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现代医学影像是在20世纪70年代之后迅速发展起来的。由于现代医学影像提供了丰富的组织与器官的形态学、功能性和细胞物质与能量代谢的信息，使人们可以全面、深入地认识人体内发生的生理、生化和病理过程。现代医学影像已经形成了X-CT、MRI、RNI及超声影像四大医学研究的先进技术手段。它们的发现及发展都蕴涵了物理学的丰功伟绩，2000年底人民卫生出版社出版发行了我国第一本医学影像物理学，标志着现代医学影像中的新学科——医学影像物理学的诞生，它涉及了现代四大医学影像中的物理学。
1 X射线影像中的物理学X射线是德国著名物理学家伦琴于1895年11月8日发现的，它的发现给人类历史和科技发展带来了深远的影响。X射线被发现后，首先应用到医学诊断上，在随后的一百多年中，X射线在医学领域发挥了巨大作用。X射线有很强的贯穿本领，当一束强度大致均匀的X射线投照到人体上时，由于人体各种组织、器官在密度、厚度等方面的差异，对投照在其上的X射线的衰减（主要是吸收衰减）各不相同，使透过人体的X射线强度分布发生变化，从而携带人体信息，形成X射线信息影像。X射线信息影像不能为人眼所识别，须通过一定的采集、转换、显示系统将X射线强度分布转换成可见光的强度分布，形成人眼可见的X射线影像。1917年奥地利数学家Radon从理论上证明，利用X射线投影数值可以重建二维断层解剖图像或三维图像。但因按Radon的理论进行图像重建时的信息量太大，所以，直到高速处理数据的电子计算机产生以后，才可能出现这种图像。1972年英国制成用于临床脑组织检查的世界上第一台X-CT机（即头部CT），以后又出现了全身CT、心脏CT、螺旋CT、多层螺旋CT等。
2 超声影像中的物理学超声（ultrasound，US）是一种高频机械波。它的声源振动频率超过20000 Hz，最高可达1015 Hz。而人耳的听觉范围是20～20000 Hz，因此人耳感觉不到超声波。诊断用超声为1～100 MHz。超声波具有频率高、波长短、方向性强、能量大、危害小等特点。20世纪初，物理学家朗之万（Langevin）首次研制成了石英晶体超声发生器，40年代人们开始进行超声医学应用的研究。1950年，脉冲反射法（A超）被用于医学诊断，在此过程中，人们针对这种方法的局限和不足开始进一步研究超声断层成像（B超），并不断加以改进，50年来共实现了三次重大突破：第一次是利用灰度显像，使超声技术进入医学临床实用阶段；第二次突破是发展了实时技术，扩大了超声诊断的应用范围；第三次突破是计算机与超声技术的结合，如超声计算机断层扫描术、超声全息照相术等。与此同时，超声诊断的种类也在不断更新，伴随B型超声显像的还有M型诊断仪，用于辨别心脏、胎儿等的运动状态和功能异常检测；多普勒彩色超声诊断仪则广泛用于心血管疾病的诊断。超声的发展和应用以其非电离辐射的独到之处、对软组织鉴别力较高的优势、仪器使用方便价格便宜的特点，成为医学成像中颇具生命力而不可替代的现代诊断技术。
3 核磁共振影像中的物理学1946年美国物理学家Bloch和Purcell领导的课题组首先发现了核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）现象，此二人于1952年获诺贝尔物理学奖。1946～1972年NMR主要用于有机化合物的分子结构分析，即磁共振谱分析（magnetic resonance spectroscopy，MRS）。1973年美国人Lauterbur用反投影法完成了磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）的实验室模拟成像工作。1978
作者简介：吉强，男，天津医科大学教授。1982年毕业于南开大学后，在天津医科大学从事教学和科研工作至今，其间在瑞士苏黎世大学、德国维尓茨堡大学各进修1年。20多年来，系统讲授医用物理学、放射物理学、医学影像物理学及医学成像技术等课程；参编《放射物理与防护》等多部全国高等医药院校规划教材；近几年发表多篇论文，包括《医学影像物理学在影像医学中的重要地位》等教学论文、《MRI中磁化强度矢量偏转角的快速选取及计算方法》等学术论文；主持和参加《MRI中原始数据矩阵对图像质量的影响》等多项科研课题。
年在英国第一台头部MRI设备投入临床使用，1980年全身MRI研制成功。
在MRI中，图像中各像素的明暗差异取决于各自所对应的MR信号强度，而MR信号强度则取决于成像物体的一些基本参数，如质子密度P、弛豫时间T1和弛豫时间T2等。为了对成像物体的基本参数进行测量，获得反映这些参数的图像，常常采用脉冲序列对成像物体进行扫描。
4 核放射影像中的物理学放射性核素显像（radio nuclear imaging，RNI）是核医学诊断中的重要技术手段。生物体的组织与器官的功能主要表现为物质在生物体内的动态变化规律，例如组织、器官的运动性功能，物质在生物体内的输运、集聚、排泄，物质在细胞内的代谢，物质代谢在空间的分布等。若将一定量的放射核素引入人体，它将参与人体的新陈代谢，或者在特定的脏器或组织中聚集。RNI的本质就是体内放射性活度分布的外部测量，并将测量结果以图像的形式显示出来。它含有丰富的人体内部功能性信息，因此，RNI以功能性显像为主。医学实践表明，RNI技术有助于人们深层次地揭示生物体细胞内发生的细微复杂的生理、生化过程，在分子水平上动态地认识生命过程的本质，所以RNI技术是很具有发展潜能的医学影像技术。随着医学影像技术的普及和快速发展，伴随成像过程的辐射损伤也突显出来。物理学在辐射防护中的作用愈来愈引起人们的重视。通俗地说，辐射就是某种形式的能量从其产生的源头向外部空间的传播。辐射分类的一种方法就是按辐射能量形式进行。例如：本质为电磁波的热辐射、光辐射（包括可见光、不可见光以及激光）、X（γ）射线辐射、中子辐射、来自太空的由高能量粒子组成的辐射（宇宙射线以及声波辐射）。辐射还有另外一种分类方法就是看辐射粒子能否引起传播介质的电离，即把辐射又分成两大类：电离辐射及非电离辐射。电离辐射包括X（γ）射线辐射，α、β射线辐射，中子射线辐射，宇宙射线辐射等。非电离辐射一般指热、电磁波、光、声辐射。由于电离辐射的危害性更为明显，重点将放在X（γ）射线的辐射防护上。多年来，由医学物理学家提供物理防护方法和手段，并使医学影像工作者对辐射防护的基本物理概念、方法有所了解和掌握，尽可能在减少对患者或受检查者辐射损伤的前提下去完成诊断或治疗。同时，能对就诊者及普通公众做这方面的宣传与解释，把辐射防护提高到公共卫生的水平。随着现代医学影像技术的不断发展，医学影像对物理学的需求会更加广泛，必将促进医学影像物理学的发展，使这个新兴的学科前途无量。
作者单位： 300203 天津，天津医科大学
（编辑：吴 莹）