医学成像仪：未来技术制造
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今年夏天，在美国明尼阿波利斯市会议中心举行的美国医学物理学家协会(American Association of Physicists in Medicine，AAPM)第49次年会上，发布了1100多篇以医学和物理学交叉为主题的科学论文。其中许多话题都涉及到激光成像设备、癌症治疗仪器以及与这些相关的新技术。
用超声波测量乳房密度
美国Karmanos肿瘤研究所以及密歇根州的韦恩州立大学(Wayne State University)的科学家们研究发现了超声波在乳房组织内传输的速度以及与该组织密度之间的关系。这一发现非常重要，因为乳房组织的密度越高，发生乳腺癌的风险也越大。使用超声波可以避免使用在传统乳房X线照相技术中使用的离子化的X光。
该研究小组正在开发一种新形式的超声层析成像法，该成像法要求患者以俯卧姿将一个乳房向下浸入一盆水中。此时乳房会被一个环形的变频器所环绕，该变频器可以从各个方向向乳房发送音波。该超声波检查可以捕获反射的、以及传送的音波。由该结果可以确定其超声波百分密度(ultrasound percent density，USPD，被认为是乳腺X线照片密度的“代言人”)。
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该方法已经在一项有100例患者参与的临床试验中接受了检验。试验结果显示：USPD与X线乳房密度检测无论在定性、还是定量方面都有很好的一致性。
多路CT扫描仪胜在速度
通过从通讯领域“借来”的技术，CT扫描仪的数据采集速度可能被提高数百倍。这样的成像效果会更好，成像过程更快，同时患者暴露在X射线下的时间也就缩短了。美国北卡罗来纳州大学的一个研究小组率先研发出了瞬时从多个源头收集图像的方法，替代了现有的数据收集方法。
如今CT扫描仪被广泛应用于诊断性的医学成像以及安全检察中，新方法可以在不到1秒钟的时间内，通过X射线管在被扫描物体周围高速机械运动收集到1000多个图像。
多路技术是可以极大提高CT扫描速度的一个创新性解决办法，它是将多个信号组合成为一个用于传输的复合信号的过程，是在通讯相关领域内被广泛应用的概念。对于拥有多路技术的CT扫描仪来说，有多个X射线光源同时发射，从而可以同时从多个角度收集图像。
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北卡罗来纳州大学的该研究小组从事这一多路技术CT扫描仪的研发已有数年。就在最近，此研究小组才制作出一个25像素的多路CT扫描仪，目前还需要克服一些技术上的难题，才能达到他们的最终研究目标——像素达到大约1000的CT扫描仪。该研究小组的负责人Jian Zhang透露说，这些新扫描仪的成本并不会有明显的升高，因为新技术可以在一个硅片上安置数百个X射线阴极。
小巧玲珑的介质壁加速器
使用创新物理技术，研究者设计的新系统最终将使质子癌症治疗法——这一当前仅被少数治疗中心掌握的激光癌症治疗方法，可以广泛应用于各地的放射治疗中心。与放射疗法中按照惯例使用的X光相比，质子束更为有效，因为它们可以聚集更多的可以杀死目标肿瘤细胞的能量，而对周围的健康组织伤害较少。但是，为了杀死肿瘤，这些质子必须加速得到足够高的能量，而现阶段质子只能在庞大、并且非常昂贵的(价值数亿美元且需要占据右篮球场那么大面积的空间)被称为回旋加速器或者同步回旋加速器的仪器上，才能达到这一能量要求。
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美国威斯康星州大学的Thomas Mackie教授介绍了一种体积较回旋加速器小很多的 “介质壁加速器”(dielectric wall accelerator，DWA)。现在该仪器原型在美国劳伦斯利物莫国家实验室(Lawrence Livermore National Laboratory)内建造的。该DWA可以在1米的距离内将质子加速到100兆电子伏特。一个2米的DWA就可以提供拥有足够高的能量以治疗所有肿瘤的质子束，包括治疗那些在身体内部很深地方的肿瘤，这样该仪器就可以放置在一个普通的放射治疗室内了。
“混血”MRI放射仪
加拿大Alberta省癌症中心(Alberta Cancer Board)的科学家们正在研制一个仪器原型，将高质量3D成像的MRI和线性加速器的具有强肿瘤杀伤力的X射线放在一起，该仪器可以首次使强大的X射线光束成为肝脏、胃以及胰腺肿瘤的可行性治疗选择，而当前治疗这些癌症只能选择手术、药物或者植入放射性粒子。这一“混血”的仪器还可以改善所有癌症患者接受放射治疗的效果。
