2008医学影像学进展

医学影像学进展周纯武，赵心明，郝玉芝，欧阳汉，郑容（中国医学科学院肿瘤医院，北京１０００２１）ＰｒｏｇｒｅｓｓｉｎＭｅｄｉｃａｌＩｍａｇｉｎｇＺＨＯＵＣｈｕｎ－ｗｕ，ＺＨＡＯＸｉｎ－ｍｉｎｇ，ＨＡＯＹｕ－ｚｈｉ，ｅｔａｌ．摘要：医学影像学发展迅速，对临床医学的发展起到推动作用。

文章重要综述了近２０年来常规Ｘ线、图像存储传输系统和远程放射学系统、ＣＴ、磁共振、ＰＥＴ及ＰＥＴ／ＣＴ、超声在肿瘤医学研究中的进展。

关键词：影像学；Ｘ线；ＣＴ；磁共振；ＰＥＴ；超声检查中图分类号：Ｒ４４５；Ｒ７３０．４文献标识码：Ａ文章编号：１００４－０２４２（２００８）０９－０７８０－１１近２０年，特别是近几年来，随着计算机技术的飞速发展，与计算机技术密切相关的影像技术的发展日新月异，医学影像学成为医学领域发展最快的学科之一，医学影像学设备全面走向数字化，随着ＰＡＣＳ／ＲＩＳ系统的成熟和普及以及与ＨＩＳ的集成，医学影像进入了全新的数字时代，引领临床医学进入数字化时代；影像设备成像质量快速提高，图象的时间分辨率和空间分辨率也明显提高，检查技术不断完善，从二维成像到三维成像，向功能成像发展，使医学影像学提高到一个新的水平，影像诊断和分期的准确率明显提高，并有力地促进了临床医学的发展。

常规Ｘ线正在从胶片转向计算机放射摄影（ｃｏｍｐｕｔｅｄｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ，ＣＲ）和更为先进的直接数字化摄影（ｄｉｒｅｃｔｒａｄｉｏｇｒａｐｈｙ，ＤＲ）的数字化时代。

与计算机紧密相关的ＣＴ、ＭＲ则发展速度更为惊人。

ＣＴ已从早期的单纯的头颅ＣＴ发展为超高速多排螺旋ＣＴ、电子束ＣＴ；ＣＴ扫描除常规的横断面图象外，同时可以作细腻的三维重建、仿真内窥镜、ＣＴ血管成像（ＣＴＡ）、灌注成像及手术立体定向等。

ＭＲ也从早期的永磁体、低场强发展到现在的超导、高场强，分辨率在常规扫描提高了数千倍，磁共振血管成像（ＭＲＡ）已成为常规检查项目，同时灌注、弥散、功能成像以及磁共振波谱（ＭＲＳ）技术正在研究发展之中。

近几年ＰＥＴ及ＰＥＴ／ＣＴ的应用使得影像学能够观察到组织功能代谢的变化及分子水平的病理生理变化。

超声也取得长足发展，从黑白超声发展到彩色多普勒超声（ｃｏｌｏｒｄｏｐｐｌｅｒｆｌｏｗｉｍａｇｉｎｇ，ＣＤＦＩ）、超声声学造影、介入超声和三维超声成像等，进一步拓宽了超声的应用范围，并使诊断水平不断提高。

１常规Ｘ线近几年常规Ｘ线已逐步从模拟模式发展为数字模式，正从胶片向通过医用显示器数字阅片转化，数字图象具有较高分辨率，图象锐利度好，细节显示清楚；曝光宽容度大，并可根据临床需要进行各种图象后处理（包括双能量减影摄片等）等优点，还可实现放射科无胶片化，通过ＰＡＣＳ和ＨＩＳ科室之间、医院之间数字化快捷实时调阅，提高了准确性，节约物质成本和时间成本，也便于会诊与教学。

数字Ｘ线成像包括计算机Ｘ线摄影（ＣＲ）、数字Ｘ线摄影（ＤＲ）、数字胃肠机等。

ＣＲ是Ｘ线平片数字化比较成熟的技术，目前收稿日期：２００８－０５－２０已在国内外广泛应用。

ＣＲ系统是使用可记录并由激光读出Ｘ线成像信息的成像板（ｉｍａｇｉｎｇｐｌａｔｅ，ＩＰ）作为载体，以Ｘ线曝光及信息读出处理，形成数字或平片影像。

ＣＲ系统实现常规Ｘ线摄影信息数字化，使常规Ｘ线摄影的模拟信息直接转换为数字信息；能提高图象的分辨、显示能力，突破常规Ｘ线摄影技术的固有局限性；可采用计算机技术，实施各种图象后处理功能，增加显示信息的层次；ＣＲ系统获得的数字化信息可传输给图象存储与传输系统。

