CT、MR技术进展与核医学影像

近年来，医学功能影像领域各种新技术层出不穷，已成为多学科交叉的研究热点。特别是CT、MR功能成像技术发展迅速，在中枢神经系统疾病、心血管系统疾病、以及肿瘤诊断中已有较多基础和临床初步应用结果，且部分技术发展前景广阔，这对核医学影像（SPECT、PET）所具有的传统优势在一定程度上带来了冲击或挑战。作为核医学工作者，应主动适应新世纪相关影像设备、技术发展带来的机遇和挑战，不断丰富和拓展核素显像在医学实践中所具有的特色和重要作用，使核素显像能够与其它影像诊断技术形成优势互补之势，才能立于不败之地。
一、CT、磁共振设备的技术进展
（一） CT设备的技术进展
1、宽探测器多层采集螺旋CT（多层螺旋）
多层探测器的设计分为对称性、非对称性和对称/非对称混合方式，依列数又有4、8、16、34列之分。为了满足于大量原始数据的采集和实时重建，多采用大容量计算机或多台计算机并列处理方式来改善工作流程。多层CT采集的层厚均已在0.5cm/层以下，最大螺距已可达13 : 1，采集速度在全层扫描均可达到0.5秒以下，作容积采集时实际上的X线剂量较高。多层CT需要较大容量、长寿命的X线管球。锥形束（cone bean）扫描时，X线对中心部份与边缘部分探测器阵列的入射角有差异，可产生锥形束伪影。临床可用于大范围扫描、多期增强扫描、不屏气扫描，以及急诊、危重、小儿等患者的快速检查。容积采集的数据可作为高层次的CT研究如CTA、仿真内窥镜等。
2、平板探测器CT--容积CT
以平板（FP）探测器代替传统的X线CT探测器，用一定宽度的平板探测器与X线管球连动，在旋转中直接采集对应的一定厚度体积的容积性（而不是层面）信息，经计算机处理后形成层面的或三维的影像，在成像原理、机器设计、信息模式、成像速度、射线剂量、运行成本等方面是今后1~2年内CT的又一次技术突破。
3、大孔径CT
孔径72~85cm，满足放射治疗病人的定位与治疗计划系统的要求。
（二） 磁共振设备的技术进展
1、3.0T MR设备
3.0T MR属超高磁场设备，比常规高场设备具有更好的图像信噪比和更好的性能参数，如梯度场强可达40mT/m，切换率可达150mT/ms，从而可使TE更短，每次TR可获得更多的层面，更不易受运动的影响。其B值可大于10000s/mm2。其优越性体现在神经系统功能成像(fMRI)、心肌灌注与冠状动脉MRI、多体素MR频谱（MRS）分析与常规MR融合成像，同时也可广泛应用于胸腹部、脊柱、四肢关节、全身血管成像。
2、双梯度 (twin speed) MR设备
采用了一套高梯度场强、高切换率系统和一套相对低的梯度场强和切换率系统如51mT/m (20+31mT/m)。前者专用于心脏、神经和一些小视野（FOV）的高分辨率精细扫描，速度快，成像分辨率高，有利于完成fMRI、弥散成像、MRS等高级成像技术检查；而后者则主要应用于腹部、脊柱等大范围的全身疾病诊断。
3、中场超导开放型或更短磁体MR设备
便于儿科和不合作病人的检查，同时可开展MR介入诊断、治疗和MRI监测下的颅内手术完成。
4、线圈
专用线圈的发展如肢体血管成像、功能性成像、经食道心脏和大血管成像。
5、成像功能与技术
心电（EKG）加导航门控的心脏MRI（心肌灌注）、自动心脏形态功能及动态显示软件包（冠脉血流储备和应力性灌注成像）、冠状动脉成像、张力性成像（体素各向同性--各向异性转换）、SENSE技术、MRS（MRSI、MRCI）、血管内腔镜技术。
二、中枢神经系统CT、MR功能成像与脑核素显像
1、脑CT灌注成像
