耳科影像學的關鍵技術創新和應用
——2020年度國家科學技術進步獎二等獎

呂 晗 趙鵬飛 尹紅霞 王振常

(首都醫科大學附屬北京友誼醫院放射科，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生問題。影像學精確評估是實現耳科癥狀個體化精準治療的重要基礎。然而，傳統耳科影像學缺乏規范的檢查方案、系統的病變評價模式及病理生理結構顯示手段，給臨床治療帶來困難。

針對上述問題，王振常教授團隊從創建耳科影像的規范檢查方案和系統評價模式、提升耳科疾病的病理生理結構顯示能力入手，歷經十年攻關，通過揭示疾病發生機制、構建針對性影像檢查及診斷體系、創研十微米級耳科專用電子計算機斷層掃描(computed tomography，CT)設備，大幅提升了耳科影像診斷效能和耳科影像學在疾病診療中的應用價值。

1 研究內容

1.1 闡明搏動性耳鳴發生機制，構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)數據采集方案，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，治療的關鍵在于明確致鳴因素。本研究團隊創新一站式顳骨雙期增強高分辨CT成像方法，同時顯示骨質、動脈、靜脈、毗鄰關系的形態學特征，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，全面剖析血流速度、壓力梯度、血流形式等生物力學內涵，大幅提升了個體化致鳴因素定位的準確性。

基于上述技術創新，團隊首次提出、全面報道了巖鱗竇、側裂靜脈、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 提出多因素聯動致鳴的發生機制假說

團隊通過構建單因素致鳴實體模型，證實了血流是噪聲產生的根源，血管形態和機體狀態異常是異常血流的來源，血管周圍骨質不完整性是噪聲傳導的關鍵，是異常血流長期沖擊的結果，顳骨氣化是噪聲接收的必要條件，傳導路徑影響噪聲強度。團隊提出“搏動性耳鳴腦中樞化”理念，發現腦活動是耳鳴感知的基礎，揭示了聽覺、默認、視覺、執行控制、邊緣系統等多個腦網絡協同特點并進行特征值的量化[6]，發現了腦中樞化進程中功能重塑先于解剖重塑的規律[7]。在上述基礎上，提出“血流-骨質-傳導-腦活動多因素聯動致鳴”的搏動性耳鳴致鳴機制假說。

1.1.3 創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動特征，開展了個性化致病因素風險分析、治療策略效能評估研究，將致鳴因素“視而可見”，實現了個性化的有效治療。

1.2 構建耳科影像檢查及診斷新體系，實現低輻射高質量的成像和病變的精準檢查

1.2.1 開創圖像質量-輻射劑量交互評判原則下的耳科CT劑量優化方案

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

項目組在無損圖像質量的前提下，通過開發通用型設備的聯合迭代重建算法，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化組合，推薦最佳參數組合，以達最佳信噪比、最佳圖像質量-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，創新大矩陣小視野重建方法及直觀顯示傳導全路徑的重組技術

針對傳導性耳聾：創新聽骨鏈的三維立體+仿真內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、前庭窗等聲音傳導的全路徑精細結構[11]。

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

針對突發性耳聾，創新性采用3D T2FLAIR成像技術，實現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，開創多途徑內耳釓造影MRI實現膜迷路顯像

創新咽鼓管給藥、常規劑量外周靜脈給藥的無創途徑，克服傳統的鼓膜穿刺損傷。規范給藥途徑、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專用設備

1.3.1 研制小焦點、大功率X線發生器，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計，攻克了在有限油箱體積內實現120 kV高電壓的技術難題。建立反饋控制模型，優化設計高壓電路，實現小焦點、高額定管電壓、高額定功率。

1.3.2 解決小視野數據重建、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

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

1.3.3 研制具有自主產權的十微米級臨床耳科CT專用整機系統

在硬件、算法技術創新基礎上，創新雙源、雙探測器的系統設計，同時實現大視野、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，最終實現整機系統成像空間分辨力在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指南/共識2部，分別在《中華放射學雜志》[16]和《中華醫學雜志》[17]發表并在全國范圍內推廣。負責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院制定的搏動性耳鳴影像學檢查標準[20]。不同給藥方式和掃描方案在梅尼埃病診斷中的價值[21]寫入美國放射學院制定的眩暈影像學檢查標準[22]。

2.2 論文被他引和評述情況、獲獎等

該項目發表論文200余篇。近十年搏動性耳鳴學術成果在國內外占領先地位。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]獲第四屆中國科協優秀科技論文。新CT設備研制的專利“CT系統和用于CT系統的探測裝置”(ZL201210364118.3)獲第五屆北京市發明專利獎一等獎。

3 研究項目的推廣應用和社會效益

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

研究成果的應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，改善了患者治療效果，奠定了耳科影像學在疾病診療中的關鍵地位，促進了我國耳科影像學發展。