醫(yī)學(xué)影像學(xué)新進(jìn)展

李坤成 盧 潔

(首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射科，北京100053)

近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像學(xué)有了日新月異的變化，計(jì)算機(jī)斷層成像(computed tomography，CT)及磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)等影像設(shè)備成像質(zhì)量快速提高，圖像的時(shí)間分辨率和空間分辨率顯著提升，實(shí)現(xiàn)了從二維到三維成像，甚至是四維成像的進(jìn)步，由常規(guī)結(jié)構(gòu)成像向功能成像發(fā)展，使醫(yī)學(xué)影像學(xué)邁上個(gè)嶄新臺(tái)階，影像診斷準(zhǔn)確率明顯提高，為臨床醫(yī)學(xué)提供更多客觀的診療依據(jù)。

1 CT技術(shù)發(fā)展及臨床應(yīng)用

1998年多層螺旋CT(multi-slice computed tomography，MSCT)問世［1］，MSCT 即管球旋轉(zhuǎn)一周可同時(shí)產(chǎn)生多層圖像，這樣在保證薄層掃描的同時(shí)又?jǐn)U大了掃描范圍，掃描產(chǎn)生的容積數(shù)據(jù)不會(huì)遺漏病變，經(jīng)過工作站后處理可以產(chǎn)生任意方位的解剖圖像，還可以進(jìn)行高質(zhì)量的CT血管成像(computed tomography angiography，CTA)、電影瀏覽、多平面重建、肝臟灌注成像、虛擬結(jié)腸鏡檢查、CT內(nèi)鏡等，極大地?cái)U(kuò)展了CT的臨床應(yīng)用范圍［1-4］。X線管球每旋轉(zhuǎn)一周，多層探測(cè)器同時(shí)接收穿過人體組織的X射線可獲得4層以上的影像數(shù)據(jù);至2005年初探測(cè)器數(shù)量已經(jīng)達(dá)到64層，同時(shí)X線管球旋轉(zhuǎn)一周的速度從秒級(jí)縮短為毫秒級(jí)，目前，最快者已經(jīng)達(dá)到0.27 s［5］。多層螺旋CT在1秒鐘之內(nèi)即可完成頭顱平掃，5秒獲得整個(gè)人體的圖像數(shù)據(jù)。64層以上的多層螺旋CT能夠直接獲取容積數(shù)據(jù)，進(jìn)行任意方位層面的重組，由于其縱向(Z軸)空間分辨率提高至0.30 mm，甚至0.20 mm，可獲得各向同性的冠狀位、矢狀位和各種斜位切層的高分辨力重組圖像。2007年，在北美放射學(xué)會(huì)(Radiologi-cal Society of North America，RSNA)年會(huì)上日本東芝公司推出了320層螺旋CT，探測(cè)器寬度已經(jīng)達(dá)到160 mm，標(biāo)志著寬探測(cè)器CT正式從實(shí)驗(yàn)室走向臨床應(yīng)用。雙能量CT(dual energy CT，DECT)是CT方面的新進(jìn)展，其掃描架內(nèi)安裝有兩套X線管球及探測(cè)器系統(tǒng)，兩個(gè)管球同時(shí)在相同管電壓下運(yùn)行。

多層螺旋CT發(fā)展促進(jìn)了CTA診斷技術(shù)的發(fā)展，其圖像質(zhì)量堪比數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)，對(duì)頸部及顱內(nèi)外血管走形及管壁情況顯示較清楚，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于血管狹窄、閉塞，動(dòng)脈瘤，動(dòng)靜脈畸形等多種血管病變，具有創(chuàng)傷小，檢查時(shí)間短，方法簡便易行等優(yōu)點(diǎn)。CT灌注成像(CT perfusion，CTP)是功能成像方法，能顯示器官、組織的血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)情況，在急性腦梗死患者的溶栓治療評(píng)價(jià)中應(yīng)用越來越廣泛，也有助于鑒別顱內(nèi)腫瘤及其他惡性腫瘤的復(fù)發(fā)及放射性壞死、監(jiān)測(cè)抗腫瘤藥物療效等。由于MDCT的使用，縮短了腹盆病變的檢查時(shí)間，減少了腹部器官呼吸運(yùn)動(dòng)偽影干擾，利用動(dòng)態(tài)增強(qiáng)掃描，能夠觀察組織器官的供血情況，使肝血管瘤，小肝癌等檢出率提高。CT仿真內(nèi)窺鏡可以無創(chuàng)觀察消化道腔內(nèi)情況，與纖維內(nèi)窺鏡及膠囊內(nèi)鏡比較，具有無創(chuàng)傷、禁忌證少、無痛苦、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)，能從多個(gè)角度觀察病變［4］。MD泌尿系成像利用MDCT及靜脈注射對(duì)比劑，在排泄期獲得泌尿系統(tǒng)圖像，對(duì)于尿路腫瘤及結(jié)石有很高敏感性和特異性［6］。DECT多用于心臟成像，能很好顯示冠狀動(dòng)脈病變及評(píng)價(jià)心室功能，在縮短掃描時(shí)間的同時(shí)降低了輻射劑量［7］。由于兩種不同能量每個(gè)體素的CT值不同，因此可以鑒別原子序數(shù)不同的物質(zhì)，已應(yīng)用于肺栓塞、肺結(jié)節(jié)定性、氣道阻塞性疾病、血管源性病變、腫塊良惡性的鑒別［8］。

