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随着科学技术的进步，医学影像技术取得了长足的发展。它是借助于某种能量与生物体的相互作用，提取生物体内组织或器官的形态、结构以及某些生理功能的信息，为生物组织研究和临床诊断提供影像信息的一门科学。所涉及的范围越来越广，有X线成像、超声波成像、磁共振成像、红外线成像、放射性核素成像、光学成像等。这些方法各有所长，互相补充，能为医生做出确切诊断，提供愈来愈详细和精确的信息。随着各种影像设备的分辨率不断提高，一些成像系统已具备了显微分辨能力，将活体影像学带进了基础科学，使其可以深入到细胞、分子水平，即其成像技术从宏观进入了微观，分子影像学应运而生，医学影像进入了新的时代。
1 X线成像技术
1895年伦琴发现了X射线（X-ray），这是19世纪医学诊断学上最伟大的发现。X-ray透视和摄影技术作为最早的医学影像技术，直到今天还是使用最普遍且有相当大的临床诊断价值的一种医学诊断方法。X线成像系统检测的信号是穿透组织后的X线强度，反映人体不同组织对X线吸收系数的差别，即组织厚度及密度的差异；图像所显示的是组织、器官和病变部位的形状。
随着计算机的发展，数字成像技术越来越广泛地代替传统的屏片摄影。数字X线检查技术包括计算机X线摄影、直接数字X线摄影、数字减影血管造影和X－CT等。X－CT的问世被公认为伦琴发现X射线以来的重大突破，是标志着医学影像设备与计算机相结合的里程碑。自20世纪70年代初开始在临床应用以来，经过多次升级换代，由最初的普通头颅CT机发展到现在的高档滑环式螺旋CT和电子束CT。其结构和性能不断完善和提高，可用于身体任何部位组织器官的检查，因其密度分辨率高，解剖结构显示清楚，对病变的定位和定性较高，已成为临床常用的影像检查方法。
2 核医学成像技术
核医学成像系统又称放射性核素成像（RNI）系统，所检测信号是摄人体内的放射性核素所放出的射线，图像信号反映放射性核素的浓度分布，显示形态学信息和功能信息。核医学成像与其他影像学成像具有本质的区别，其影像取决于脏器或组织的血流、细胞功能、细胞数量、代谢活性和排泄引流情况等因素，而不是组织的密度变化。它是一种功能性影像，影像的清晰度主要取决于脏器或组织的功能状态，由于病变过程中功能代谢的变化往往发生在形态学改变之前，故核医学成像也被认为是最具有早期诊断价值的检查手段之一。
早期开发的核医学成像仪器是放射性核素扫描仪。CT技术问世后，将放射性核素扫描与CT技术结合起来，开发出发射型计算机体层扫描术（ECT）。ECT技术不仅能动态观察脏器的形态、功能和代谢的变化，而且能进行体层显像和立体显像。ECT可分为单光子发射型计算机体层（SPECT）与正电子发射型计算机体层（PET）两类，两者的数据采集原理不同。
PET/CT是将最先进的PET和CT的功能有机地结合在一起的一种全新的功能分子影像诊断设备。PET通过使用代谢显像剂、乏氧显像剂等药物，可以将肿瘤病灶的代谢信息表达出来，通过这些信息可以容易地确定肿瘤组织和正常组织及病灶周围的非肿瘤病变组织的界限，以及肿瘤病灶内瘤细胞的分布情况，真正做到以生物靶区为基础制定放疗计划。CT能够精确提供肿瘤病灶解剖结构。PET/CT融合的图像既能提供精确的解剖结构图像，又能提供生物靶区的材料。使用PET/CT制定放疗计划对于临床来说是一个全新的分子影像领域，具有广阔的应用前景。
3 超声成像技术
超声成像系统的检测信号是超声回波，图像信号反映人体组织声学特性的不同，从而显示甚至动态显示器官的大小和形状。超声成像设备主要应用超声波良好的指向性和其反射、折射、衰减规律及多普勒效应等物理特性，采用各种扫查方法，将给定频率的超声波导入体内，超声波遇到不同组织或器官界面时，将发生不同程度的反射和透射，接收携带信息的回声，利用不同的物理参数，将信号经处理后，显示为波形、曲线或图像，观察分析这个结果，结合临床表现可对疾病做出诊断。
超声成像设备有利用超声回波的超声诊断仪、超声多普勒系统、谐波成像系统，及利用超声透射的超声计算机体层成像系统。前者应用更为广泛，根据其显示方式不同，可以分为A型（幅度显示）、B型（切面显示）、M型（运动显示）、P型（超声多普勒）等。目前医院中用得最多的是B型超声波诊断仪，俗称B超，其横向分辨率可达到2 mm，所得到的软组织图像清晰而富有层次。超声多普勒系统利用回声的频差，显示运动器官的动态特性，实现血流和心脏参数的测量。谐波成像是近年来发展起来的又一种新超声技术，显示二次谐波和高频传递的信息，用于观察心脏室壁运动和心肌灌注质量的对比谐波成像，改善深部组织图像质量。
