醫(yī)學(xué)影像學(xué)的現(xiàn)狀及最新的進(jìn)展研究

袁 燁

中國(guó)航天科工集團(tuán)七三一醫(yī)院放射科，北京 100074

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，與該技術(shù)關(guān)系度密切的影像技術(shù)也取到了前所未有的新成果，醫(yī)學(xué)影像學(xué)作為醫(yī)學(xué)方面發(fā)展最為快速的一門學(xué)科，其設(shè)備成像質(zhì)量也向數(shù)字化邁進(jìn)[1-4]，如計(jì)算機(jī)斷層成像（computed tomography，CT）及磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）等，圖像的時(shí)間分辨率和空間分辨率均得到很大提升，實(shí)現(xiàn)了從2D到3D，甚至是4D的功能成像轉(zhuǎn)變，影像診斷準(zhǔn)確率得到大幅升高。本研究綜述醫(yī)學(xué)影像學(xué)的現(xiàn)狀及最新的進(jìn)展研究，旨在為臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展提供更多客觀的診療參考。

1 常規(guī)X線

X 線平片是迄今為止應(yīng)用最早、最普遍、操作最便捷的影像學(xué)檢查方法[4-5]。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，常規(guī)X線已從模擬模式（傳統(tǒng)的膠片）逐步發(fā)展為數(shù)字模式（醫(yī)用顯示器閱片）[6]。該方式下的數(shù)字圖像分辨率較高，圖像銳利度良好，細(xì)節(jié)顯示較為詳細(xì)；曝光范圍寬，可結(jié)合臨床需求來(lái)處理各種圖像；擯棄了膠片化模式，節(jié)約物質(zhì)及時(shí)間成本，方便患者，同時(shí)也有利于醫(yī)院會(huì)診與醫(yī)學(xué)生教學(xué)[7-10]。常用的方法主要有計(jì)算機(jī) X 線攝影（computed radiography，CR）、數(shù)字 X 線成像系統(tǒng)（direct digital radiography，DDR）等。

CR是X線平片數(shù)字化較為成熟的一種體現(xiàn)，其以成像板作為載體，利用X線曝光及信息處理系統(tǒng)形成數(shù)字影像，信息的層次感增強(qiáng)。隨著DR技術(shù)的普及與發(fā)展，其將逐漸在急診醫(yī)學(xué)中推廣應(yīng)用[11-13]。DDR主要利用平板、數(shù)字化探測(cè)器，通過(guò)X線影像數(shù)字化的直接轉(zhuǎn)化，利用計(jì)算機(jī)將結(jié)果在監(jiān)視器上還原。與CR不同的是，DDR的轉(zhuǎn)換方式更為直接。在不久的將來(lái)，DDR技術(shù)將會(huì)在血管機(jī)和胃腸機(jī)等各類X線診斷設(shè)備中廣泛推廣。CR是DDR技術(shù)的前身，兩者有一定的共同的優(yōu)點(diǎn)：X線圖像質(zhì)量較好；復(fù)制與傳送十分快捷，存儲(chǔ)較方便；X線輻射劑量減少，不足同類檢查劑量原有劑量的1/10，使用起來(lái)更為安全[14-15]。但相對(duì)來(lái)講，CR的缺點(diǎn)是拍片速度較慢，耗時(shí)長(zhǎng)[16]。未來(lái)一段時(shí)間CR和DDR技術(shù)會(huì)并存，不過(guò)隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的不斷發(fā)展，CR終將被DDR技術(shù)所取代。

2 CT

20世紀(jì)90年代初，單層螺旋CT（single-slice he lical computed tomography，SSCT）在臨床中逐漸被關(guān)注，并逐漸成熟。其中以CT血管造影為代表的三維后處理技術(shù)，改變了傳統(tǒng)的顯示方式，其以操作簡(jiǎn)單、掃描迅速、重復(fù)性好、無(wú)創(chuàng)等特征廣泛應(yīng)用，但SSCT自身的容積覆蓋速度范圍較窄，醫(yī)生往往需要手動(dòng)增大層厚或調(diào)節(jié)螺距來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣會(huì)明顯降低后處理圖像的分辨力，圖像偽影較為明顯，此特點(diǎn)限制了SSCT在臨床的推廣使用[17-24]。

