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

張與弛

（中山大學(xué)附屬第三醫(yī)院影像科 廣東 廣州 510630）

1 醫(yī)學(xué)影像學(xué)的現(xiàn)狀

醫(yī)學(xué)成像技術(shù)是一種常見的醫(yī)學(xué)檢查技術(shù)，有著廣泛的應(yīng)用。近年來，隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的廣泛應(yīng)用，市場(chǎng)對(duì)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)人員的需求也不斷增加。根據(jù)市場(chǎng)對(duì)這類技術(shù)人才的廣泛需求，許多高校都制定了相關(guān)的人才培養(yǎng)計(jì)劃，開設(shè)了醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)課，旨在高校課堂上培訓(xùn)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)。同時(shí)在教材設(shè)計(jì)、課堂教學(xué)等方面，也適時(shí)地通過技術(shù)創(chuàng)新和改革將新的專業(yè)學(xué)科帶入高校課堂得到了大多數(shù)人的認(rèn)可，但由于專業(yè)設(shè)置的時(shí)間較短，開發(fā)的時(shí)間不長，在相關(guān)教材和教育方式上還存在很多問題。其中，大多數(shù)學(xué)校的人才培養(yǎng)方向不明確，相關(guān)設(shè)計(jì)方案不符合實(shí)際，使得大多數(shù)醫(yī)學(xué)影像專業(yè)人員難以在短時(shí)間內(nèi)適應(yīng)醫(yī)院的工作。

2 醫(yī)學(xué)影像學(xué)發(fā)展

首先，對(duì)物質(zhì)波和人體組織之間的相互作用規(guī)律進(jìn)行深入研究，并根據(jù)這些規(guī)律，建立相應(yīng)的模型，在建立多個(gè)模型的過程中，尋找模型的變化、最優(yōu)參數(shù)，并在一定程度上優(yōu)化圖像，以提取速度、質(zhì)量和數(shù)量的信息，減少醫(yī)學(xué)檢測(cè)的誤差，提高圖像精度和分辨率。此外，需要擴(kuò)展圖像設(shè)備檢測(cè)到的信息信號(hào)，根據(jù)相關(guān)參數(shù)建立模型，并進(jìn)行數(shù)字改進(jìn)，針對(duì)相應(yīng)信號(hào)記錄各種形式的編碼，以避免圖像信息過度失真的現(xiàn)象。此外，在實(shí)驗(yàn)研究中，應(yīng)提高圖像信號(hào)傳輸過程的效率，以提高信號(hào)的真實(shí)性。

2.1 常規(guī)X線

X線平片檢查是目前使用最早、最廣泛、使用最簡單的影像學(xué)檢測(cè)方式。由于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)達(dá)，目前常規(guī)X線已由模擬模式（原有的膠片）逐漸進(jìn)一步發(fā)展為數(shù)碼模型（醫(yī)用顯示器閱片）。該方法下的數(shù)字圖像清晰度較高，圖像敏銳度好，對(duì)細(xì)節(jié)表現(xiàn)得比較細(xì)致；曝光范圍廣，可以根據(jù)臨床需要來處理各類圖片；摒棄了膠片的方法，以降低了材料與時(shí)間成本，便于病人，而且也便于醫(yī)生會(huì)診和醫(yī)學(xué)生教學(xué)。目前使用的方法主要有計(jì)算機(jī)X射線攝影（computed radiography，CR）、直接數(shù)字X射線設(shè)備（direct digital radiography，DDR）等。

CR技術(shù)是X線平片數(shù)字化最為完善的一個(gè)表現(xiàn)，它以圖像板為載體，運(yùn)用X線的實(shí)時(shí)曝光原理與信息處理控制系統(tǒng)產(chǎn)生數(shù)碼影像，信息內(nèi)容的深度感大大增加。而隨著DR技術(shù)的廣泛應(yīng)用和進(jìn)展，它還將逐步地在急診醫(yī)療中推廣應(yīng)用。而DDR技術(shù)主要使用平板、數(shù)字化探頭，使用對(duì)X線影片數(shù)字化的實(shí)時(shí)變換，利用計(jì)算機(jī)把成果實(shí)時(shí)從監(jiān)控器上復(fù)原。和CR技術(shù)有所不同的是，DDR的轉(zhuǎn)換方法比較直觀。在不久的將來，DDR技術(shù)還將會(huì)在心血管機(jī)和胃腸機(jī)以及各種X線檢查裝置中廣泛推廣。而CR則是DDR技術(shù)的先驅(qū)，二者有一些共同的優(yōu)勢(shì)：X線圖片品質(zhì)比較好；復(fù)制和傳輸都十分方便，且保存也相當(dāng)簡單；X線的照射劑量較少，不到同類檢查劑量中原有用量的1/10，因此應(yīng)用起來也比較安全。而相對(duì)來說，CR的主要弊端則是拍片的速度慢且費(fèi)時(shí)較長。雖然未來一段時(shí)間CR技術(shù)與DDR科技會(huì)共存，但是隨著醫(yī)療圖像科技的進(jìn)一步發(fā)展，CR技術(shù)最終被DDR技術(shù)所代替。