一般螺旋CT均具备该项检查功能，可以得到CT灌注峰值时间（PT）、峰值（PH）、平均通过时间（MTT）、局部脑血容量（rCBV）、脑血流量（rCBF）等定量分析参数、曲线和图像。该检查主要应用于急性脑缺血病人（发病6小时以内）或超急性脑缺血病人（发病3小时以内）的早期诊断。与核素显像比较，CT灌注成像有较好的空间分辨率和时间分辩，且检查方便、迅速，适合急诊病人；但脑CT灌注成像仅能反映脑组织血流灌注的生理或病理生理状况，不能反映脑组织或神经元的代谢状况，尤其是对脑缺血半暗区（可恢复的缺血灶）和梗死区的判断有较大困难，而核素显像可弥补CT灌注成像代谢信息缺乏的不足。同时，CT灌注检查尚缺乏一整套完整的生理性（如过度换气、认知）和药物等负荷、干预或介入条件下的灌注成像方法和判断标准，缺乏对脑循环储备功能的判断；此外，少数病人也存在对CT造影剂过敏的问题。
2、脑MR灌注成像
MR灌注成像的原理与CT灌注成像相似，静脉快速注射造影剂后观察造影剂的磁化敏感效应导致的脑组织信号逐渐下降，以及造影剂流过脑组织后信号逐渐恢复的过程，同样可以得到MR灌注峰值时间（PT）、峰值（PH）、平均通过时间（MTT）、局部脑血容量（rCBV）、脑血流量（rCBF）等定量分析参数、曲线和图像。该检查也主要应用于急性或超急性脑缺血病人的早期诊断。临床上常与MR血管成像（MRA）同时进行，既可以获得局部脑组织的缺血信息，又可以获得相应脑血管狭窄或阻塞的具体解剖定位，并可以进行治疗前后的疗效观察。脑缺血病灶处表现为局部PT和MTT延长，rCBV 和rCBF下降，特别是当常规MRI结果正常而MR灌注异常时临床意义较大。脑MR灌注成像与核素代谢显像相比，单纯MR灌注显像还不能确认脑组织是否存活，且急诊病人体内外金属物品或器械也限制了其临床范围。
3、MR扩散加权成像（DWI）
采用MR平面回波成像（EPI）技术以检测细胞内外水分子的扩散，脑缺血发生数分钟后细胞外水分子开始向细胞内转移，DWI可检测到这一现象，表现为表观扩散系数值（ADC）的降低，使病变处DWI信号增高。急性脑缺血早期，由于缺血部位细胞内水肿而在扩散加权像上表现为高信号，DWI也可以鉴别扩散受限的细胞内水肿和扩散不受限的细胞间隙水肿。DWI上的高信号部分主要为脑组织已经梗死的部分，而MR灌注异常则显示梗死区和缺血半暗带的总和，两者相减可得到缺血半暗带或可逆的缺血灶。与核素显像比较，DWI在诊断早期脑梗塞方面已占有较大优势，但对短暂性脑缺血（TIA）发作或脑血流灌注储备状况降低却不能显示，这方面核素显像仍可发挥其优势。
4、MR波谱分析（MRS）或MR化学成像（MRCI）
主要是通过研究脑功能区局部代谢产物含量的变化，从而得到反映局部能量代谢的病理生理改变的波谱信息，与MRI融合后得到波谱成像（也叫MRCI）。MRS的初步临床经验证实，脑缺血时的局部乳酸盐有异常聚集，将波谱图与常规MR图叠加融合，可同时观察解剖和代谢产物信息。该检查也可对肌酐、胆碱等进行波谱成像，如颞叶癫痫病人的磷谱和质子谱，观察癫痫灶部位磷酸肌酸和无机磷（PCr/Pi）的比值（若降低50%有意义）和天门冬氨酸（NAA）/肌酐（Cr）+胆硷（Cho）均降低，有时也可见乳酸（Lac）峰出现。对脑肿瘤而言，PCr/Pi比值、NAA和NAA/Cr+Cho峰的异常改变反映局部肿瘤残留或复发，有利于脑肿瘤治疗后复查时与局部术后改变或放疗后坏死的鉴别诊断。对一些低度恶性的星形细胞瘤（如星形细胞瘤1~2级），其检查结果的准确性优于FDG PET。
5、脑功能MRI（fMRI）
实时脑功能成像主要采用血氧水平依赖法（BOLD），利用内源性脱氧血红蛋白在高场磁体中的磁化敏感效应，显示视觉、躯体运动、躯体感觉、听觉、语言、认知和情绪等的脑功能区和功能活动情况。BOLD成像除在神经科学基础领域被广泛采用外，临床应用主要是显示脑肿瘤与局部脑功能区的关系，有利于个体化手术方案制定。但fMRI与核素显像不同的是，得到的功能信号并不是来自功能区脑细胞直接的功能活动，而是来自功能区活动引起的局部脑区内毛细血管床内和小静脉内的血液供应量或脱氧血红蛋白含量的变化，其高信号区并非是真正意义上的脑功能区。fMRI与核素显像比较，最大优势在于可以实时观察脑功能的变化，在神经认知科学和中医经络学研究上有很大的发展空间。