計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)（computer-aided detection，CAD）是當(dāng)今發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)，在腫瘤中的應(yīng)用廣泛[25-27]。CAD是一種將計(jì)算機(jī)數(shù)字化信息輸入計(jì)算機(jī)，再由相關(guān)醫(yī)師復(fù)閱來(lái)提高早期腫瘤檢出效率的方式[28-29]。CAD往往在不增加醫(yī)生工作量的情況下，提高了病變檢出率，能夠在臨床輔助醫(yī)療中有較好的應(yīng)用效果[30-35]。其優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)為穩(wěn)定、迅速、無(wú)生理局限，人為因素（如經(jīng)驗(yàn)限制、疏忽、疲勞等）的影響較小，降低了誤差率。有研究顯示，CAD系統(tǒng)對(duì)于惡性腫塊檢出的敏感性為86%，對(duì)于活檢證實(shí)的惡性鈣化的檢出敏感性可高達(dá)98%，可見(jiàn)CAD系統(tǒng)對(duì)于檢測(cè)及標(biāo)記成簇微小鈣化的敏感性較高[32]。

3 MRI技術(shù)

1974年磁共振技術(shù)首次應(yīng)用于人體活體成像。近年來(lái)隨著超高場(chǎng)強(qiáng)設(shè)備的發(fā)展及3D設(shè)備的不斷成熟，射頻場(chǎng)的均勻性和圖像質(zhì)量得到了大幅提升，利用仿真180射頻脈沖、超級(jí)回波技術(shù)、多通道放射狀射頻發(fā)射線圈能夠使射頻變形減少，超高場(chǎng)強(qiáng)MRI的圖像分辨率提高，磁敏感偽影減少。目前新型且應(yīng)用較為廣泛的有以下幾種：

3.1 三維動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)（three dimensionalartery spin labeling，3D ASL）灌注成像

3D ASL作為一種無(wú)創(chuàng)灌注成像技術(shù)，具有明顯的優(yōu)勢(shì)：①在1.5 s內(nèi)能夠達(dá)到1000多次的射頻標(biāo)記，較傳統(tǒng)脈沖式標(biāo)記下的信噪比升高，灌注效果十分均勻，此連續(xù)式標(biāo)記能夠滿足大范圍3D全腦容積灌注成像的要求；②利用FSE序列可有效評(píng)價(jià)傳統(tǒng)2D ASL所不能評(píng)價(jià)的區(qū)域的灌注信息，包括顱底、顳部等區(qū)域；③采用螺旋K空間采集技術(shù)，在數(shù)分鐘內(nèi)完成全腦灌注成像，克服每個(gè)梯度線圈的自感問(wèn)題和多個(gè)梯度線圈間的互感問(wèn)題[33-34]。3D ASL灌注將動(dòng)脈血中的水分子作為內(nèi)源性示蹤劑，獨(dú)立于血腦屏障，能夠更為準(zhǔn)確地對(duì)梗死后再灌注的組織進(jìn)行評(píng)價(jià)，鑒別畸形的腦血管，對(duì)顱內(nèi)腫瘤新生血管給予準(zhǔn)確的腫瘤分級(jí)[35]。

3.2 多對(duì)比度成像

在MRI應(yīng)用于臨床的過(guò)程中，需要對(duì)脂類物質(zhì)信號(hào)的抑制來(lái)提高病變與背景組織之間的對(duì)比，以更好地顯示病變，提高診斷的正確率。在脂肪抑制方面，傳統(tǒng)的脂肪抑制技術(shù)往往對(duì)磁場(chǎng)均勻度的要求較高，信噪比不高。目前，基于三點(diǎn)式Dixon技術(shù)的多對(duì)比度成像技術(shù)能夠保證任意的水、脂肪比值，提高信號(hào)強(qiáng)度，提高組織結(jié)構(gòu)交界處圖像的清晰度，達(dá)到水脂徹底分離。另外，多對(duì)比度成像技術(shù)的一次成像便可獲得4種對(duì)比度（水相、脂相、水脂同相、水脂反相），掃描流程得到明顯優(yōu)化，病變?cè)\斷的特異度、病變檢出的敏感度顯著提高。最小二乘法估計(jì)技術(shù)（iterative decomposition of waterand fat with echo asymmetry and least-squaresestimation，IDEAL）是對(duì)Dixon技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)的精準(zhǔn)定量化技術(shù)，通過(guò)多回波采集及區(qū)域增長(zhǎng)技術(shù)，能夠達(dá)到肝臟內(nèi)脂肪含量的精確量化[36-37]。IDEAL技術(shù)較傳統(tǒng)水脂成像方法具有更高的脂肪定量的精準(zhǔn)性，目前已在脂肪肝、腫瘤、代謝性疾病等疾病治療效的評(píng)估中有所應(yīng)用。