2 MRI技術(shù)發(fā)展及臨床應(yīng)用

自1974年人們第一次將磁共振技術(shù)應(yīng)用于人活體成像以來，經(jīng)歷了許多里程碑式的發(fā)展［9］。近年來3T設(shè)備不斷成熟及超高場(chǎng)強(qiáng)設(shè)備開始在人體應(yīng)用，圖像分辨率成倍提高，尤其是神經(jīng)系統(tǒng)成像［10］。射頻發(fā)射的多通道技術(shù)，顯著提高了射頻場(chǎng)的均勻性和圖像質(zhì)量，同時(shí)特殊吸收率(specific absorption rate，SAR)值大大降低，并行采集技術(shù)進(jìn)一步應(yīng)用發(fā)展。通過針對(duì)仿真180射頻脈沖、超級(jí)回波技術(shù)、多通道放射狀射頻發(fā)射線圈來減少射頻變形等方法提高超高場(chǎng)強(qiáng)MRI的圖像分辨率，減少磁敏感偽影。目前全世界至少已有28臺(tái)用于人體成像的7T系統(tǒng)正在運(yùn)行，在9.4T設(shè)備上，對(duì)成年家兔及其后代均未觀察到不良生物學(xué)效應(yīng)，用于人體成像的11.7T MRI已經(jīng)獲得批準(zhǔn)，預(yù)計(jì)2012年將投入使用［11］。

擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion weighted imaging，DWI)是依賴于水分子運(yùn)動(dòng)的成像技術(shù)，腦梗死發(fā)生30 min即可顯示病灶，此外也可用于腦炎、腫瘤、囊性病變、脫髓鞘病變等的鑒別診斷，幫助檢出肝硬化的小肝癌以及乳腺癌、胃癌、直腸癌、前列腺癌等惡性腫瘤。全身DWI類似PET，對(duì)于全身性腫瘤或腫瘤轉(zhuǎn)移有較高敏感性，目前處于研究階段。擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)與DWI的進(jìn)一步發(fā)展，顯示腦白質(zhì)纖維走形的完整性及方向，對(duì)評(píng)價(jià)腦梗死預(yù)后、多發(fā)性硬化有重要作用［12］。目前衍生出Q-空間成像、擴(kuò)散頻譜成像 (diffusion spectrum imaging，DSI)、擴(kuò)散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)及分?jǐn)?shù)指數(shù)張量成像等成像方法［13-14］。灌注成像(perfusionweighted imaging，PWI)分為外源性(注射對(duì)比劑)和內(nèi)源性(以紅細(xì)胞為標(biāo)記)兩種方法。在1.5T設(shè)備上雖然外源性方法需要注射對(duì)比劑、檢查成本較高、時(shí)間較長，但是內(nèi)源性標(biāo)記紅細(xì)胞方法的信噪比不足，因此臨床主要應(yīng)用外源性方法，采用快速掃描序列和靜脈內(nèi)團(tuán)注對(duì)比劑的方法，根據(jù)組織磁化率改變所致磁共振信號(hào)強(qiáng)度的變化，計(jì)算相對(duì)腦血流量(relative cerebral blood flow，rCBF)、相對(duì)腦血容量(relative cerebral blood volume，rCBV)、血流平均通過時(shí)間(mean transit time，MTT)、達(dá)峰值時(shí)間(time to peak，TTP)等灌注參數(shù)。場(chǎng)強(qiáng)增加至3.0T時(shí)，除了應(yīng)用外源性方法進(jìn)行灌注成像檢查的敏感性更高外，也可以應(yīng)用內(nèi)源性方法進(jìn)行灌注成像檢查，使檢查更為簡便易行，并可節(jié)省外源性對(duì)比劑的費(fèi)用［15-16］，同時(shí)還避免了外源性對(duì)比劑的不良反應(yīng)。PWI對(duì)早期腦缺血有高度敏感性，其異常改變?cè)缬贒WI，聯(lián)合應(yīng)用有助于推測(cè)急性期腦卒中是否存在缺血半暗帶［17］，此外對(duì)顱內(nèi)腫瘤性質(zhì)的鑒別、腫瘤分級(jí)、療效觀察，以及腫瘤復(fù)發(fā)監(jiān)測(cè)等也具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。功能磁共振(functional MRI，fMRI)是基于血氧水平依賴(blood oxygen level-dependent，BOLD)效應(yīng)檢測(cè)腦組織血氧飽和度變化的成像方法，可用于運(yùn)動(dòng)、聽覺、視覺、語言、記憶和兒童腦發(fā)育評(píng)價(jià)等多方面的功能研究，幾乎涵蓋了神經(jīng)科學(xué)的所有領(lǐng)域［18］。伴隨3.0T及更高場(chǎng)強(qiáng)磁共振設(shè)備的應(yīng)用，針對(duì)多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病進(jìn)行的fMRI臨床應(yīng)用研究逐漸增多，目前臨床主要用于術(shù)前功能區(qū)定位［19］。MR彈力成像((MR elastography，MRE)是一種模仿組織器官觸診的方法，能量化組織彈性，對(duì)早期乳腺腫瘤及肝硬化的分級(jí)有一定價(jià)值［20-22］。磁共振引導(dǎo)微創(chuàng)技術(shù)是利用開放性磁共振及引導(dǎo)設(shè)備(包括介入用磁共振掃描儀、光學(xué)追蹤引導(dǎo)系統(tǒng)、總控制及顯示設(shè)備)進(jìn)行病變穿刺活檢、腫瘤消融治療等，任意角度進(jìn)針，為疾病診治提供了新途徑。胃腸道MRI有良好的軟組織對(duì)比以及無電離輻射的優(yōu)勢(shì)，臨床應(yīng)用越來越多。由于診斷技術(shù)的快速發(fā)展，MRI胎兒成像也獲得了明顯改進(jìn)，可用作發(fā)現(xiàn)顱腦畸形的有力手段，對(duì)評(píng)價(jià)如先天性膈疝等顱外畸形也越來越重要。

