影像技术新进展

影像技术新进展北京天坛医院戴建平放射诊断学这个学科从创立到今天，也仅仅是100来年的历史，在这100年当中，X线的应用、成像技术不断变化更新，非X线的成像信号源，如核磁、PET、SPECT等，在临床中广泛应用，说明了放射诊断学的进展非常迅速。特别是近10—20年来，知识经济初露端倪，要对某些事情做出准确的预测是非常困难的。本文与其说讨论21世纪的发展趋势，倒不如说讨论10一20年来，或未来的10一20年内可能会出现的一些诊断方法。常规X线技术的进展在目前临床放射诊断学中，首诊选择的检查手段：X线约占48％，CT占11％，磁共振只占首选方法的3％，在我国透视检查可能多一些，而国外根据WHO建议，应用的比较少只占3％。还有3％是超声，再有就是核医学占8％。现代放射诊断学手段，如CT、磁共振、超声、同位素，基本上都是数字影像，而传统X线检查是模拟影像，因此如何使传统放射诊断影像数字化，是我们面临的一个挑战。传统X线检查数字化，可分为使用传统X线胶片，然后进行扫描使之数字化的方法。也可先使用影像增强器得到模拟信号，进行模数转化后，再转变为模拟信号输出，如血管造影DSA的方法。近来，在传统X线检查数字化中涉及更多的是另外二种办法，CR(ComputerRadiology)和DR(DigitalRadiology)技术的应用。CR即影像板技术。它使用影像板取代传统X线胶片接受X线照射，影像板感光后，激光扫描感光的影像板可得到数字化X线图像。DR即电子成像板技术。电子成像板由大量微小的X线感光元件，排列而成，X线曝光后，可直接将X线曝光量变为数字信号，是直接的数字化图像。总的来讲．在传统X线胶片数字化中，包括使用光板技术的CR和使用电子成像板技术的DR。其优点：不仅图像清晰，而且可以进行图像后处理，例如调节图像的窗宽、窗位来显示特定的组织，它的另一个好处还大大减少了病人的放射线剂量。DR技术近来还被应用在心血管检查中。但应用范围比较窄，DR可自动降低脊椎和肋骨密度值，而不影响血管造影中血管的显影，图像中保留的骨骼还有利于标记血管的位置。在血管造影中，显示的正位像和侧位像都是数字影像，所以很容易转化为三维的图像，在不同的角度显示血管结构。传统X线检查方法的进展，就是使用了数字影像。就是在射线源不断改进的同时。如何更好的接收，并处理X线信息。传统方法使用X线胶片，今天使用了感光板，和电子板技术，即CR和DR技术。因此，X线图像由过去的模拟量显示，转变为数字化输出，这样，图像后处理方法更加丰富和多彩。CT技术进展CT的技术进展主要在从两个方面，一个是多层螺旋CT的进展，再有一个是常规CT的设备进展。常规CT也应该说实际上低价位高档次，很多低价格常规CT拥有2—3年前高档CT功能。如GE航卫在北京年产的螺旋CT500台，扫描速度一秒一层CT，其中出口400台，所以应该说中国是世界生产CT的大国之一。中国的生产的CT在某种意义上是GE医疗低档化经济型的CT产品。同时，国内已经研制出自已的CT，如东大阿尔派，扫描速度也是一秒一层的螺旋CT。同时，西门子也在今年四月投入市场，价位在160万人民币的CT新机型。现在的CT产品中，必须要具备完善的功能，同时还要强调它的性能价格比．必须具有较高的性能价格比。多层螺旋CT是现代技术的结晶，或者说是代表着现代CT的最高水平。多层CT是通过横轴扫描三维采集数据，可以进行多种方向的重建。三维扫描技术目前应该说是非常成熟的．它主要的特点就是比较高的空间和时间分辨率．以及高质量的三维重建图像。高质量的CT图像主要表现为各向同性。各向同性是指在横轴三维采集数据后，重建出的轴位像、冠状切面、和矢状切面都具有一致的空间分辨率。所以在任意方向重建出的图像质量都是一致的。多层CT的另外一个特点就是扫描覆盖范围大，可以一次完成胸腹部扫描。多层CT使用高分辨率各向同性三维数据，可以进行多种多样的后处理，如显示肿瘤与血管的关系。对一些大血管和器官进行三维的检查。多层CT扫描速度较常规CT有大幅度提高，扫描机架旋转产生大约13G的离心率。