3.3 擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）

DWI是依賴于水分子運(yùn)動(dòng)的一種成像方式，能夠快速檢出肝硬化的小肝癌、胃癌、直腸癌、乳腺癌、前列腺癌等惡性腫瘤，對(duì)于全身性有腫瘤轉(zhuǎn)移存在較高的敏感性，目前尚處于研究階段。高清DWI可降低DWI圖像變形，提高DWI的空間分辨率及信噪比?？赏ㄟ^(guò)校正采集、識(shí)別和重新計(jì)算錯(cuò)誤數(shù)據(jù)等技術(shù)來(lái)減少不同數(shù)據(jù)截?cái)嗷蛏磉\(yùn)動(dòng)所出現(xiàn)的誤差[38]。高清DWI可應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)，如大腦、腦干、脊髓、丘腦以及灰質(zhì)核團(tuán)的細(xì)微結(jié)構(gòu)，還可用于腹部病變的鑒別診。目前衍生出Q-空間成像、高角度分辨率成像（HARDI）、QBI等方法能夠準(zhǔn)確反映水分子在各個(gè)方向上的擴(kuò)散特性，即能獲得更加精確的纖維走向和連接處結(jié)構(gòu)。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI量化參數(shù)能夠間接對(duì)腫瘤血管的通透性及病變的纖維化程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要在乳腺、腹部及盆腔器官實(shí)質(zhì)性腫瘤的早期診斷及治療效果的監(jiān)測(cè)中有所應(yīng)用。隨著MRI設(shè)備和技術(shù)的進(jìn)步，MRI技術(shù)正在向定量成像技術(shù)、個(gè)體化治療療效評(píng)估和多模式MRI分子影像技術(shù)方向發(fā)展。

4 超聲分子顯像技術(shù)

隨著超聲造影成像技術(shù)的不斷發(fā)展與完善，尤其是靶向微泡造影劑的出現(xiàn)，超聲分子顯像已成為了一種潛在的、較為理想的分子顯影方法[39]。目前，超聲分子顯像的基礎(chǔ)研究雖然取得了一些進(jìn)展，但亦面臨著諸多技術(shù)的難點(diǎn)：如何制備特異性好的靶向微泡造影劑；如何改善普通微泡造影劑僅能作為血池內(nèi)顯影劑的現(xiàn)狀等。液氣相變納米粒、光聲成像等新技術(shù)為超聲分子顯像以及多模態(tài)分子顯像研究提供了新的思路與方法，是目前該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)與發(fā)展方向。

5 小結(jié)與展望

醫(yī)學(xué)影像學(xué)是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)發(fā)展最快的學(xué)科之一，目前已從傳統(tǒng)的解剖成像進(jìn)入了功能和分子顯像時(shí)代。醫(yī)學(xué)影像學(xué)常規(guī)應(yīng)用于疾病的診斷、治療指導(dǎo)及治療效果評(píng)價(jià)，期望能有效可視化人類疾病高度的表型差異性及其隱藏的內(nèi)涵特征。但一直以來(lái)，影像學(xué)家僅從上述影像中提取主觀性、半定量的信息，如果能夠利用已有數(shù)據(jù)研究并通過(guò)多學(xué)科、多領(lǐng)域的廣泛協(xié)作，解碼隱含在影像信息中的因患者細(xì)胞、生理、遺傳變異等多因素共同決定的綜合影像信息，并能客觀且定量化將其“內(nèi)涵”呈現(xiàn)在臨床診治、預(yù)后分析的整個(gè)過(guò)程，這無(wú)疑會(huì)為臨床醫(yī)學(xué)各個(gè)方面的發(fā)展帶來(lái)一場(chǎng)舉世矚目的革命并造福人類。

[1]SegalNA，NevittMC，LynchJA，et al.Diagnostic performance of 3D standing CT imaging for detection of knee osteoarthritis features[J].Phys Sportsmed，2015，43（3）：213-220.

[2]Rhoades GW，Belev GS，Chapman LD，et al.Diffractionenhanced computed tomographic imaging of growing piglet joints by using a synchrotron light source[J].Comp Med，2015，65（4）：342-347.

