耳科影像學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用
——2020年度國家科學(xué)技術(shù)進步獎二等獎

呂 晗 趙鵬飛 尹紅霞 王振常

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院放射科，北京 100050)

耳鳴、耳聾、眩暈是耳科疾病的三大癥狀，是影響民生的重大衛(wèi)生問題。影像學(xué)精確評估是實現(xiàn)耳科癥狀個體化精準治療的重要基礎(chǔ)。然而，傳統(tǒng)耳科影像學(xué)缺乏規(guī)范的檢查方案、系統(tǒng)的病變評價模式及病理生理結(jié)構(gòu)顯示手段，給臨床治療帶來困難。

針對上述問題，王振常教授團隊從創(chuàng)建耳科影像的規(guī)范檢查方案和系統(tǒng)評價模式、提升耳科疾病的病理生理結(jié)構(gòu)顯示能力入手，歷經(jīng)十年攻關(guān)，通過揭示疾病發(fā)生機制、構(gòu)建針對性影像檢查及診斷體系、創(chuàng)研十微米級耳科專用電子計算機斷層掃描(computed tomography，CT)設(shè)備，大幅提升了耳科影像診斷效能和耳科影像學(xué)在疾病診療中的應(yīng)用價值。

1 研究內(nèi)容

1.1 闡明搏動性耳鳴發(fā)生機制，構(gòu)建致鳴多因素影像評估體系

1.1.1 建立了CT、磁共振(magnetic resonance imaging，MRI)數(shù)據(jù)采集方案，大幅提升了致鳴因素的檢出率及定位準確性

我國約有1 000萬搏動性耳鳴患者，治療的關(guān)鍵在于明確致鳴因素。本研究團隊創(chuàng)新一站式顳骨雙期增強高分辨CT成像方法，同時顯示骨質(zhì)、動脈、靜脈、毗鄰關(guān)系的形態(tài)學(xué)特征，顯著提升了致鳴因素的檢出率[1]。

針對致鳴血管的血流評價難題，團隊創(chuàng)建針對搏動性耳鳴的二維血流評價方法、革新四維血流成像技術(shù)，全面剖析血流速度、壓力梯度、血流形式等生物力學(xué)內(nèi)涵，大幅提升了個體化致鳴因素定位的準確性。

基于上述技術(shù)創(chuàng)新，團隊首次提出、全面報道了巖鱗竇、側(cè)裂靜脈、板障靜脈、靜脈回流形式、乙狀竇憩室、乙狀竇周骨壁缺失、氣化程度等致鳴因素[2-5]，為治療提供“靶點”。

1.1.2 提出多因素聯(lián)動致鳴的發(fā)生機制假說

團隊通過構(gòu)建單因素致鳴實體模型，證實了血流是噪聲產(chǎn)生的根源，血管形態(tài)和機體狀態(tài)異常是異常血流的來源，血管周圍骨質(zhì)不完整性是噪聲傳導(dǎo)的關(guān)鍵，是異常血流長期沖擊的結(jié)果，顳骨氣化是噪聲接收的必要條件，傳導(dǎo)路徑影響噪聲強度。團隊提出“搏動性耳鳴腦中樞化”理念，發(fā)現(xiàn)腦活動是耳鳴感知的基礎(chǔ)，揭示了聽覺、默認、視覺、執(zhí)行控制、邊緣系統(tǒng)等多個腦網(wǎng)絡(luò)協(xié)同特點并進行特征值的量化[6]，發(fā)現(xiàn)了腦中樞化進程中功能重塑先于解剖重塑的規(guī)律[7]。在上述基礎(chǔ)上，提出“血流-骨質(zhì)-傳導(dǎo)-腦活動多因素聯(lián)動致鳴”的搏動性耳鳴致鳴機制假說。

1.1.3 創(chuàng)建致鳴多因素影像評估方案，揭示致鳴機制

建立基于CT、MR 4D FLOW、功能性MRI(functional MRI, fMRI)、噪聲等影像信息的耦合模型，多層次驗證致鳴因素的聯(lián)動特征，開展了個性化致病因素風(fēng)險分析、治療策略效能評估研究，將致鳴因素“視而可見”，實現(xiàn)了個性化的有效治療。

1.2 構(gòu)建耳科影像檢查及診斷新體系，實現(xiàn)低輻射高質(zhì)量的成像和病變的精準檢查

1.2.1 開創(chuàng)圖像質(zhì)量-輻射劑量交互評判原則下的耳科CT劑量優(yōu)化方案

耳部解剖主要為骨性結(jié)構(gòu)，CT是首要評估手段。然而，傳統(tǒng)CT掃描方案單一，輻射劑量大。

項目組在無損圖像質(zhì)量的前提下，通過開發(fā)通用型設(shè)備的聯(lián)合迭代重建算法，多層次消除圖像噪聲，大幅降低了受檢者輻射劑量[8]。推出多排探測器下的耳科掃描參量優(yōu)化組合，推薦最佳參數(shù)組合，以達最佳信噪比、最佳圖像質(zhì)量-輻射劑量比[9]。

針對頭頸部對電離輻射最敏感的晶狀體，首次引入三層鉍屏蔽材料；提出以聽鼻線代替國際上傳統(tǒng)的聽眥線為掃描基線，多種方法顯著降低了晶狀體輻射劑量[10]。

1.2.2 針對耳聾，創(chuàng)新大矩陣小視野重建方法及直觀顯示傳導(dǎo)全路徑的重組技術(shù)

