图像科学是现代科学技术领域中的一个重要分支，它包括图像的形成、获取、传输、存储、处理、分析与识别等研究内容。生物医学图像学(biomedical imaging，BMI)是图像科学研究领域中的重要学科，是20世纪生物医学工程(biomedical engineering，BME)领域中发展最为迅速的学科之一。在BMI研究中包含以下两个相对独立的研究方向：医学成像系统(medical imaging system)和医学图像处理(medical image processing)。医学成像系统主要研究生物医学图像（简称医学图像）的形成过程，包括对成像原理、成像设备、成像系统分析等问题的研究。医学图像处理是指对已经获得的医学图像作进一步的分析处理，其目的或者是使原来不够清晰的图像复原；或者是为了突出图像中的某些特征信息；或者是对图像作模式分类等等。由于医学图像能提供生物体内脏器、组织、细胞甚至分子水平的相关信息，能以非常直观的形式向人们展示人体内部的结构形态与脏器功能，已成为临床诊断最重要的手段之一。

医学成像系统涉及理学、工学、医学等各个学科领域，是生物医学、物理学、电子技术、计算机技术、材料科学与精细加工等多种高新技术相互渗透的产物，其成像设备的种类日益增多，结构也越来越复杂，20世纪90年代已形成较为完整的医学影像设备体系，医学影像设备学也由此建立。

医学影像设备学是以医学图像形成过程中的成像设备为研究对象，以成像设备的基本构造、工作原理、维护保养、安装维修、使用方法、操作规程等为研究内容，已成为BME领域中的一门新的学科，也是医学影像技术专业必修的课程之一。

  医学影像设备的发展历程

自1895年德国物理学家伦琴(Wilhelm Conrad Rontgen)发现X线(X-ray)、并用X线为其夫人拍摄了世界上第一张X线照片以后，X线便广泛应用于多个领域，特别是在临床诊断上发挥着极其重要的作用。在此后的一百多年中，随着现代科学技术的进步，特别是计算机技术的发展，各种医学影像设备不断涌现，临床诊断的准确性、敏感性、特异性、快速性、无创伤性不断提高，并已从单一的常规X线机发展到包括X线计算机体层成像(X-ray computed tomography，X-CT)(简称CT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)、超声(ultrasonography，US)成像、γ闪烁成像(γ-scintigraphy)、发射型计算机体层成像(emission computed tomography，ECT)如单光子发射型计算机体层成像(single photon emission computed tomography，SPECT)和正电子发射型计算机体层成像(positron emission computed tomography，PECT或PET)等多种设备组成的医学影像设备体系；开拓了医学影像诊断学(diagnostic imageology)以及在动态监视下诊断和治疗的介入放射学(interventional radiology)等。

（一）常规X线设备的发展

1895年11月8日，伦琴(1845~1923)在作真空管高压放电实验中，意外地发现了一种不可见的、具有很强穿透能力的、并能使某些物质发光和使胶片感光的X线。伦琴当时的工作条件极其简陋，但X线的发现却震撼了全世界，为世界科技史增添了光辉的一页，开启了医学影像设备的发展历程。为此，伦琴于1901年12月10日荣获了首次诺贝尔物理学奖。世人为了纪念他的不朽功绩，又将X线称为伦琴射线或伦琴线。

X线发现伊始即用于医学领域。由于人体各组织的密度、厚度不同，故对X线的吸收程度亦不同，透过人体被检部位后的X线辐射强度就有差别。根据X线的荧光效应和感光效应，荧光屏或X线胶片接受辐射强度不同的X线后就会形成具有一定黑白对比度的图像。在开始阶段，X线检查仅局限于密度差别较大的骨折、体内异物等诊断，以后才逐步应用于人体各部分的检查。与此同时，各种X线设备相继出现，并逐步得到发展和改进。1896年，研制出了第一支X线管；20世纪10~20年代，出现了常规X线机这一常规X线设备。此后，由于X线管、高压发生器、相关的仪器和装置以及人工对比剂的不断开发应用，尤其是体层摄影装置、连续摄影、快速换片机、高压注射器、影像增强器(image intensifier，I.I)、X线电视系统(X-TV)的应用，到20世纪60年代中、末期，已初步形成《放射诊断学》这一学科体系。

单一或组合运用各常规X线设备进行透视和摄影两大基本功能进行放射诊断，可获得重要的、较为确切的诊断信息。X线可用于人体各系统如呼吸、循环、泌尿生殖、骨骼、中枢神经及颌面五官等疾病的检查。常规X线设备是医学影像设备大家庭中的一名老成员，至今仍是基本的、有效的临床检查设备之一；尤其对骨骼系统、呼吸系统、胃肠道以及心血管系统疾病的诊断，仍然占有重要和主导作用。

（二）X-CT设备的诞生

1972年，英国工程师豪斯菲尔德(G.N.Hounsfield)在英国放射学会上宣布了世界上首台用于颅脑检查的X-CT设备研制成功。并于1979年与美国物理学家柯玛克(A.M.Cormack)共同荣获了诺贝尔生理学医学奖。X-CT是电子技术、计算机技术和X线技术相结合的产物，其图像密度分辨力和空间分辨力较高，引起了医学界的极大关注并广泛应用，促进了医学影像技术的发展，被誉为自伦琴发现X线以来的又一里程碑，为现代医学影像设备体系的建立奠定了基础。