超声分子显像是一门新兴发展的，以靶向超声微泡造影剂为显像剂，能够对体内组织器官微观病变进行分子水平的探测与显像的方法。超声造影是利用造影剂后使散射回声增强，明显提高超声诊断的分辨力、敏感性和特异性的技术。随着仪器性能的改进和新型声学造影剂的出现，超声造影已能有效地增强心肌、肝、肾、脑等实质器官的二维超声影像和血流多普勒信号，反映和观察正常组织和病变组织的血流灌注情况，已成为超声诊断的一个十分重要和很有前途的发展方向。有学者把它看作是继二维超声、多普勒和彩色血流成像之后的第三次革命。
4 磁共振成像技术
磁共振（MRI）成像系统检测的信号是生物组织中的原子核所发出的磁共振信号。原子核在外加磁场的作用下接受特定射频脉冲时会发生共振现象，MRI系统通过接收共振信号并经计算机重建图像，用图像反映人体组织中质子状态的差异，从而显示体层内的组织形态和生理、生化信息，系统通过调整梯度磁场的方向和方式，可直接获得横、冠、矢状断面等不同体位的体层图像。
MRI自20世纪80年代用于临床，第一次使人体解剖三维成像。MR的进步集中反应在设备硬件发展基础上，成像速度的提高及成像方式的改进和扩展，实时成像技术和其开发的回波平面序列，除提高已有的性能外，MR功能性成像进一步得到了发展。灌注成像、弥散成像、血氧水平依赖性成像成为新的成像方式，前二者反映的已不是大体形态学信息，而是分子水平的动态信息，后者可以实施大脑皮质的功能定性，张力成像可测定组织的张力差别。
随着新型磁共振机的开发，揭开了磁共振应用领域新的一页，即运动MR和介入MR的应用和研究。MR血管成像、MR水成像、MR血流成像、脏器功能的检测、MR波谱分析、动脉血质子标记技术、抗血管生成因子辅助MR功能成像等技术的应用，使磁共振成像进一步突破了影像学仅应用于显示大体解剖和大体病理学改变的技术范围，向显示细胞学的、分子水平的以至基因水平的成像方面发展。
5 红外线成像技术
热像仪不主动发射任何射线，而是被动接收人体所辐射的“热线”——红外线，形成人体的“热”影像，是人体的二维“热”（温度）分布图像。由于人体器质性的组织结构和形态变化，只能在疾病发展到一定程度才会出现，而远红外线诊断技术正是采集这种组织结构、形态和功能的变化来诊断疾病，实践证明，疾病在出现结构和形态变化之前，就会在病灶区出现温度的变化，而且变化范围的大小、形状和温差的大小反映了疾病的性质和严重程度，即红外热像仪不仅可以诊断疾病病情，甚至可以提前阳性发现期，使医患双方密切注意病情发展，以赢得宝贵的确诊时间。红外线成像技术不仅对组织器官的炎症、疼痛、血液循环状态等有重要的诊断价值，而且对恶性肿瘤的诊断及转移倾向，肿瘤状况也有着重要的临床价值。
6 光学成像技术
早期的光学显微镜为生命科学的研究提供了十分有用的工具。但由于生物组织的极度不均匀性，形成了对光波的强烈的散射作用，加之生物组织对光波的强烈吸收，致使光波无法深入到生物组织，也就不能从生物组织中取出清晰的图像。随着光子学的骤然兴起，近年来科学家们研制了一系列光学与光子学取像方法。
共焦扫描光学显微镜具有许多常规显微镜所没有的特性。它只允许由处在焦平面上的样品薄层的反射光通过目镜而被观察和记录，因此得到的是样品中一个薄层图像。图像具有高的对比度和高的分辨率。
扫描近场光学显微术是在近场探测原理的基础上发展起来的一种光学扫描探针技术，其分辨率突破了光学衍射极限，可达10～200 nm。采用一亚波长尺寸的光学探针作为光源和探测器。当一个亚波长孔径的微小光源在物体的近场范围内照射时，照射光斑的面积只和孔径大小有关而与波长无关。把探针置于物体的近场区域(＜100 nm)，反射光或投射光中将携带物体亚波长尺寸结构的信息，通过扫描采集样品中各“点”的信号光即可得到分辨率小于半波长的样品的近场图像。结合相应的光谱技术探测生物样品微区的超微光谱图像，特别是为生物单个大分子探测开辟了一条新的途径。
光学相干显微术是从强散射介质中获取图像的最有发展前途的一种新技术。这种新技术将低相干干涉仪与共焦扫描显微镜结合在一起，目前已实现的空间分辨率为4 μm，探测深度达1～2 mm。其高性能的成像本领是通过下述两点实现的：一是利用灵敏的外差探测，二是离开焦点的散射光不被探测器探测。光学相干层析术和光学相干显微术的原理和结构是相同的，仅是物镜的数值孔径不一样。它们非常适宜于对活体组织内部进行分层探测。利用这种技术已成功地监测了胚胎发育过程中的形态变化，鉴别正常与非正常基因的表达。用这种技术还可以对活体眼睛进行成像，测量视网膜结构、拍摄黄斑疾病等。
光学成像技术在活体生物组织内部微结构的测量和疾病诊断等方面有重要的应用价值。
当今医学影像技术进入了全新影像时代，医学影像技术的发展反映和引导着临床医学在诊治以及随诊方面的进步。医学影像技术的发展，在某种意义上代表着医学发展潮流中的一个热点趋势，推动了医学的发展。展望21世纪，医学影像技术必将得到更快、更好及更全面地发展，必将对人类的健康作出更大的贡献。
作者单位：300204 天津，天津医科大学