6、脑磁图（MEG）或脑磁源成像（MSI）
国内已有单位引进，显示的是脑组织内的磁场状况及异常改变，与脑电图比较，病变局部的脑磁改变要早于脑电的改变，这是有发展前景的一项技术，特别是对癫痫病灶定位很有价值，其对癫痫病灶定位的准确性要高于其它无创性检查方法。
三、心血管系统CT、MR进展与核素显像
1、CT、MR心肌灌注成像
高档次CT、MR均可开展首过法和延迟法心肌灌注成像，用心电门控触发成像，其时间分辨率可达到亚秒级，配合药物负荷（如潘生丁负荷）可明确诊断心肌缺血，临床结果与核素心肌灌注显像有极好的相关性，且图像分辨率优于核素显像，前壁和下壁病变不受乳腺和膈肌的影响。MR延迟增强或灌注有利于提高不可逆心肌缺血或梗死灶的检出。高空间分辨率的CT、MR影像甚至可发现心内膜下的小梗死灶。同时，MR可使用不同增强效果的对比剂（如顺磁性、磁敏感性、心血池对比剂等）以便相互验证结果，这些技术目前已经开始在临床试用
2、CT、MR动态心脏形态和功能成像
采用不同的方法如心电门控、导航技术、可变速扫描、方格标记心肌运动和SENSE技术来获得动态心脏形态和功能定量分析参数，如心动周期内的心室容积变化、射血分数、室壁的节段运动状态或矛盾运动、室壁增厚率等。与核素显像相比，CT、MR的优势在于可以同时、反复观察左、右心功能，可以观察瓣膜的返流状态以判断乳头肌的受累与否；MRI亦可不使用或使用不同对比剂；此外，CT和MR均可以达到实时成像。现多数CT、MR厂家均有心功能定量分析的软件包，已开始成为常规检查内容之一。
3、CT冠状动脉钙化和软斑块分析
钙化是冠状动脉粥样硬化标志，但冠状动脉粥样硬化可以无钙化。对40岁以下的病人，若发现冠状动脉钙化则很有临床意义。高档次螺旋CT对冠状动脉钙化灶的检出率大致同电子束CT（EBCT），但CT所见钙化程度与定量分析与实际冠状动脉狭窄程度的关系尚在进一步研究中。值得一提的是，高分辨率CT冠状动脉软斑块成像的临床应用很有价值，与X线冠状动脉造影的结果有较好的一致性，这对指导临床治疗很有意义；缺点是不能显示冠状动脉远端或微小血管的病变状况，若能结合核素心肌灌注显像一起来研究，则临床价值会更大。
4、CT、MR冠状动脉解剖成像
冠状动脉是心血管系统CT血管造影（CTA）和MR血管造影（MRA）的重点发展方向，主要用于PTCA术前病例筛选和PTCA或冠脉搭桥术后的疗效判断、随访，已开始临床研究。但显示的血管尚局限于冠状动脉主干，病变检出与X线冠状动脉造影的结果有较好的一致性，但有部分假阳性结果。此外，CT、MR冠脉主干血流储备功能也正在研究之中。
5、CT、MR肺灌注或肺血管成像
主要应用于肺血管畸形、肺动脉栓塞、肿瘤侵犯肺血管和肺功能的判断。从临床应用结果分析，CT、MR对肺血管较大分支病变的诊断价值大，肺小血管或毛细血管床病变仍是核素显像价值较大
6、心肌MR波谱分析（MRS）技术
应用于心肌存活的研究。根据心肌高能磷酸代谢产物的变化，特别是局部有无3-磷酸腺酐（ATP）的存在来判断心肌是否存活（冬眠）或梗死。以局部心肌是否存在有细胞代谢活动来判定心肌是否存活是公认的金标准，而目前公认的能判断心肌是否存在有细胞代谢活动的有两种检查技术，即MRS和PET。31P-MRS可以定量分析缺血心肌和梗塞心肌的细胞高能磷代谢状况，测定其重要代谢物的含量、动力学和细胞内pH值。31P-MRS可显示三个波峰，提供无机磷( Pi )、磷酸肌酐( PCr )和三磷酸腺苷( ATP )等量化资料。PCr/ Pi和PCr/ATP比值是心肌能量储备的一个指标，随着心肌缺血的加重，心肌PCr含量降低，Pi含量增高，PCr/Pi比值随之减低，组织pH值也随之降低；但在PCr消失前，ATP含量保持不变。