醫學影像學的現狀及最新的進展研究

袁 燁

中國航天科工集團七三一醫院放射科，北京 100074

近年來，隨著計算機技術的迅猛發展，與該技術關系度密切的影像技術也取到了前所未有的新成果，醫學影像學作為醫學方面發展最為快速的一門學科，其設備成像質量也向數字化邁進[1-4]，如計算機斷層成像（computed tomography，CT）及磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）等，圖像的時間分辨率和空間分辨率均得到很大提升，實現了從2D到3D，甚至是4D的功能成像轉變，影像診斷準確率得到大幅升高。本研究綜述醫學影像學的現狀及最新的進展研究，旨在為臨床醫學的發展提供更多客觀的診療參考。

1 常規X線

X 線平片是迄今為止應用最早、最普遍、操作最便捷的影像學檢查方法[4-5]。隨著技術的不斷發展，常規X線已從模擬模式（傳統的膠片）逐步發展為數字模式（醫用顯示器閱片）[6]。該方式下的數字圖像分辨率較高，圖像銳利度良好，細節顯示較為詳細；曝光范圍寬，可結合臨床需求來處理各種圖像；擯棄了膠片化模式，節約物質及時間成本，方便患者，同時也有利于醫院會診與醫學生教學[7-10]。常用的方法主要有計算機 X 線攝影（computed radiography，CR）、數字 X 線成像系統（direct digital radiography，DDR）等。

CR是X線平片數字化較為成熟的一種體現，其以成像板作為載體，利用X線曝光及信息處理系統形成數字影像，信息的層次感增強。隨著DR技術的普及與發展，其將逐漸在急診醫學中推廣應用[11-13]。DDR主要利用平板、數字化探測器，通過X線影像數字化的直接轉化，利用計算機將結果在監視器上還原。與CR不同的是，DDR的轉換方式更為直接。在不久的將來，DDR技術將會在血管機和胃腸機等各類X線診斷設備中廣泛推廣。CR是DDR技術的前身，兩者有一定的共同的優點：X線圖像質量較好；復制與傳送十分快捷，存儲較方便；X線輻射劑量減少，不足同類檢查劑量原有劑量的1/10，使用起來更為安全[14-15]。但相對來講，CR的缺點是拍片速度較慢，耗時長[16]。未來一段時間CR和DDR技術會并存，不過隨著醫學影像技術的不斷發展，CR終將被DDR技術所取代。

2 CT

20世紀90年代初，單層螺旋CT（single-slice he lical computed tomography，SSCT）在臨床中逐漸被關注，并逐漸成熟。其中以CT血管造影為代表的三維后處理技術，改變了傳統的顯示方式，其以操作簡單、掃描迅速、重復性好、無創等特征廣泛應用，但SSCT自身的容積覆蓋速度范圍較窄，醫生往往需要手動增大層厚或調節螺距來進行調節，這樣會明顯降低后處理圖像的分辨力，圖像偽影較為明顯，此特點限制了SSCT在臨床的推廣使用[17-24]。

計算機輔助檢測（computer-aided detection，CAD）是當今發展起來的一種新技術，在腫瘤中的應用廣泛[25-27]。CAD是一種將計算機數字化信息輸入計算機，再由相關醫師復閱來提高早期腫瘤檢出效率的方式[28-29]。CAD往往在不增加醫生工作量的情況下，提高了病變檢出率，能夠在臨床輔助醫療中有較好的應用效果[30-35]。其優勢主要表現為穩定、迅速、無生理局限，人為因素（如經驗限制、疏忽、疲勞等）的影響較小，降低了誤差率。有研究顯示，CAD系統對于惡性腫塊檢出的敏感性為86%，對于活檢證實的惡性鈣化的檢出敏感性可高達98%，可見CAD系統對于檢測及標記成簇微小鈣化的敏感性較高[32]。

