医学影像学新进展

李坤成 卢 洁

(首都医科大学宣武医院放射科，北京100053)

近年来随着计算机技术发展，医学影像学有了日新月异的变化，计算机断层成像(computed tomography，CT)及磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)等影像设备成像质量快速提高，图像的时间分辨率和空间分辨率显著提升，实现了从二维到三维成像，甚至是四维成像的进步，由常规结构成像向功能成像发展，使医学影像学迈上个崭新台阶，影像诊断准确率明显提高，为临床医学提供更多客观的诊疗依据。

1 CT技术发展及临床应用

1998年多层螺旋CT(multi-slice computed tomography，MSCT)问世［1］，MSCT 即管球旋转一周可同时产生多层图像，这样在保证薄层扫描的同时又扩大了扫描范围，扫描产生的容积数据不会遗漏病变，经过工作站后处理可以产生任意方位的解剖图像，还可以进行高质量的CT血管成像(computed tomography angiography，CTA)、电影浏览、多平面重建、肝脏灌注成像、虚拟结肠镜检查、CT内镜等，极大地扩展了CT的临床应用范围［1-4］。X线管球每旋转一周，多层探测器同时接收穿过人体组织的X射线可获得4层以上的影像数据;至2005年初探测器数量已经达到64层，同时X线管球旋转一周的速度从秒级缩短为毫秒级，目前，最快者已经达到0.27 s［5］。多层螺旋CT在1秒钟之内即可完成头颅平扫，5秒获得整个人体的图像数据。64层以上的多层螺旋CT能够直接获取容积数据，进行任意方位层面的重组，由于其纵向(Z轴)空间分辨率提高至0.30 mm，甚至0.20 mm，可获得各向同性的冠状位、矢状位和各种斜位切层的高分辨力重组图像。2007年，在北美放射学会(Radiologi-cal Society of North America，RSNA)年会上日本东芝公司推出了320层螺旋CT，探测器宽度已经达到160 mm，标志着宽探测器CT正式从实验室走向临床应用。双能量CT(dual energy CT，DECT)是CT方面的新进展，其扫描架内安装有两套X线管球及探测器系统，两个管球同时在相同管电压下运行。

多层螺旋CT发展促进了CTA诊断技术的发展，其图像质量堪比数字减影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)，对颈部及颅内外血管走形及管壁情况显示较清楚，现已广泛应用于血管狭窄、闭塞，动脉瘤，动静脉畸形等多种血管病变，具有创伤小，检查时间短，方法简便易行等优点。CT灌注成像(CT perfusion，CTP)是功能成像方法，能显示器官、组织的血流动力学状态情况，在急性脑梗死患者的溶栓治疗评价中应用越来越广泛，也有助于鉴别颅内肿瘤及其他恶性肿瘤的复发及放射性坏死、监测抗肿瘤药物疗效等。由于MDCT的使用，缩短了腹盆病变的检查时间，减少了腹部器官呼吸运动伪影干扰，利用动态增强扫描，能够观察组织器官的供血情况，使肝血管瘤，小肝癌等检出率提高。CT仿真内窥镜可以无创观察消化道腔内情况，与纤维内窥镜及胶囊内镜比较，具有无创伤、禁忌证少、无痛苦、经济等优点，能从多个角度观察病变［4］。MD泌尿系成像利用MDCT及静脉注射对比剂，在排泄期获得泌尿系统图像，对于尿路肿瘤及结石有很高敏感性和特异性［6］。DECT多用于心脏成像，能很好显示冠状动脉病变及评价心室功能，在缩短扫描时间的同时降低了辐射剂量［7］。由于两种不同能量每个体素的CT值不同，因此可以鉴别原子序数不同的物质，已应用于肺栓塞、肺结节定性、气道阻塞性疾病、血管源性病变、肿块良恶性的鉴别［8］。

2 MRI技术发展及临床应用

自1974年人们第一次将磁共振技术应用于人活体成像以来，经历了许多里程碑式的发展［9］。近年来3T设备不断成熟及超高场强设备开始在人体应用，图像分辨率成倍提高，尤其是神经系统成像［10］。射频发射的多通道技术，显著提高了射频场的均匀性和图像质量，同时特殊吸收率(specific absorption rate，SAR)值大大降低，并行采集技术进一步应用发展。通过针对仿真180射频脉冲、超级回波技术、多通道放射状射频发射线圈来减少射频变形等方法提高超高场强MRI的图像分辨率，减少磁敏感伪影。目前全世界至少已有28台用于人体成像的7T系统正在运行，在9.4T设备上，对成年家兔及其后代均未观察到不良生物学效应，用于人体成像的11.7T MRI已经获得批准，预计2012年将投入使用［11］。

扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)是依赖于水分子运动的成像技术，脑梗死发生30 min即可显示病灶，此外也可用于脑炎、肿瘤、囊性病变、脱髓鞘病变等的鉴别诊断，帮助检出肝硬化的小肝癌以及乳腺癌、胃癌、直肠癌、前列腺癌等恶性肿瘤。全身DWI类似PET，对于全身性肿瘤或肿瘤转移有较高敏感性，目前处于研究阶段。扩散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)与DWI的进一步发展，显示脑白质纤维走形的完整性及方向，对评价脑梗死预后、多发性硬化有重要作用［12］。目前衍生出Q-空间成像、扩散频谱成像 (diffusion spectrum imaging，DSI)、扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging，DKI)及分数指数张量成像等成像方法［13-14］。灌注成像(perfusionweighted imaging，PWI)分为外源性(注射对比剂)和内源性(以红细胞为标记)两种方法。在1.5T设备上虽然外源性方法需要注射对比剂、检查成本较高、时间较长，但是内源性标记红细胞方法的信噪比不足，因此临床主要应用外源性方法，采用快速扫描序列和静脉内团注对比剂的方法，根据组织磁化率改变所致磁共振信号强度的变化，计算相对脑血流量(relative cerebral blood flow，rCBF)、相对脑血容量(relative cerebral blood volume，rCBV)、血流平均通过时间(mean transit time，MTT)、达峰值时间(time to peak，TTP)等灌注参数。场强增加至3.0T时，除了应用外源性方法进行灌注成像检查的敏感性更高外，也可以应用内源性方法进行灌注成像检查，使检查更为简便易行，并可节省外源性对比剂的费用［15-16］，同时还避免了外源性对比剂的不良反应。PWI对早期脑缺血有高度敏感性，其异常改变早于DWI，联合应用有助于推测急性期脑卒中是否存在缺血半暗带［17］，此外对颅内肿瘤性质的鉴别、肿瘤分级、疗效观察，以及肿瘤复发监测等也具有重要的临床应用价值。功能磁共振(functional MRI，fMRI)是基于血氧水平依赖(blood oxygen level-dependent，BOLD)效应检测脑组织血氧饱和度变化的成像方法，可用于运动、听觉、视觉、语言、记忆和儿童脑发育评价等多方面的功能研究，几乎涵盖了神经科学的所有领域［18］。伴随3.0T及更高场强磁共振设备的应用，针对多种中枢神经系统疾病进行的fMRI临床应用研究逐渐增多，目前临床主要用于术前功能区定位［19］。MR弹力成像((MR elastography，MRE)是一种模仿组织器官触诊的方法，能量化组织弹性，对早期乳腺肿瘤及肝硬化的分级有一定价值［20-22］。磁共振引导微创技术是利用开放性磁共振及引导设备(包括介入用磁共振扫描仪、光学追踪引导系统、总控制及显示设备)进行病变穿刺活检、肿瘤消融治疗等，任意角度进针，为疾病诊治提供了新途径。胃肠道MRI有良好的软组织对比以及无电离辐射的优势，临床应用越来越多。由于诊断技术的快速发展，MRI胎儿成像也获得了明显改进，可用作发现颅脑畸形的有力手段，对评价如先天性膈疝等颅外畸形也越来越重要。

3 集两种功能一体的影像技术发展及临床应用

由于各种影像学检查技术都有各自的优缺点，迄今为止尚无一种影像学技术能提供全面的诊断信息，通常必须联合应用多种成像技术才能对病变进行综合评价。为了既能早期发现病灶，又能准确提供定位、定量、定性诊断和疾病分期等信息，将两种有互补作用的影像学技术融为一体的设备应运而生，PET/CT、PET/MRI、DSA/CT、MRI/聚焦超声等逐渐应用于临床。

PET/CT是将PET和CT安装在同一机架上，二者共用同一检查床及后处理工作站，一次检查可同时获得功能代谢图像和解剖图像，首先进行CT扫描，采集解剖结构信息，随后计算PET成像的衰减图，可以提供CT及PET的融合图［23］。PET/CT具有检查时间短，图像分辨率高，病灶定位准确等优势，主要应用于肿瘤诊断、分期，制定治疗计划、早期评价治疗效果［24］。与PET/CT比较，PET/MRI有更好的软组织对比度，能在解剖结构发生明显变化前显示病变，对恶性肿瘤如颅内肿瘤、头颈部肿瘤、前列腺癌、恶性黑色素瘤、乳腺癌、肝内肿瘤等有重要价值，在早期诊断痴呆，癫痫病灶定位，心血管疾病方面也有巨大潜力［25-27］。

4 展望

医学影像学尤其是CT及MRI检查技术涉及包括计算机、医学、物理、生物医学工程、心理学和统计学等多学科内容，上述各学科之间的互相结合有力推动了医学影像学进步。医学影像学的发展进步，为疾病的诊断、治疗及预后发挥越来越重要的作用。

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