的角度显示心脏（注意底部蓝色的微弱痕迹；这是心电图显示）：
在手术过程中，心脏也会受到心电图（心电图）的监测。这可以测量与心脏活动相关的电脉冲。诊断设置包括在胸部周围的不同点放置一些作为电极的贴片。屏幕显示一系列规则的（如果没有心律失常发生）脉冲或峰值。这是一个总结程序的图表：
心电图是对患者进行最频繁的诊断测试，以确定他们的心脏状况和总体健康状况。
我们对医学成像的最后考虑描述了一种通用技术- endoscopy （点击这里获得一个好的互联网概要）-这是一个“延伸”时，试图适应遥感的类别。尽管如此，仍有一个主动的光子源向目标A发出电磁辐射。 小的 距离和接收返回信号的传感器。在内窥镜手术中，一根长电缆（由成束的光纤组成），带有一个光线和一个摄像机镜头，位于内窥镜端，用于接收身体内部表面，通常从直肠插入肠道（结肠镜或原形镜）或从口腔插入口腔。漫游和胃（胃镜检查）。外端可能有目镜，可能有一个小的摄像机或光信号可以发送到屏幕显示。这就是典型内窥镜的样子：
作者第一次使用这个显微镜是为了寻找胃溃疡（医生发现了三处）。通过预见全剂量的麻醉，我在整个手术过程中保持清醒（对电视屏幕上的图像很着迷，当我说胃壁的图像与木星的卫星IO表面非常相似时，我打断了工作人员（查看 page 19-16 ）这是胃溃疡（不是我的）视图：
食道（从喉咙延伸到胃的管子）也是一个可以通过内窥镜检查发现问题的地方。这是一张食管裂孔疝的图片，这是一种主要的情况，可以使胃反流更容易发生。
一般来说，结肠镜检查在病人中的受欢迎程度较低（尽管通常使用镇静剂）。作家对结肠的好奇使他放弃了任何麻醉；这种不适真的不错，横穿过程中的视觉效果也不错。这是一个显示结肠弥漫性憩室疾病的视图。结肠的多个小的“向外撇子”很明显。这是由结肠黏膜在穿透动脉处向外的坏死引起的一种情况，这种情况会导致结肠壁的薄弱点。
有了这个肛门插入，我们就“结束”了这种转移，进入了一个重要的遥感分支，你可能会在生活中的某个时候直接体验到。我们研究了更常见的医学遥感或成像类型。其他仪器也存在，一些使用电磁波谱的不同部分或其他能源；新技术不断提高检查哺乳动物生理学和病理学的能力。足以得出这样的结论：遥感的这些应用对人类最感兴趣，因为它们改善了我们的健康，常常拯救了我们的生命。