随着ＤＲ技术的发展和普及以及ＣＲ的便捷性，ＣＲ将逐渐主要应用于急诊医学。

ＤＲ是在Ｘ线电视系统的基础上，利用计算机数字化处理，使模拟视频信号经过采样、模／数转换后直接进入计算机中进行存储、分析和保存。

Ｘ线数字图象的空间分辨率高、动态范围大，其影像可以观察对比度低于１％、直径大于２ｍｍ的物体，在病人身上测量到的表面Ｘ线剂量只有常规摄影的１／１０。

量子检出率（ｄｅｔｅｃｔｉｖｅｑｕａｎｔｕｍｅｆｆｉｃｉｃｎｃｙ，ＤＱＥ）可达６０％以上。

Ｘ线信息数字化后可用计算机进行处理。

通过改善影像的细节、降低图象噪声、灰阶、对比度调整、影像放大、数字减影等，显示出未经处理的影像中所看不到的特征信息。

借助于人工智能等技术对影像作定量分析和特征提取，可进行计算机辅助诊断。

数字消化道造影：消化道造影大部分是ＤＲ机型，具备上述ＤＲ的功能，而且能够连续点片和电影播放，以及数字减影等功能。

２图象存储、传输系统和远程放射学系统图象存档和传输系统（ｐｉｃｔｕｒｅａｒｃｈｉｖｉｎｇａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ＰＡＣＳ）于２０世纪７０年代末期应运而生。

随着计算机技术的不断发展，ＰＡＣＳ已逐渐成熟并得到广泛应用，它以全数字化、无胶片化方式采集、阅读、存储、管理和传输医学影像资料，应用ＰＡＣＳ能够精细全面地阅读图象信息，可实现多种以及过去与现在图象对比，提高诊断和分期的精度；经过图象处理，可以更容易，更精确地发现病灶。

与医院的ＨＩＳ系统连接实现影像资源共享，极大方便了医疗、教学和科研工作，最大限度地提供了影像诊断水平与效率，降低了医疗成本，从整体上提高了医院医疗质量。

ＰＡＣＳ的主要组成部分有：①图象输入装置：ＰＡＣＳ上传输的影像信息有两类，一类是从现代影像设备（ＣＴ、ＭＲ、ＤＲ、ＣＲ、ＤＳＡ、超声诊断仪等），通过输入（采集）接口模块或设备将数字化图象信息从影像设备中取得数字图象信息构成数字文件存储到设备中去。

一类是由摄录在胶片上形成的Ｘ线照片影像信息转换成模拟或数字信号在系统上传输。

②图象数字库：用来管理、存储图象数据。

一般分在线、近线和离线存储。

在线存储常用高速磁盘阵列，以快速检索调阅病人的图象文件，近线存储采用中速磁阵列，离线存储目前采用光盘库或磁带库，通过各种接口联接外部设备。

③数据通信网络：一般距离较短，在医院内部或数公里内，可用局域网，其具有数据传输率高（１￣１０００ｍｂｐｓ），用它可以实现实时的图象数据传输。

④显示工作站：它可以有图象处理或三维显示功能，图象处理包括对比度拉伸、放大、锐化，黑白反转、测量等基本功能，同时也可以至少两个画面或不同图象同时对比观察，也可作现在与过去的对比。

远程放射学系统（ｔｅｌｅｒａｄｉｏｌｏｇｙｓｙｓｔｅｍ）是ＰＡＣＳ在空间的延伸，可以包含在ＰＡＣＳ之内，也可以自成系统。

是通过公共交换电话网（ＰＳＴＮ）、综合业务数据网（ＩＳＤＮ）、异步传输模式（ＡＴＭ）、Ｔ－１或Ｅ－１专用线、混合光纤同轴网（ＨＦＣ）或卫星通信等进行远距离的图象传输，也可以通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ传输图象。

远程放射学系统可以充分利用医学影像资源（设备资源与专家经验等），扩大医学影像服务在地理上和时间上的覆盖范围，特别是将缺少放射科医师的边远医院中的医学影像，传输到拥有高水平放射技术的医院中进行观察诊断，以提高疾病的确诊率，使疑难病症可望得到早期诊断，也可以加强国内各医院之间的医疗合作与国际间的学术交流。

由于ＰＡＣＳ的成熟和逐步完善，已逐渐得到应用。

３ＣＴ进展自１９７３年Ｈｏｕｎｓｆｉｅｌｄ发表第一篇关于ＣＴ的文章至今，ＣＴ技术已经历了几代更新。

９０年代初，单层螺旋ＣＴ（ｓｉｎｇｌｅ－ｓｌｉｃｅｈｅｌｉｃａｌｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ，ＳＳＣＴ）开始应用于临床，因其特有的容积数据采集，使后处理技术在临床中的应用逐渐成熟起来。