[3]Cuando-Espitia N，Sánchez-Arévalo F，Hernández-Cordero J.Mechanical assessment of bo vine pericardium using Müeller matrix imaging，enhanced backscattering and digital image correlation analysis [J].Biomed Opt Express，2015，6（8）：2953-2960.

[4]Lombardo M，Merino D，Loza-Alvarez P，et al.Translational label-free nonlinear imaging biomarkers to classify the human corneal microstructure [J].Biomed Opt Express，2015，6（8）：2803-2818.

[5]Javadinejad S，Sekhavati H，Ghafari R.A Comparison of the accuracy of four age estimation methods based on panoramic radiography of developing teeth[J].J Dent Res Dent Clin Dent Prospects，2015，9（2）：72-78.

[6]Viste A，Al Zahrani N，Brito N，et al.Periprosthetic osteolysis after AES total ankle replacement：conventional radiography versus CT-scan[J].Foot Ankle Surg，2015，21（3）：164-170.

[7]Zboray R，Dangendorf V，Mor I，et al.Time-resolved fastneutron radiography of air-water two-phase flows in a rectangular channel by an improved detection system[J].Rev Sci Instrum，2015，86（7）：103.

[8]Kono Y，Kenney-Benson C，Shibazaki Y，et al.X-ray imaging for studying behavior of liquids at high pressures and high temperatures using Paris-Edinburgh press [J].Rev Sci Instrum，2015，86（7）：207.

[9]Toma HF，de Almeida Oliveira Felippe Viana T，Meireles RM，et al.Comparison of the results from simple radiography， from before to after Salter osteotomy，in patients with Legg-Calvé-Perthes disease[J].Rev Bras Ortop，2014，49（5）：488-493.

[10]Le NT，Robinson J，Lewis SJ.Obese patients and radiography literature：what do we know about a big issue?[J].J Med Radiat Sci，2015，62（2）：132-141.

[11]Knight SP.A paediatric X-ray exposure chart[J].J Med Radiat Sci，2014 ，61（3）：191-201.

[12]Agarwal P，Vinuth DP，Haranal S，et al.Genotoxic and cytotoxic effects of X-ray on buccal epithelial cells following panoramic radiography：a pediatric study[J].J Cytol，2015，32（2）：102-106.

[13]Dominguez Gonzalez JJ，Zorrilla Ribot P，Perez Riverol EN，et al.Simultaneous bilateral functional radiography in ulnar collateral ligament lesion of the thumb：an original technique[J].Am J Orthop（Belle Mead NJ），2015，44（8）：359-362.

[14]Makungu M，Groenewald HB，du Plessis WM，et al.Thoracic limb morphology of the red panda（Ailurus fulgens）evidenced by osteology and radiography[J].Onderstepoort J Vet Res，2015，82（1）：953.

[15]McCarville MB，Chen JY，Coleman JL，et al.Distinguishing osteomyelitis from Ewing sarcoma on radiography and MRI[J].AJR Am J Roentgenol，2015，205（3）：640-651.

[16]Chawla H，Malhotra R，Yadav RK，et al.Diagnostic utility of conventional radiography in head injury[J].J Clin Diagn Res，2015，9（6）：13-15.

[17]Sun YL，Moriya T，Zhao C，et al.Subsynovial connective tissue is sensitive to surgical interventions in a rabbit model of carpal tunnel syndrome[J].J Orthop Res，2012，30（4）：649-654.

[18]Sabarudin A，Sun Z，Yusof AK.Coronary CT angiography with single-source and dual-source CT：comparison of image quality and radiation dose between prospective ECG-triggered and retrospectiveECG-gated protocols[J].Int J Cardiol，2013，168（2）：746-753.

[19]Moriya T，Zhao C，Cha SS，et al.Tendon injury produces changes in SSCT and nerve physiology similar to carpal tunnel syndrome in an in vivo rabbit model[J].Hand（N Y），2011，6（4）：399-407.

[20]Heinonen T，Tahti H，Vahakangas K，et al.Towards toxicity assessment without animals：28th Workshop of SSCT and FINCOPA seminar 21-23 September 2011，Tampere，F(xiàn)inland[J].Toxicol In Vitro，2013，27（5）：1563-1564.

[21]Wang PY，Zhang L，Wang X，et al.Fitz-Hugh-Curtis syndrome：clinical diagnosticvalue of dynamic enhanced MSCT[J].J Phys Ther Sci，2015，27（6）：1641-1644.