X-CT以横断面体层成像为主，不受层面上下组织的干扰；同时由于密度分辨力显著提高，能分辨出0.1%~0.5%的X线衰减差异，比常规X线检查高10~20倍；还能以CT值作定量分析。近30年来，X-CT设备更新了五代，扫描时间由最初的3~5min缩短到0.5s甚至更短，空间分辨力也提高到0.1mm量级以上。X-CT设备与技术在医学影像诊断中占有十分重要地位，尤其对颅脑、腹部的肝、胆、胰和后腹腔、肾、肾上腺等病变的影像诊断占有主导地位。20世纪80年代，先后研制开发的超高速CT(ultra-fast CT，UFCT)、螺旋CT(helical/spiral CT，SCT)，以及目前已大量投入临床应用的多层螺旋CT(multi-slice CT，MSCT)，使其临床应用范围和诊断效率进一步扩大和提高。

20世纪80年代初开始应用于临床的MRI设备，是一种新型的、非电离辐射式的医学影像设备。1946年，美国斯坦福大学物理系的布洛赫(F.Bloch)教授和哈佛大学的珀赛尔(E.M.Purcell)教授领导的研究小组同时独立发现了核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)现象，即含奇数质子或中子的原子核自身可产生自旋运动，自旋的运动产生磁矩(magnetic moment)，并在其周围形成一个小磁场。为此，他们两人共同荣获了1952年的诺贝尔物理学奖。1972年，美国科学家劳特伯(Paul Lauterbur)成功地获得了NMR图像，使NMR成像得到了长足的发展，为此他和英国科学家曼斯菲尔德(Petter Mansfield)共同荣获2003年的诺贝尔生理学医学奖。自20世纪80年代初NMR成像用于临床以来，为了与ECT等核医学成像相区别，改称为磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)或MR成像。在此期间，MRI发展十分迅速。

MRI是利用含奇数电荷的原子核在磁场内共振所产生的信号，经计算机重建成像的一种影像技术。MRI图像的软组织分辨力高，调整梯度磁场的方向和方式，可直接获取横、冠、矢状断面和斜位等不同体位的体层图像。迄今，MRI已广泛用于全身各系统的影像检查，其中以中枢神经系统、心血管系统和盆腔实质脏器、四肢关节和软组织等效果最好；近年来，MRI腹部诊断效果已达到优于CT的水平，颅脑图像的分辨力在常规扫描时间下提高了数千倍，显微成像的分辨力达到50~10um，现已成为医学影像诊断设备重要的组成部分之一。生物体MR波谱分析(magnetic resonance spectroscopy，MRS)具有无创伤性地检查机体物质代谢的功能和潜力。功能MRI(functional MRI，FMRI)主要用于研究脑组织的生理解剖、并为脑部手术设计提供各部分脑组织的功能区分布情况，以及诊断早期脑梗死。

数字减影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)和计算机X线摄影(computer radiography，CR)是20世纪80年代开发并开始应用的数字X线设备。CR设备中，用影像板(imaging plate，IP)代替传统的胶片，具有图像宽容度大的特点；DSA具有微创、适时成像、对比分辨力高、安全、简便等特点，从而扩大了血管造影的应用范围。DSA和CR都可以获得数字化图像，并可方便接入医学图像存储与通讯系统(picture archiving and communication system，PACS)。20世纪90年代中期，随着X线实时高分辨力平板探测器(flat panel detector，FPD)的发明，数字X线摄影(digital radiography，DR)设备也逐步兴起，并逐步应用于临床诊断。20世纪50~60年代，超声和核医学设备相继出现，并各成系统。

1972年X-CT的研制成功，使医学影像设备进入了一个以计算机图像重建为基础的体层成像新时代。20世纪70年代末80年代初，超声CT、ECT也相继研制成功并开始临床应用。这些设备的成像参数、诊断机理和检查方法各不相同，可分别获得形态或功能图像信息。为同时获得形态图像和功能图像，出现了PET与X-CT、MRI相互融合的设备，如PET-CT、PET-MRI，它们可将形态图像和功能图像融合，提高了影像诊断的敏感性和特异性。

（三）现代医学影像设备体系的建立

随着X线机、X-CT、MRI、US和核医学设备的不断发展，介入放射学自20世纪60年代兴起，于70年代中期逐步应用于临床，近年来尤以介入治疗进展迅速。因其具有微创、安全、经济等特点，深受医生和病人的重视与欢迎，现正处于不断发展和完善的过程之中。20世纪90年代备受人们瞩目的立体定向放射外科(stereotactic radiosurgery，SRS)设备，用于放射治疗设备治疗时的定位。常用的有60Co、医用直线加速器、γ-刀(γ-knife)和X-刀(X-knife)等，由于它们可不做开颅手术而治疗一些脑部肿瘤和其它一些病变，深受临床青睐。介入放射学设备和立体定向放射外科学设备都是由医学影像设备给予引导和定位来实施治疗的设备，两者都属于医学影像设备的范畴。

综上所述，多种类型的医学影像诊断设备与医学影像治疗设备相结合，共同构成了现代医学影像设备体系。