2.2 CT

20世紀(jì)90年代開始，單層螺旋CT（single-slice helical computed tomography，SSCT）在醫(yī)學(xué)臨床中越來越被重視且應(yīng)用越來越成熟。其中以CT血管造影工藝技術(shù)為典型代表的三維后處理技術(shù)徹底改變了傳統(tǒng)的顯現(xiàn)方法，并以操作簡便、拍攝快速、重復(fù)性好、無創(chuàng)等特點(diǎn)應(yīng)用，但由于SSCT本身的體積覆蓋速度區(qū)域較狹窄，因此醫(yī)務(wù)人員通常需自動(dòng)增加層厚或調(diào)整螺距來完成調(diào)整，這會(huì)明顯降低后處理對(duì)圖像的分辨力，且圖像偽影較突出，此特性直接影響了SSCT工藝技術(shù)在醫(yī)療臨床上的普及應(yīng)用。計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)技術(shù)（computer-aided detection，CAD）是當(dāng)今蓬勃發(fā)展起來的一項(xiàng)新興技術(shù)，在腫瘤中的運(yùn)用廣泛。CAD技術(shù)是一個(gè)通過將計(jì)算機(jī)的數(shù)字化信號(hào)注入計(jì)算機(jī)，然后讓相關(guān)醫(yī)師復(fù)閱來提升早期腫瘤檢出效果的方法。CAD技術(shù)往往在不加重醫(yī)師工作量的情形下，大大提升了疾病檢出率，因此能夠在臨床輔助醫(yī)學(xué)中有較好的使用效益。其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)為平穩(wěn)、快速、無生理受限，人為因素（如經(jīng)歷限制、忽視、勞累等）的負(fù)面影響相對(duì)較小，從而降低了誤差率。有調(diào)查表明，CAD系統(tǒng)中對(duì)惡性小硬塊檢出的敏感度高為86%，而對(duì)經(jīng)活檢后證實(shí)的惡行性小鈣化點(diǎn)的檢出敏感度則高達(dá)98%，表明對(duì)CAD系統(tǒng)中檢出或已標(biāo)記成簇微小鈣化點(diǎn)的敏感度相對(duì)較高。

2.3 MRI技術(shù)

1974年磁共振科技第一次運(yùn)用于人類的活體成像。近年來，由于超高場(chǎng)增強(qiáng)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)展和3D設(shè)備的日益完善，射頻技術(shù)場(chǎng)的均勻性能和圖像品質(zhì)都獲得了明顯提高，使用模擬的一百八十射頻脈沖、超級(jí)場(chǎng)回波技術(shù)、多通路放射狀射頻發(fā)射線圈可以使射頻技術(shù)場(chǎng)變化降低，超高場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)MRI的圖像清晰度大大提高，磁敏感偽影明顯降低。

（1）三維動(dòng)脈自旋標(biāo)記技術(shù)（three dimensional artery spin labeling，3DASL）造影

通過3DASL灌注技術(shù)將冠狀動(dòng)脈血中的水分子彌散為內(nèi)源性示蹤劑，獨(dú)立于網(wǎng)格蛋白，從而可以比較精確地對(duì)心臟梗死后再灌注的腦組織作出評(píng)估，從而識(shí)別畸形的腦血管結(jié)構(gòu)，對(duì)顱內(nèi)腫瘤及新生血管給出正確的腫瘤分類等。多對(duì)照度圖像方面，在將MRI運(yùn)用到臨床診斷的流程中，往往要求通過對(duì)脂類化學(xué)物質(zhì)信息的控制來增強(qiáng)病灶與背景組織內(nèi)部的對(duì)照度，以較好地表現(xiàn)疾病，從而增強(qiáng)判斷的準(zhǔn)確性等。在脂肪控制方面，由于傳統(tǒng)的脂肪控制往往對(duì)磁場(chǎng)均勻度的需求比較高，因此信噪比并不高。IDEAL技術(shù)比傳統(tǒng)水脂造影方式擁有更高的對(duì)脂肪定量分析的精確性，目前已經(jīng)在對(duì)脂肪肝、癌癥、代謝性病變等病癥治效的評(píng)定中有所運(yùn)用。