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通过使用名为高级实时适应性放疗(Advanced Real-Time Adaptive Radio Therapy，ART)，这一原型系统将使患者在接近实时3D MRI检查的同时进行放射治疗。MRI可以提供比X光和CT更高质量的肿瘤和器官图像。另外，它也是可以真正提供身体内部高质量、接近实时3D图像的唯一成像方法。
将放射治疗中使用的线性加速器和一个MRI结合在一起并不是件容易的事，因为它们各自工作的科学以及工程学原理是互相矛盾的。ART通过旋转MRI仪和线性加速器而解决了这一难题。这两个仪器固定在一起，环绕在患者的四周，从而可以从各个角度获得图像并进行放射治疗。这一方式可以减少线性加速器和MRI仪之间的电磁冲突。该设计原型有望于今年12月份完成。研究人员希望该仪器可以改善放射治疗的精准性，从而减少副作用。另外，它还可以改善肺癌以及前列腺癌的治疗模式，虽然它目前还是很难给予足以治愈该病的放射剂量。
固态X射线图像增强器
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当前还处于研发状态的固态X射线图像增强器(solid-state x-ray image intensifier，SSXII)可以极大程度地改善医学用X射线图像的空间分辨率。在血管造影和X射线透视检查的过程中，将患者所接受的X射线量最小化，同时将记录图像的探测器灵敏度最大化，都至关重要。为了达到这两个目的，研究者通常都会采用X射线图像增强器(X-Ray image intensifier，XII)或者平板探测器(flat-panel detector，FPD)。这两个部件是用来将X射线图像转化成为数字图像的。而XII由于其对地球磁场的易感性，以及其所采用的图像加亮技术造成了它本身固有的图像失真问题。所以，也导致了当前XII被较新型的、克服了这些失真问题的FPD所取代。但可惜的是，FPD本身在机器运行时会产生非常强的噪音，从而在较低X射线量的X射线透视检查中所得到的图像质量很差。也就是说，目前这两种方法都存在空间分辨率的问题。
而今，美国布法罗大学的科学家们正在研制一种传统X射线图像增强器的固态版本，它可以以固体的形态依赖电子倍增电荷偶联设备(Electron Multiplying Charge Coupled Device，CCD)来提供可变的信号放大。如此一来，该仪器就综合了当前X射线透视检测仪的所有优点，而且由于不受地球磁场干扰，其图像失真程度较小，使用仪器时的噪音也相当低，即使对非常小量的X射线也很敏感，同时空间分辨率是原来的2倍多。
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锥束扫描三维CT成像系统
一种新的锥束扫描CT(cone-beam computed tomography，CBCT)成像系统可以让外科医生和介入放射学家在具有亚毫米空间分辨率的三维图像指引下进行微创介入手术。加拿大多伦多的大学健康网络(University Health Network)的工程师们开发了这一系统。
通常图像导航的介入手术都是根据手术前的CT诊断或者MRI仪取得图像数据。可是根据手术前的图像就不能直观看到手术过程中所造成的改变，例如观察在将肿瘤切除之后有没有余留等等。有了这一新成像体系就可以克服这些传统的缺陷，因为它可以提供手术过程中的图像数据更新。其中最具发展前景的就是将CBCT固定在一个C型的手术臂上，方便医生手术中使用。
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关于医学物理学家
如果你曾经去做过乳房X线照片、超声波、X光、CT或者PET扫描，那么极有可能在屏幕后面就有一位医学物理学家正在工作，以保障成像过程尽可能有效。医学物理学家们还会不断开发出新的成像技术，改善已有的传统技术，并且保证在治疗过程中放射的安全性。他们为治疗技术的发展做出了很大的贡献，例如研发了放射治疗以及前列腺癌的近距离插植放疗。他们与放射肿瘤专家一起合作设计肿瘤的治疗方案。他们对仪器和治疗过程进行检测，以保障肿瘤患者身上的正确部位接受医生所处方的放射量。, 百拇医药(编译 齐攀)