[22]Jang Y，Cho I，Hartaigh BW，et al.Viability assessment after conventional coronary angiography using a novel cardiovascular interventional therapeutic CT system：Comparison with gross morphology in a subacute infarct swine model[J].J Cardiovasc Comput Tomogr，2015，9（4）：321-328.

[23]韓順琪，萬(wàn)雷，秦志強(qiáng)，等.MSCT鑒定交通事故致死2例分析[J].法醫(yī)學(xué)雜志，2015，31（1）：15-19.

[24]萬(wàn)雷，特來(lái)提·賽依提，魏華，等.豬離體心臟冠狀動(dòng)脈的 MSCT 造影[J].法醫(yī)學(xué)雜志，2014，30（5）：321-324，336.

[25]Varol K，Gumus C，Yucel H，et al.Correlation of right ventricular dysfunction on acute pulmonary embolism with pulmonary artery computed tomography obstruction index ratio（PACTOIR）and comparison with echocardiography[J].Jpn J Radiol，2015，33（6）：311-316.

[26]Zhao Q，Li Y，Hu Z，et al.Value of the preoperative TNM stagingandthelongesttumordiametermeasurementofgastric cancer evaluated by MSCT[J].Zhonghua Wei Chang Wai Ke Za Zhi，2015，18（3）：227-231.

[27]Becker N，Motsch E，Gross ML，et al.Randomized study on early detection of lung cancer with MSCT in Germany：results of the first 3 years of follow-upafter randomization[J].J Thorac Oncol，2015，10（6）：890-896.

[28]Zhao XY，Tian J，Ru YH，et al.Application value of multislicespiralcomputedtomographyangiographyintheevaluation of renal artery variation in living donor kidney transplantation[J].Genet Mol Res，2015，14（1）：314-322.

[29]Rostamzadeh A，Shojaeifard M，Rezaei Y，et al.Diagnostic accuracy of myocardial deformation indices for detecting high risk coronary artery disease in patients without regional wall motion abnormality [J].Int J Clin Exp Med，2015，8（6）：9412-9420.

[30]Chen B，Xie F，Tang C，et al.Study of five pubertal transition-related gene polymorphisms as risk factors for premature coronary artery disease in a Chinese han Population[J].PLoS One，2015，10（8）：e0136496.

[31]Geng W，Liu C，Su Y，et al.Accuracy of different types of computer-aided design/computer-aided manufacturing surgical guides for dental implant placement [J].Int J Clin Exp Med，2015，8（6）：8442-8449.

[32]Tramacere F，Arcangeli S，Pignatelli A，et al.Hypofractionated dose escalated 3D conformal radiotherapy for prostate cancer：outcomes from a mono-institutional phaseⅡ study[J].Anticancer Res，2015，35（5）：3049-3054.

[33]Macchia G，Sainato A，Talamini R，et al.Patterns of radiotherapy practice for pancreatic cancer：results of the Gastrointestinal Radiation Oncology Study Group multiinstitutional survey[J].Oncol Rep，2015，34（1）：382-390.

[34]Martin SZ，Madai VI，von Samson-Himmelstjerna FC，et al.3D GRASE pulsed arterial spin labeling at multiple inflow times in patients with long arterial transit times：comparison with dynamic susceptibility-weighted contrast-enhanced MRI at 3 Tesla [J].J Cereb Blood Flow Metab，2015，35（3）：392-401.

[35]Poteet E，Lewis P，Li F，et al.A novel prime and boost regimen of HIV virus-like particles with TLR4 adjuvant MPLA induces Th1 oriented immune responses against HIV[J].PLoS One，2015，10（8）：e0136862.

[36]Trimboli P，Nasrollah N，Amendola S，et al.A cost analysis of thyroid core needle biopsy vs.diagnostic surgery[J].Gland Surg，2015，4（4）：307-311.

[37]Lanuti P，Serafini F，Pierdomenico L，et al.Human mesenchymal stem cells reendothelialize porcine heart valve scaffolds：novel perspectives in heart valve tissue engineering[J].Biores Open Access，2015，4（1）：288-297.

[38]Ranjan A，Kalita J，Kumar S，et al.A study of MRI changes in Wilson disease and its correlation with clinical features and outcome[J].Clin Neurol Neurosurg，2015，21（138）：31-36.

[39]Liu H，Chen Y，Yan F，et al.Ultrasound molecular imaging of vascular endothelial growth factor receptor 2 expression for endometrial receptivity evaluation[J].Theranostics，2015，5（2）：206-217.