針對傳導(dǎo)性耳聾：創(chuàng)新聽骨鏈的三維立體+仿真內(nèi)鏡重建以及二維重組解剖位、功能位，直觀顯示外耳道、鼓膜、聽骨鏈、前庭窗等聲音傳導(dǎo)的全路徑精細結(jié)構(gòu)[11]。

針對感音性耳聾：創(chuàng)新大矩陣小視野的成像方式提升CT、MRI分辨能力，成為評估內(nèi)耳迷路、蝸神經(jīng)、前庭上、下神經(jīng)的重要方法。

針對突發(fā)性耳聾，創(chuàng)新性采用3D T2FLAIR成像技術(shù)，實現(xiàn)對淋巴液病理改變的客觀評估，改善治療效果。

1.2.3 針對耳源性眩暈，開創(chuàng)多途徑內(nèi)耳釓造影MRI實現(xiàn)膜迷路顯像

創(chuàng)新咽鼓管給藥、常規(guī)劑量外周靜脈給藥的無創(chuàng)途徑，克服傳統(tǒng)的鼓膜穿刺損傷。規(guī)范給藥途徑、對比劑彌散及采集方案，明確定量、半定量評估標準，建立適合國人使用的膜迷路積水成像及評估新方案[12]。

1.3 研制首臺十微米級臨床耳科CT專用設(shè)備

1.3.1 研制小焦點、大功率X線發(fā)生器，突破制約CT空間分辨力的硬件難題

項目組提出油箱和球管分離的分體式機頭物理設(shè)計，攻克了在有限油箱體積內(nèi)實現(xiàn)120 kV高電壓的技術(shù)難題。建立反饋控制模型，優(yōu)化設(shè)計高壓電路，實現(xiàn)小焦點、高額定管電壓、高額定功率。

1.3.2 解決小視野數(shù)據(jù)重建、散射校正、幾何標定、運動校正等一系列算法難題，突破制約CT空間分辨力的瓶頸

針對數(shù)據(jù)截斷問題，創(chuàng)建針對性的奇異值分解和希爾伯特變換的局部區(qū)域重建算法，進行數(shù)據(jù)補償[13]。針對散射模糊問題，創(chuàng)建散射場的數(shù)學(xué)模型以及蒙卡模擬與卷積核模型相結(jié)合的散射校正方法，消除散射光子[14]。針對掃描晃量導(dǎo)致的幾何失真問題，研發(fā)特定模體，創(chuàng)建幾何標定算法，保證空間位置準確性。針對運動偽影問題，創(chuàng)新提出基于雙目視覺運動監(jiān)測的方案和校正方法，有效消除運動的影響[15]。

1.3.3 研制具有自主產(chǎn)權(quán)的十微米級臨床耳科CT專用整機系統(tǒng)

在硬件、算法技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)上，創(chuàng)新雙源、雙探測器的系統(tǒng)設(shè)計，同時實現(xiàn)大視野、超高分辨力成像；研制高精度機電掃描裝置和多自由度掃描床，最終實現(xiàn)整機系統(tǒng)成像空間分辨力在X-Y-Z三個方向均高達4.0 lp/mm，最小體素達50 μm3。

2 研究項目的第三方評價

2.1 標準、指南、共識制定與入選情況

牽頭制定了耳科影像學(xué)指南/共識2部，分別在《中華放射學(xué)雜志》[16]和《中華醫(yī)學(xué)雜志》[17]發(fā)表并在全國范圍內(nèi)推廣。負責(zé)X 射線計算機斷層攝影成年人頭頸部診斷參考水平(WS/T 637-2018)放射衛(wèi)生國家標準的制定，嚴格限制了CT輻射的超標使用，全面降低群體輻射劑量。從檢查方案[18]、致鳴因素[5]、腦機制[19]三個方面寫入美國放射學(xué)院制定的搏動性耳鳴影像學(xué)檢查標準[20]。不同給藥方式和掃描方案在梅尼埃病診斷中的價值[21]寫入美國放射學(xué)院制定的眩暈影像學(xué)檢查標準[22]。

2.2 論文被他引和評述情況、獲獎等

該項目發(fā)表論文200余篇。近十年搏動性耳鳴學(xué)術(shù)成果在國內(nèi)外占領(lǐng)先地位。搏動性耳鳴腦中樞化研究成果刊登為HearingResearch雜志封面[6]。劑量方向研究成果[23]獲第四屆中國科協(xié)優(yōu)秀科技論文。新CT設(shè)備研制的專利“CT系統(tǒng)和用于CT系統(tǒng)的探測裝置”(ZL201210364118.3)獲第五屆北京市發(fā)明專利獎一等獎。

3 研究項目的推廣應(yīng)用和社會效益

本項目研究成果廣泛推廣應(yīng)用，主要應(yīng)用對象為耳部 CT/MRI 檢查及診斷服務(wù)。項目組成果寫入美國放射學(xué)院制定的搏動性耳鳴、眩暈的影像學(xué)檢查標準，以舉辦全國學(xué)術(shù)會議及國家級繼續(xù)教育培訓(xùn)班、專題講座、參加國際學(xué)術(shù)會議等方式在國內(nèi)、國際進一步推廣普及。主要創(chuàng)新點編入3部全國高校規(guī)劃教材，主編7部專著。

研究成果的應(yīng)用推廣全面提升了耳科病變的影像診斷準確率，為其臨床診斷及治療奠定了堅實基礎(chǔ)，改善了患者治療效果，奠定了耳科影像學(xué)在疾病診療中的關(guān)鍵地位，促進了我國耳科影像學(xué)發(fā)展。