由于扫描速度快，可以对搏动的心脏进行成像，对冠状动脉及其分支的钙化进行定量的诊断。判断冠心病程度和预后。使用图像后处理技术，对冠状动脉曲线重建，是它显示在同一个平面上，这样可以清楚的看到冠状动脉的狭窄、管腔不规则和钙化。由于是无创伤性检查。病人更容易接受，可用于体检或筛查。我们不仅能够显示冠状动脉和冠状动脉钙化，还能通过三维重建中的虚拟内窥镜技术从冠状动脉管腔内观察血管的狭窄程度，不仅为诊断而且为治疗提供了一条非常好的、从血管内观察血管狭窄和血管钙化的方法。多层螺旋CT在技术的出现了许多突破。我们希望CT能够更短时间内扫描更大的范围，换句话来讲，就是所能扫描的解剖范围越大越好，而且图像质量必须得到保证。因而对于CT技术的要求就是在最短的时间内，得到最清晰图像的同时，尽可能地加大检查范围。从扫描时间，图像清晰度，和扫描范围三者之间的关系上讲，清晰度要求过高，扫描范围或扫描速度就会下降，反之提高扫描速度，扫描范围加大，清晰度就会降低。多层螺旋CT在快速薄层扫描的基础上进行图像重建。每次同时扫描2—16层，于常规扫描相比，在相同的扫描条件和图像质量的前提下，扫描速度提高了2一16倍，扫描范围可相应增大。多层螺旋CT扫描中，使高清晰度图像，快速扫描，最大扫描范围三者之间的矛盾得到解决。螺旋CT在临床中具有薄层，大扫描范围，多时相的特点。扫描速度提高，在增强扫描中可以显示造影剂的动脉期、毛细血管期和静脉期增强，可以做到多时相扫描。在颅内脑膜瘤增强扫描中，显示动脉期增强的动脉血管和毛细血管期静脉期增强的脑膜瘤之间的关系，显示脑膜瘤的供血及血管的情况。在今后10—20年之内，或者说是在10年内，CT技术会出现什么新进展哪?我们一开始就提到．现在常规X线使用电子板技术取代X光胶片，那么，CT扫描系统也使用平板探测器。取代正在应用中的单排或多排探测器呢?如果使用平板探测器，CT每次扫描将不再是单层或多层扫描，而是某个特定解剖范围的整体扫描，这项技术称为容积CT扫描(VolumeCT)。有些公司已经在这方面进行了开发，GE已经制造出的容积CT扫描的雏型机，日立公司也在使用影像增强器来进行同样的研究。在今后的一段时间内，CT主要发展方向就是容积CT扫描。目前多层CT非常昂贵。目前正在开发二层CT．以便为医院所接受。同时还在进行8层和16层的研究，但并没有急于推向市场。我认为其中主要的原因是价格而非技术问题。日前的问题是要开发开发市场能够接受8—16层CT。多层CT从下颌到踝骨的扫描可以显示700多张图像，对放射科医生的挑战是你如何阅读这批片子，分析图像。无论扫描出多少层图像，都要一张一张的去读片分析。过去lO毫米一层扫描中，头颅CT扫描包括12个层的图像。如果是l毫米一层就会有120个层面，每个层面都要仔细阅读，所以对临床来讲是挑战。有没有新读片的办法这也是一个挑战。另外，病人和临床医生如何得到并拥有这些图像，图像存储和传输必须也要有新的技术。所以，容积CT必然要在这些方面来取代多层CT。虽然多层CT在技术上是成熟的，但价格．读片，图像传输和利用等方面存在一些问题。常规CT具有很好的性能价格比，低档CT机已经使用了螺旋技术，以及过去高档CT中使用的图像采集和后处理技术。螺旋技术越来越稳定，X线管球也是更加可靠。其他的一些新进展包括CT和介入、血管造影和透视的一体化设计的应用，低辐射剂量透视，智能化设订扫描参数等。CT技术的新进展在现阶段和可以预见的未来，与磁共振一样，主要应用在两个临床领域：中枢神经系统和心血管系统。首先我们讨论CT的血管成像。在CT的血管成像中，可以三维动态显示，如动脉瘤蒂，观察动脉瘤和载瘤动脉的关系，肿瘤的富血管程度和周围血管的关系，观察颅骨结构的同时显示颅内血管。总之使用三维重建技术，可以从任意角度观察病变和组织结构。既可以透视，也可显示表面结构和深层架构及其关系。CT血管成像是有价值的。除了显示大血管之外，CT还可以显示毛细血管染色情况，即CT灌注成像。