由第一个诺贝尔物理学奖开创的学科：影像学与人类健康

群学书院 | 半城读书 讲演实录

影像学检查对人类健康的影响

现状与未来

讲演 | 王德杭

整理 | 陆远、常江潇

图片 | 刘青

公元1895年12月22日晚，德国维尔茨堡麦米伦大学校长、物理学家威廉·康拉德·伦琴（Wilhelm Röntgen，1845—1923）很神秘地邀请他的夫人走进自己的实验室，完成一个闻所未闻的实验。

当伦琴把夫人的手放在一个涂有氰化铂酸钡的荧光屏后时，屏幕上出现了一直带着戒指，骨骼毕露的造影。伦琴告诉夫人：这就是你的手！她吓了一跳，“仿佛看到了一种死神的征兆”。伦琴却异常地兴奋，他确信这是一种全世界从来没有发现的新的神秘射线，这也是全世界第一张X光片。

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全世界第一张X光片

仅仅过了一周，维尔茨堡物理学医学学会就收到了伦琴递交的一份学术通讯，题目是《一种新的射线：初步报告》，文章很短，作者甚至不知道该如何命名他的这个新发现，只好将代数上的未知数符号“X”作为临时代号。

又过了一周，这篇通讯被的副本在《维也纳日报》发表，立即在全世界范围内引起了巨大的轰动，其反应之强烈，影响之迅速，在整个现代科学史上都是罕见的。德国皇帝威廉二世立即召见了伦琴，请他在御前就自己的研究发表演说，不仅赐予他宝冠勋章和勋位，还特别下令波茨坦桥旁为伦琴树立塑像。

不久，这种新发现的射线，被同时命名为“伦琴射线”和“X射线”。

六年以后，瑞典皇家科学院，将世界上第一个诺贝尔物理学奖，颁给了伦琴。

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全世界第一个诺贝尔物理学奖得主伦琴

从那以后，X射线被广泛应用于人类生活的各个领域，尤其在人体检查和疾病诊断领域，并进而形成了放射诊断学（Diagnostic Radiology）的新学科，并奠定了医学影像学（Medical Imaging）的基础。

时至今日，几乎所有人类重大疾病的临床诊断和介入治疗，都离不开医学影像学。从X光成像仪器，到CT技术；从超声技术（B超、彩色多普勒超声、心脏彩超、三维彩超等），到核磁共振成像（MRI），再到心电图、脑电图、血管造影等等等等。

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王德杭教授在讲演中

医学影像是指对人体组织非侵袭性的成像诊疗技术，是临床医学中发展最快的学科之一，发展速度快、更新周期短，技术日新月异。影像医学能够发现和诊断病变，判断病人有症状或无症状，能够对患者进行随访观察，能够直接参与治疗或指导临床治疗，并能评价临床治疗效果。

目前主流医疗影像的设备包括：X线摄影系统、磁共振成像系统（MRI）、超声诊断系统（如B超）、计算机断层成像（CT）、放射性核素显像（如ECT）等。

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讲演现场

王德杭教授介绍了不同成像技术的特点和临床应用：

1、数字化普通X线检查，如判断是否骨折的胸片、腹部平片以及对四肢和脊柱的X线检查，对胃肠道、泌尿系统的造影检查。X线平片是迄今为止应用最早、最普遍、操作最便捷的影像学检查方法，其特点是方便、便宜，且X线剂量低。

2、数字减影血管造影（Digital SubtractionAngiography, DSA），是一种新的X线成像系统，是常规血管造影术和电子计算机图像处理技术相结合的产物，通过DSA处理的图像，使血管的影像更为清晰，在进行介入手术时更为安全，也常用于术后观察脑血管循环状态。DSA技术适用于脑血管、心脏大血管、冠状动脉、腹主动脉及其分支以及肢体大血管的检查。

3、介入发射学，是不同于外科又不同于内科的新兴学科，是在医学影像设备的引导下，以影像诊断学和临床诊断学为基础，结合临床治疗学原理，利用导管、导丝等器材对各种疾病进行诊断和治疗的一系列技术，与传统的手术方法相比，更有效、更简便微创，正在逐渐脱离影像科而独立。

4、CT检查，这是现代一种较先进的医学扫描检查技术，主要针对扫描人体大脑的情况。特点是密度分辨率高，可直接显示X线检查无法显示的器官和病变，检查方便、迅速而安全，克服了传统X线平片影像重叠。缺点是价格稍贵，X线剂量稍大。CT技术经历了多层CT、双源CT、双能CT，其动态性得到增强。