3 MRI技術

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

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

3D ASL作為一種無創灌注成像技術，具有明顯的優勢：①在1.5 s內能夠達到1000多次的射頻標記，較傳統脈沖式標記下的信噪比升高，灌注效果十分均勻，此連續式標記能夠滿足大范圍3D全腦容積灌注成像的要求；②利用FSE序列可有效評價傳統2D ASL所不能評價的區域的灌注信息，包括顱底、顳部等區域；③采用螺旋K空間采集技術，在數分鐘內完成全腦灌注成像，克服每個梯度線圈的自感問題和多個梯度線圈間的互感問題[33-34]。3D ASL灌注將動脈血中的水分子作為內源性示蹤劑，獨立于血腦屏障，能夠更為準確地對梗死后再灌注的組織進行評價，鑒別畸形的腦血管，對顱內腫瘤新生血管給予準確的腫瘤分級[35]。

3.2 多對比度成像

在MRI應用于臨床的過程中，需要對脂類物質信號的抑制來提高病變與背景組織之間的對比，以更好地顯示病變，提高診斷的正確率。在脂肪抑制方面，傳統的脂肪抑制技術往往對磁場均勻度的要求較高，信噪比不高。目前，基于三點式Dixon技術的多對比度成像技術能夠保證任意的水、脂肪比值，提高信號強度，提高組織結構交界處圖像的清晰度，達到水脂徹底分離。另外，多對比度成像技術的一次成像便可獲得4種對比度（水相、脂相、水脂同相、水脂反相），掃描流程得到明顯優化，病變診斷的特異度、病變檢出的敏感度顯著提高。最小二乘法估計技術（iterative decomposition of waterand fat with echo asymmetry and least-squaresestimation，IDEAL）是對Dixon技術進行改進的精準定量化技術，通過多回波采集及區域增長技術，能夠達到肝臟內脂肪含量的精確量化[36-37]。IDEAL技術較傳統水脂成像方法具有更高的脂肪定量的精準性，目前已在脂肪肝、腫瘤、代謝性疾病等疾病治療效的評估中有所應用。

3.3 擴散加權成像（diffusion weighted imaging，DWI）

DWI是依賴于水分子運動的一種成像方式，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，對于全身性有腫瘤轉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。可通過校正采集、識別和重新計算錯誤數據等技術來減少不同數據截斷或生理運動所出現的誤差[38]。高清DWI可應用于神經系統，如大腦、腦干、脊髓、丘腦以及灰質核團的細微結構，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等方法能夠準確反映水分子在各個方向上的擴散特性，即能獲得更加精確的纖維走向和連接處結構。動態增強MRI量化參數能夠間接對腫瘤血管的通透性及病變的纖維化程度進行評價，主要在乳腺、腹部及盆腔器官實質性腫瘤的早期診斷及治療效果的監測中有所應用。隨著MRI設備和技術的進步，MRI技術正在向定量成像技術、個體化治療療效評估和多模式MRI分子影像技術方向發展。

4 超聲分子顯像技術

隨著超聲造影成像技術的不斷發展與完善，尤其是靶向微泡造影劑的出現，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研究雖然取得了一些進展，但亦面臨著諸多技術的難點：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顯影劑的現狀等。液氣相變納米粒、光聲成像等新技術為超聲分子顯像以及多模態分子顯像研究提供了新的思路與方法，是目前該領域研究的熱點與發展方向。

5 小結與展望

醫學影像學是現代醫學發展最快的學科之一，目前已從傳統的解剖成像進入了功能和分子顯像時代。醫學影像學常規應用于疾病的診斷、治療指導及治療效果評價，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涵特征。但一直以來，影像學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據研究并通過多學科、多領域的廣泛協作，解碼隱含在影像信息中的因患者細胞、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“內涵”呈現在臨床診治、預后分析的整個過程，這無疑會為臨床醫學各個方面的發展帶來一場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，Finland[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，萬雷，秦志強，等.MSCT鑒定交通事故致死2例分析[J].法醫學雜志，2015，31（1）：15-19.

[24]萬雷，特來提·賽依提，魏華，等.豬離體心臟冠狀動脈的 MSCT 造影[J].法醫學雜志，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.