（2）對(duì)比度成像

在將MRI技術(shù)運(yùn)用到臨床治療的整個(gè)過程中，可以通過對(duì)脂肪物質(zhì)信息的控制來增強(qiáng)病灶和背景組織相互之間的對(duì)照度，以更好地表現(xiàn)病灶，從而增強(qiáng)了判斷的準(zhǔn)確性。在脂肪控制方面，由于傳統(tǒng)的脂肪控制通常對(duì)磁場(chǎng)均勻性的需求很高，因此信噪比并不高。但目前采用了三點(diǎn)式Dixon技術(shù)的多對(duì)比圖形技術(shù)可以增大任意的水、脂比例，從而加大了信息力度，并增加各組結(jié)構(gòu)交界處圖像的清晰率，從而實(shí)現(xiàn)了水脂完全分開。此外，多對(duì)照度圖像技術(shù)的單一成像方式便可以達(dá)到四個(gè)對(duì)照度（水相、脂相、水脂同相、水脂反相），掃描過程也得以明顯優(yōu)化，疾病檢測(cè)的特異度、對(duì)病灶檢出的靈敏度明顯提升。而最小二加減法測(cè)定技術(shù)（IDEAL）是對(duì)傳統(tǒng)Dixon技術(shù)加以改良的精準(zhǔn)定量化技術(shù)，通過采用更多返波采集和區(qū)域增長等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)肝臟內(nèi)脂類濃度的精準(zhǔn)測(cè)量。由于IDEAL比傳統(tǒng)水脂造影技術(shù)方式，擁有更高的對(duì)脂肪定量分析的精確度，所以目前已經(jīng)在脂肪肝、癌癥、代謝性疾病等對(duì)疾病診斷效的評(píng)價(jià)中，得到了廣泛應(yīng)用。

（3）彌散加權(quán)成像（diffusion weighted imaging，DWI）

DWI是依賴于水分子運(yùn)動(dòng)的一個(gè)成像方法，可以迅速檢出肝硬化的小肝癌、胃癌、直腸癌、乳腺癌、前列腺癌等惡行腫瘤，并且對(duì)于全身性的癌癥轉(zhuǎn)移也存在著較高的敏感度，但目前尚處在研發(fā)階段。高清的DWI可以減少DWI圖像變形，從而增高了DWI的空間清晰度和信噪比。可利用校正采集、鑒別和重新計(jì)算錯(cuò)誤數(shù)據(jù)信息等技術(shù)手段來降低因各種數(shù)據(jù)信息截?cái)嗷蛏磉\(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的偏差。高清視頻的DWI也可廣泛應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)，如大腦、腦干、脊髓、丘腦等灰色物核團(tuán)的微細(xì)構(gòu)造，還可以進(jìn)行對(duì)腹部疾病的識(shí)別診。目前已發(fā)展出Q-空間圖像、高視角分辨率圖像（HARDI）、QBI等方法，可以精確反映水分子彌散在各個(gè)方位上的彌散特征，并可得到較為準(zhǔn)確的水纖維走向與連接處結(jié)構(gòu)。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRI測(cè)量參數(shù)，可以間接地對(duì)腫瘤血管的滲透性和病灶的纖維化程度做出評(píng)估，主要在對(duì)乳房、腹部和盆腔臟器實(shí)質(zhì)性腫塊的早期檢測(cè)和治療效果的長期監(jiān)測(cè)中有所使用。隨著MRI設(shè)備與技術(shù)的進(jìn)展，MRI技術(shù)也不斷地向定量圖像技術(shù)、個(gè)性化的醫(yī)療效果評(píng)價(jià)，以及多模式MRI分子影像技術(shù)等方面進(jìn)展。

2.4 超聲分子顯像技術(shù)

隨著超聲造影圖像科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和完善，特別是靶向微泡造影劑的問世，超聲分子顯像技術(shù)發(fā)展已經(jīng)形成了一個(gè)新的、較為理想的分子物質(zhì)顯影方式。目前，超聲分子物質(zhì)顯像的技術(shù)基礎(chǔ)研發(fā)已經(jīng)獲得了一定發(fā)展，但同時(shí)也存在著許多關(guān)鍵技術(shù)的難題：怎樣生產(chǎn)特異性好的靶向微泡造影劑；如何改變普通微泡造影劑僅用作血池內(nèi)彰顯劑的狀況等。利用液氣物相變化納米顆粒、光聲成像等新型技術(shù)維超聲分子顯像科學(xué)研究和多模態(tài)分子顯像科學(xué)研究帶來了嶄新的思想和方式，是目前在該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)和主要發(fā)展方向。

3 醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展特點(diǎn)