毛细血管结构主要通过团注造影剂后，显示毛细血管内造影剂通过时，引起的脑组织密度改变情况而显示的。造影剂到达毛细血管之前，脑组织的密度是一定的，团注的造影剂到达脑组织后，脑组织密度逐渐升高，并在达到密度峰值后逐渐下降，并恢复到造影剂到达之前的水平。将不同时间不同的密度值连成曲线，即可得到造影剂通过脑组织时的时间密度曲线。在临床上我们主要取四个点来评价这个曲线，一是峰值时间(PT)，是指造影剂从开始增强到脑组织密度最大时需要的时间。二是平均通过时间(MTT)，是指造影剂全部通过脑组织所需要的时间，可根据时间密度曲线计算得到。三是局部脑血容量(rCBV)，根据曲线下方封闭的面积计算出的。四是脑血流量(rCBF)，就等于脑血容量除以MTT。CT灌注成像，它主要是通过PT，MTT，rCBV和rCBF等指标来观察毛细血管内的造影剂浓度的变化，通过这些变化评价病变。这些指标都是通过时间密度曲线计算出来的。是一种数字指标。如果我们根据图像中所有像素的时间密度曲线，计算出所有像素的上述四个指标，就可以得到脑组织的PT图，MTT图，rCBV图和rCBF图。灌注成像的基础就是评价造影剂通过脑组织时的时间密度曲线。CT灌注成像与MR灌注成像比较，主要临床优势在于相对简单易行，且适于急诊检查。从临床角度来讲，在早期脑缺血病人中，常规CT主要用于显示脑内是否出现血肿，如果没有血肿，则按照脑缺血进行治疗，但实际上常规CT在缺血发作12小时之内并没有直接显示脑缺血的部位和范围。在CT早期诊断脑缺血上，CT灌注成像对临床是非常意义韵，可以证实缺血区域的灌注不足。在目前临床CT检查应用中，近年来的新进展包括三维检查、多层CT、CT血管造影、CT灌注成像等技术，这些新技术将对目前和今后临床CT检查产生很大影响和变化，常规CT检查所占的比例将出现较大幅度的下降。CT血管造影技术将用于介入手术的监视，临床应用也将大幅度增加。磁共振的新进展磁共振在近年来技术进步最多最快。从市场角度看，最看好的是开放性磁体磁共振成像系统，它不仅可以扫描出高质量影像，也可以进行介入检查和治疗。磁共振检查技术在未来数年内将有更进一步完善，如快速实时成像，磁共振功能性影像，显微磁共振成像，以及同质同性抑制技术。实时成像就是人体进行功能活动的同时成像，通过实时成像可以显示出功能活动时体内组织结构的相应活动，从某种意义上讲是磁共振透视检查。通过实时成像技术，我们有可能进行磁共振实时血管造影，介入检查，和功能成像。例如，通过我们实时检查，可以观察动脉造影剂注射到动脉内，并逐渐到达静脉，这样，不仅可以通过解剖位置区别动脉和静脉，还可以使用实时成像中的时相来区别动脉和静脉。实时的功能性磁共振检查也成为可能。功能磁共振目前临床中主要应用脑组织血氧水平依赖法(Blood—Oxygen—Level—Dependent，BOLD)。脑组织内含有丰富的毛细血管，是脑组织与血液进行物质交换的部位。在脑组织毛细血管内含有含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白，脱氧血红蛋白在高场磁体中具有磁化敏感效应，可使脑组织的T2*信号下降，而含氧血红蛋白不具有磁化敏感效应，不使脑组织信号产生变化。这样，在含氧和缺氧血红蛋白之间造成了一个天然的信号对比。我们利用各种功能刺激，如手指运动，语言活动，声音刺激，视觉刺激．甚至疼痛刺激，相应功能区的动脉血供应就会相应增加，使功能区脑组织内内含氧血红蛋白增加，脱氧血红蛋白的磁化敏感效应下降，使功能区信号升高。换句话来讲，脑组织没有功能活动时，毛细血管内的脱氧血红蛋白是脑组织信号降低，功能刺激后，新鲜血液动脉血增加，含氧血红蛋白增加，脱氧血红蛋白含量相对减少，使功能区信号增高。我们把有无功能活动的脑组织信号进行比较．就可以得到脑功能图像。在功能扫描中使用对磁化敏感效应十分敏感的T2*加权像，在T2*加权像当中，利用了脱氧血红蛋白和含氧血红蛋白之间的磁化敏感差异，从而检出功能信号。然而我们得到的功能信号实际上并不直接