5，核磁共振检查（MRI），这是继CT后医学影像学的又一重大进步，特点是软组织分辨率高，可多方位多序列扫描，为医生诊断提供大量信息，可显示人体功能与代谢信息并对全身各系统疾病进行诊断，尤其对早期肿瘤的诊断有十分重要的价值。缺点是扫描较慢，价格较贵。MRI检查不适用于安装人工心脏起搏器、动脉瘤金属夹、颅内有银夹及眼球有金属异物携带患者和危重患者，相对禁忌证有人工关节、体内金属异物、高热患者、早期妊娠等。MRI检查对人体没有任何放射性损害，可多次检查。

6、超声检查技术，这是利用人体对超声波的反射进行的观察，如心超，B超。超声检查的特点是适应症广泛，穿透能力较大，设备轻便，操作安全。缺点是个人技术依赖性强，需要有经验的检验人员操作和判断结果，前后对比困难。

7、放射性核素显像，这是将放射性药物引入体内后，以脏器内、外或正常组织与病变之间对放射性药物摄取的差别为基础，利用显像仪器获得脏器或病变的影像，有单光子发射断层显像SPECT（ECT）和正电子发射断层显像PET-CT，PET-MRI。核医学成像的特点是核素成像，灵敏度高，可反应代谢功能，可作动态观察、定量分析，缺点是技术较复杂、空间分辨率较差。

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现场听众

随着影像医学的发展，显像机器及显像方法的发展日新月异；从辅助科室到支撑科室；从医技科室到临床科室；从医院的影像科日益发展为独立的影像中心；从远程会诊发展到整合医生集团进行云诊断，甚至可以在家工作；从计算机辅助诊断，到人工智能替代医生。

2017年12月22日，在央视《机智过人》节目中，人工智能“啄医生”单挑15位主任医师，对30套胸部CT进行阅片，最终双方战平。目前大部分疾病，医生都需要借助影像片子进行诊断，在无创伤的条件下，观察到身体的组织结构和病理学病灶部位。传统医学上，医生需要把片子对着灯光一张一张来看，很费时费力，而且一旦疲劳，阅片的成功率会有所下降，产生判断错误的概率。人工智能“啄医生”的出现，就是为了协助医生进行阅片诊断，减少诊断时间，诊断结果也更加客观，该机器人现在的阅片能力相当于有15年临床经验的影像科医生，并且不会有人类因过度疲劳而产生的失误，能够做到快速无误的诊断。

ERICKSON（Mayo Clinic）认为，5年后AI能够胜任胸部和乳腺报告，15-20年后胜任绝大多数影像报告。SIEGE（Maryland Medical Center）则认为，围绕机器学习的过度宣传没有依据且容易引起放射医生恐慌，判断、解释、质控、商讨、教学、安慰、探索、创造等过程是机器无法取代。DREYER（MGH）认为，人工智能将在医疗活动中发挥重要作用，放射学排在第一位。作为放射诊断学的领导者，必须对计算机认知的进步有足够的认识。

王德杭教授认为，AI与医疗影像的未来会带来多方收益：1、分级诊疗的契机：优质医疗资源将被快速复制并应用于基层和偏远地区，低成本且快速提高其服务能力，使分级诊疗中的核心问题有望得到解决。2、医患关系的转折：医护告别大量重复工作，效率大幅提升，有更多时间关注病人的个性化、人性化需求。3、健康管理的落地：有望实现每个人都有一个“家庭医生”，消费者在人工智能帮助下快速提高对自身健康的掌控能力，实时交互式的个性化管理模式得以落地。4、药物研发的加速：新药研发成本下降，更多成果加速临床应用。5、行业监管的升级：行业决策将被优化，逐渐告别个人经验主义。

目前，影像科医生缺口大、工作量大，属于高强度的重复性劳动，非常适合人工智能应用场景，人工智能引导下医学影像的发展形成了迫切的行业需求，数百亿市场空间待掘金。分级诊疗和第三方影像中心建设驱动医学影像需求的释放，患者、医师和医院均将受益于人工智能在医学影像领域的应用。未来，人工智能在医学影像领域的渗透率将逐步提升，我国智能医疗影像诊断市场潜在空间较大。

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