它改变了传统的显示方式，且具有多种后处理功能。

以ＣＴ血管造影为代表的三维后处理技术，具有无创、扫描时间短、操作简单灵活和重复性好等优点，但是，由于单层螺旋ＣＴ本身的容积覆盖速度仍不能满足大范围扫描的要求，操作者不得不增大层厚和螺距，使后处理图象的分辨力下降，图象伪影增多，后处理图象质量欠佳限制了其在临床中的广泛应用。

１９９８年，多层螺旋ＣＴ（ｍｕｌｔｉ－ｓｌｉｃｅｃｏｍｐｕｔｅｄｔｏ－ｍｏｇｒａｐｈｙ，ＭＳＣＴ）的推出是ＣＴ发展史上的巨大飞跃。

多层螺旋ＣＴ结合了多排探测器及螺旋容积扫描的优点，大大提高了扫描速度和图象质量，使一次屏气大部位薄层扫描和一次注药多期扫描成为可能，为疾病的诊断提供了更全面、清晰、直观的影像依据。

多层螺旋ＣＴ与单层螺旋ＣＴ相比，具有扫描速度更快、层厚更薄、纵轴分辨力更高等优点，使采集的信息量明显增加，后处理图象的质量有了明显的提高，达到了各向同性，从而使后处理技术得到了常规应用。

近几年，多层螺旋ＣＴ发展迅速，已从１９９８年的双层发展到现在的６４层，将来将发展为平板ＣＴ。

目前ＣＴ进展主要体现在多层螺旋ＣＴ及其后处理技术和灌注扫描上，而前者的应用也保证了后两者在临床诊断中发挥更大的作用。

多层螺旋ＣＴ相对于单层螺旋ＣＴ的优势在于：①提高时间分辨率：扫描速度的提高缩短了病人的屏气时间，并减少了因运动或胃肠蠕动及心跳产生的伪影。

②提高Ｚ轴的空间分辨率：采用多排探测器既明显提高了扫描速度，延长扫描部位，又因其可完成薄层扫描及重建而提高了Ｚ轴的空间分辨率，使处理后的图象更清晰，达到了各向同性。

③提高对比剂的利用：由于扫描速度的提高，可采用更快的速度注射对比剂，使血管的对比更明显；对一部分以ＣＴ血管造影为目的的扫描可减少对比剂用量，可完成长部位或多期扫描，达到一次注药，全面观察。

扫描速度的提高也对对比剂的应用，尤其是延迟时间的要求更为严格，扫描时间过早或过晚都会影响疾病的诊断。

目前常用的延迟时间个体化的方法有试验注射及团注追踪。

前者是采用小剂量对比剂（１０～１５ｍｌ）及低ｍＡ进行同层动态扫描观察主动脉强化高峰时间，再行正式增强扫描，对延迟时间的判断更为准确，在国外应用较为广泛，但由于增加了扫描时间及对比剂用量，在国内尚无法普及；后者为注射对比剂后先以低ｍＡ同层动态扫描，并同时监测主动脉强化程度，一旦强化达到预定的ＣＴ值，即起动程序，开始扫描（期间有４～１０ｓ的启动间隔），此方法曾一度是关注的热点，但具体临床应用价值尚存在争议。

故目前国内常用固定时间的延迟扫描。

多层螺旋ＣＴ常用的后处理方法主要有：多平面重建（ｍｕｌｔｉｐｌａｎａｒｒｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ＭＰＲ）、多平面容积重建（ｍｕｌｔｉｐｌａｎａｒｖｏｌｕｍｅｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ，ＭＰＶＲ），包括最大密度投影（ｍａｘｉｍｕｍｉｎｔｅｎｓｉｖｅｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ，ＭＩＰ）及最小密度投影（ｍｉｎｉｍｕｍｉｎｔｅｎｓｉｖｅｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ，ＭｉｎＰ）、表面遮盖显示（ｓｕｒｆａｃｅ－ｓｈａｄｅｄｄｉｓｐｌａｙ，ＳＳＤ）、容积再现技术（ｖｏｌｕｍｅｒｅｎｄｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ＶＲＴ）、仿真内窥镜（ｖｉｒｔｕａｌｅｎｄｏｓｃｏｐｙ，ＶＥ）等。

多平面重建的冠状位、矢状位、斜位及曲面图像能多角度地显示病变、周围结构和血管的形态及其相互的关系，对判断肿瘤是否可以切除、选择外科手术入路有重要意义。