3 集兩種功能一體的影像技術(shù)發(fā)展及臨床應(yīng)用

由于各種影像學(xué)檢查技術(shù)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，迄今為止尚無一種影像學(xué)技術(shù)能提供全面的診斷信息，通常必須聯(lián)合應(yīng)用多種成像技術(shù)才能對(duì)病變進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。為了既能早期發(fā)現(xiàn)病灶，又能準(zhǔn)確提供定位、定量、定性診斷和疾病分期等信息，將兩種有互補(bǔ)作用的影像學(xué)技術(shù)融為一體的設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生，PET/CT、PET/MRI、DSA/CT、MRI/聚焦超聲等逐漸應(yīng)用于臨床。

PET/CT是將PET和CT安裝在同一機(jī)架上，二者共用同一檢查床及后處理工作站，一次檢查可同時(shí)獲得功能代謝圖像和解剖圖像，首先進(jìn)行CT掃描，采集解剖結(jié)構(gòu)信息，隨后計(jì)算PET成像的衰減圖，可以提供CT及PET的融合圖［23］。PET/CT具有檢查時(shí)間短，圖像分辨率高，病灶定位準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用于腫瘤診斷、分期，制定治療計(jì)劃、早期評(píng)價(jià)治療效果［24］。與PET/CT比較，PET/MRI有更好的軟組織對(duì)比度，能在解剖結(jié)構(gòu)發(fā)生明顯變化前顯示病變，對(duì)惡性腫瘤如顱內(nèi)腫瘤、頭頸部腫瘤、前列腺癌、惡性黑色素瘤、乳腺癌、肝內(nèi)腫瘤等有重要價(jià)值，在早期診斷癡呆，癲癇病灶定位，心血管疾病方面也有巨大潛力［25-27］。

4 展望

醫(yī)學(xué)影像學(xué)尤其是CT及MRI檢查技術(shù)涉及包括計(jì)算機(jī)、醫(yī)學(xué)、物理、生物醫(yī)學(xué)工程、心理學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)等多學(xué)科內(nèi)容，上述各學(xué)科之間的互相結(jié)合有力推動(dòng)了醫(yī)學(xué)影像學(xué)進(jìn)步。醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展進(jìn)步，為疾病的診斷、治療及預(yù)后發(fā)揮越來越重要的作用。

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