隨著X線、CT和MRI等先進(jìn)技術(shù)的出現(xiàn)，醫(yī)學(xué)影像已經(jīng)步入了信息成像時(shí)代。醫(yī)學(xué)影像正在經(jīng)歷一個(gè)快速發(fā)展的過程。作者認(rèn)為醫(yī)學(xué)影像學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)就是這樣一種趨勢(shì)。

3.1 現(xiàn)代醫(yī)療影像學(xué)發(fā)展的核心是對(duì)計(jì)算機(jī)的發(fā)展

計(jì)算機(jī)技術(shù)的出現(xiàn)也導(dǎo)致了整個(gè)社會(huì)的巨大變化，因?yàn)椴煌馁Y源和專業(yè)人員相互合作。醫(yī)學(xué)影像學(xué)作為一門交叉學(xué)科，雖然其發(fā)展離不開計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，但它與許多其他學(xué)科有著共同點(diǎn)。但經(jīng)過不斷探索，計(jì)算機(jī)科學(xué)已經(jīng)成為圖像科學(xué)技術(shù)發(fā)展的核心技術(shù)。

3.2 影像設(shè)備不斷加快更新速度

由于信息技術(shù)的飛速發(fā)展，技術(shù)更新迅速，影像設(shè)備軟件的飛躍發(fā)展和醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的更新日新月異，為醫(yī)療患者的診斷提供了極大的便利途徑。這項(xiàng)技術(shù)在未來會(huì)發(fā)展得越來越快。

3.3 技術(shù)更加人性化

在未來一段時(shí)間內(nèi)，醫(yī)學(xué)成像技術(shù)將與人類健康需求更加密切相關(guān)。它還將朝著更人性化的方向發(fā)展，可能不僅僅是機(jī)械技術(shù)的一種形式。從事這一行業(yè)的醫(yī)務(wù)人員應(yīng)該更加了解當(dāng)前醫(yī)療技術(shù)的創(chuàng)新方向和發(fā)展趨勢(shì)，不斷掌握和更新專業(yè)知識(shí)，從而培養(yǎng)自己的職業(yè)道德。未來，傳統(tǒng)技術(shù)將成為高科技，計(jì)算機(jī)輔助治療等先進(jìn)設(shè)備和服務(wù)理念也將應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像研究領(lǐng)域。

3.4 全球化與網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展

國際化的發(fā)展和各種專業(yè)網(wǎng)絡(luò)的推廣，使得人們之間的互動(dòng)和交流越來越頻繁，科學(xué)技術(shù)也朝著國際化的方向發(fā)展，各行業(yè)之間的合作和互動(dòng)也在不斷加強(qiáng)。這場(chǎng)革命正在日益改變傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像學(xué)的專業(yè)。作為現(xiàn)代信息技術(shù)的重要載體，如果脫離全球化和互聯(lián)網(wǎng)，醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)將停止前進(jìn)或被淘汰。但在很長一段時(shí)間內(nèi)，許多研究將融入全球市場(chǎng)。因此，突破地域界限，實(shí)現(xiàn)圖像信息的共享和研究將對(duì)醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)的發(fā)展起到關(guān)鍵作用。

醫(yī)學(xué)影像設(shè)備和技術(shù)人員的數(shù)字化，對(duì)本行業(yè)的人才觀念產(chǎn)生了重要影響，也促進(jìn)了本行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。目前，醫(yī)學(xué)影像資源（原始數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、傳輸和成像）的崗位管理和展示基本實(shí)現(xiàn)了科學(xué)管理。隨著計(jì)算機(jī)在這一行業(yè)的應(yīng)用日益成熟，已經(jīng)可以完全完成多種熟悉的圖像和文字信息的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化。將越來越多的最新技術(shù)發(fā)展和科研成果與傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)影像技術(shù)相結(jié)合，不僅可以節(jié)約成本，提高效益，還可以提高醫(yī)學(xué)影像的診療水平。

4 總結(jié)與展望

長期以來,影像科學(xué)家僅從上述影片中獲得了主觀性、半定性的信息，但如果能運(yùn)用現(xiàn)有數(shù)據(jù)研究并經(jīng)過多專業(yè)、多領(lǐng)域的深入寫作，解碼蘊(yùn)藏于上述影片信號(hào)中的由病人細(xì)胞、生物、遺傳變異等多種因素所共同決定的綜合影像信號(hào)，并能客觀且定量化地把其“內(nèi)涵”體現(xiàn)于臨床診斷、預(yù)后分析中的全部步驟上，給臨床醫(yī)學(xué)工作在各個(gè)方面的進(jìn)展提供了一個(gè)舉世矚目的革命，造福于人類。