坏死心肌中无PCr或ATP，但其中有存活心肌时则可含有PCr或ATP，故31P-MRS可以较准确地鉴别心肌是否存活。心肌缺血的31P-MRS的动物实验已证实，完全结扎冠状动脉后5-10分钟，心肌PCr含量迅速下降80%，同时伴Pi含量升高，而ATP含量下降相对较晚且变化缓慢。部分冠状动脉狭窄后的动物模型中，局部心肌的PCr、ATP和Pi含量均无明显变化。心肌再灌注的31P-MRS的临床试验显示，pH或PCr峰较快恢复正常，而ATP峰仍处于相对的低水平，恢复相对缓慢，Pi峰也逐步恢复正常。心肌可逆性损伤（存活心肌）与心肌不可逆性损伤的最大区别是PCr峰再现和Pi含量的恢复，而心肌不可逆性损伤的PCr峰不能恢复。慢性心肌缺血病人（冠脉狭窄>70%）的31P-MRS显示，静息状态下心肌的PCr/Pi和PCr/ ATP比值在正常范围内，心肌负荷下PCr/ Pi和PCr/ ATP比值下降，休息后重新恢复正常。
四、CT、MR肿瘤功能、代谢分析与核素显像
1、肿瘤MRS
三维（3D）波谱采集（MRSI、MRCI），可以显示局部胆硷、天门冬氨酸、肌酸、乳酸等代谢产物的分布，已应用于肿瘤的定性诊断和分级、肿瘤复发判断等研究工作。从目前临床应用结果看，MRS或MRCI对前列腺癌的早期诊断、临床分期和脑胶质瘤术后放疗后复发的诊断价值是肯定的。
2、MR组织或肿瘤特异性增强对比剂（靶向对比剂）
靶向对比剂的使用可以突出肿瘤与正常组织的对比度，达到定性诊断目的。正在研制或已研制成功的MR对比剂有细胞外液对比剂、血池对比剂、肝胆对比剂、网状内皮系统对比剂、受体对比剂、抗体对比剂等。与核素标记显像剂不同，这些靶向对比剂仅仅被靶组织或靶器官特异性吸收，并不参与组织的代谢过程，其对病变的生物代谢或组织特异性的示踪层次与核素显像有所不同。靶向MRI是新兴的课题，肝胆、网状内皮系统对比剂已进入临床研究，锰二砒多醛二磷酸（Mn-DPDP）是肝脏阳性MR对比剂，由肝细胞摄入经胆汁排出，使正常肝组织呈阳性增强并与肿瘤组织间形成对比。超顺磁性氧化铁颗粒（USPIO）可以被肝脏网状内皮系统的Kupffer细胞吞噬，亦可由脾、骨髓和淋巴结等网状内皮系统摄取，静脉注入USPIO后使MRI检出的小肝癌和转移癌的直径可达到3cm。其它抗体、受体型MR对比剂尚处于动物实验阶段。
3、解剖结构与代谢产物影像融合技术（MRI+MRS）
在常规MRI图像上对代谢产物的分布状况进行显示，实用于局部组织病理活检、肿瘤生物靶区的精确适型放射治疗和疗效的观察，如对脑肿瘤和前列腺癌病变有胆碱聚积的局部进行活检或定向治疗。
五、核素显像应与CT、MRI形成学科优势互补
1、加速研发各种类型的核素显像剂，
从器官水平--细胞水平--分子水平（分子或生物分子核医学）发展，重点突出组织或靶器官的功能代谢特异性，如神经递质、肽类显像、受体（配体）或抗体显像、抗肿瘤药物显像、凋亡因子或抑癌基因表达显像等，且进一步使核素或核素标记的显像剂生产正规化、商品化、多元化。
2、进一步拓宽核医学功能代谢显像的方式和方法
如多种显像剂联合应用，生理性、药物性等的介入或干预显像，定量方法的进一步完善，介入核素显像等。
3、同机融合显像设备的发展
PET/CT（如Discovery、Biography等）和SPECT/CT等的进一步完善、发展，既突出功能代谢特征，又取得高空间分辨率的图像，并与临床医师密切协作，特别是在肿瘤放射治疗、手术活检定位、外科手术入路制定等领域广泛开展基础与临床合作科研项目。
4、开展复合影像诊断技术
通过PACS或HIS系统、工作站与其他各种影像融合（应用图像融合软件），使用X线、CT或MRI已成熟的诊断技术、标准和已知的诊断资料来补充核医学的诊断信息，多渠道广泛开展比较影像学的研究，多培养复合型的核医学人才，以达到整体诊断水平上的优势互补--复合影像诊断技术。