第一章 总论

第一节 放射影像学现状

随着技术的进步，现代医学模式也发生着深刻的变革，以往基于经验的诊疗模式逐渐向基于证据的模式转变。在这场变革之中，医学影像学由于能够展示患者身体内部的结构和功能改变，为医生提供客观的临床观测指标，并且能够长期进行存档，无疑将扮演重要角色，甚至是核心的角色。人类最先进的科学技术，从其诞生开始便很快应用于医学影像学，如X线、磁共振技术、放射性核素等，还有最近备受关注的人工智能技术，还包括多项被授予诺贝尔奖的先进技术。医学影像技术从最初只能显示宏观解剖结构，只能用于疾病的诊断，发展到目前可以显示更加微细结构，甚至组织内分子水平的改变，反映代谢及功能异常，并预测疾病的转归。

放射影像学（radiology）是医学影像学中最重要的一部分，在医院中应用最为广泛，目前主要包括普通X线摄影、计算机体层成像（computed tomography，CT）、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）等，这些检查技术相互补充（图1-1-1），在临床工作中应结合具体病例加以选择，以期发挥最大作用。

病例1

女性，52岁，3年前体检发现左侧乳腺肿物，经穿刺活检确诊为乳腺浸润性导管癌，行左侧乳腺癌改良根治术，术后定期复查。主诉1周前自检乳房发现右侧乳腺外上象限肿物，于当地门诊行超声检查，结果显示“右侧乳腺外上象限不规则低回声肿物，边界不清，边缘见分叶，肿物内可见少量血流”。查体发现左侧乳腺术后改变，左侧胸壁未触及肿物；右侧乳腺外上象限可触及一无痛性肿物，质韧，形态不规则，活动差；无乳头溢液。双侧腋窝、锁骨上未触及肿大淋巴结。

病例2

男性，37岁，以“车祸伤后昏迷1小时”入院。患者2小时前骑电动车被大货车撞伤，头部着地，当时昏迷，呕吐1次，为胃内容物。平车推入病房，查体：深度昏迷状态，查体不配合，血压100/55mmHg；右侧瞳孔4mm，对光反射迟钝，左侧瞳孔3mm，对光反射灵敏；眼耳鼻口无出血；腹部膨隆，移动性浊音阳性，腹肌紧张。

问题

1.如果评估病变性质和程度，上述病例接下来可以进行哪些放射影像学检查？

2.上述检查有哪些新的技术进展应用于临床？

病例1的患者既往有乳腺癌病史，此次发现对侧乳腺肿物，可以考虑进行乳腺钼靶X线摄影（mammography）和乳腺MR检查，见图1-1-2。数字乳腺断层摄影是一种新近应用于乳腺肿瘤诊断的乳腺X线摄影技术。乳腺弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）、磁共振波谱成像（magnetic resonance spectroscopy，MRS）及动态增强 MRI（dynamic contrast-enhanced MRI，DCE-MRI）是近来广泛应用于乳腺疾病诊断的MR检查技术。

病例2的患者为多发外伤，下一步可以进行全身CT扫描并进行三维重建，评估外伤程度；待患者状态稳定后可以进行MR检查评估是否存在脑损伤及损伤的严重程度。弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）、磁敏感加权成像（susceptibility-weighted imaging，SWI）近年来被广泛应用于轴索损伤、脑出血的诊断。

X线摄影曾经是最主要的放射影像学检查技术，目前已经实现数字化，数字X线摄影术（digital radiography，DR）已经成为主流的普通X线摄影检查技术。X线摄影最大的优势在于快速、方便，辐射剂量低，价格相对低廉。而且数字化的X线摄影使得存储、后处理、传输等更加容易和便捷。X线摄影检查的缺点也非常明显，如组织分辨率差，获得的图像无法提供充足的空间信息等，随着CT技术的飞速发展，X线摄影在临床中的应用明显减少。但是临床工作中X线摄影检查在很多方面仍有不可替代的作用，如床旁X线摄影、术中X线摄影、消化道X线造影等。

乳腺及乳腺病变由于其特殊的解剖、生理和病理特性，目前，钼靶X线摄影对于乳腺疾病的诊断仍然是公认的最重要的影像学检查之一，尤其对病变内钙化成分的显示，对鉴别诊断有非常重要的意义。数字乳腺断层摄影是近年来发展起来的一项三维乳腺检查技术，可以通过快速断层摄影，消除组织重叠和结构噪声的影响，更加清晰地显示病变的边缘及内部特征，尤其对于致密性腺体的乳腺，其优势较普通钼靶X线摄影更加明显。由于该技术能大大提高对结构扭曲和轻微非对称病变的显示，因此对于浸润性小叶癌和低级别浸润性乳腺癌诊断意义更大。对比增强能谱乳腺X线成像（contrast enhanced spectral mammography，CESM）是一种通过使用对比剂突出显示血流量增强的区域，以实现乳腺癌检出的新技术，它使用双能量技术，产生类似传统X线摄影的低能量图像和突出显示强化病灶的图像。在乳腺癌的诊断方面，与乳腺MRI有相似的诊断效能。

目前，CT无疑是放射影像学领域内应用最广泛、使用频率最高的检查技术，适用于全身各个部位。CT技术自诞生起也经历了多次重大的改进，硬件提升和迭代重建技术的进步，带来了更加快速的扫描成像，图像质量明显提高，辐射剂量得到有效控制，目前最新的CT成像设备与早期相比已经不可同日而语。日常工作中应用最广泛的依旧是CT平扫、增强及各种三维重建技术，且能够满足大部分的临床需求。除了提供更加精细的解剖结构，一些功能性的CT成像技术也开始逐渐应用于临床。

能谱CT（spectral CT）利用物质在不同X线能量下产生不同的吸收曲线，可提供比常规CT更多的影像信息。目前临床主要应用包括：①去除硬化伪影，利用单能量图像结合金属伪影消除技术能有效减少后颅窝及体内金属伪影；②优化图像质量和对比噪声比，不同的器官、组织及病变对不同能量X线的衰减不同，在某一能量水平病灶与实质脏器之间的衰减差异可以达到最大而噪声值最低，有助于显示一些小病灶，如小肝癌、肺结节等；③物质定量分析，通过碘定量分析等技术，分析待测组织内的物质成分，可以帮助鉴别血栓和癌栓、判定甲状腺结节的性质等；④能谱综合分析，通过分析不同病变和人体组织随X线能量水平的变化而变化的X线衰减系数，从而产生反映不同病变和人体组织对于X线的特征性的能谱曲线，同时根据所得的能谱曲线可计算出该病变或组织的有效原子序数，对疾病的鉴别诊断有重要意义。

低剂量CT（low-dose CT，LDCT）指通过优化扫描条件，如降低管电压和/或管电流，增大螺距，选择合适的图像重建方法等方式，在不明显降低图像质量的基础上尽可能降低CT扫描辐射剂量。目前LDCT已被大量研究结果证实，在肺结节的筛查中有重要的意义。

CT灌注成像（CT perfusion imaging，CTP）是通过静脉快速团注对比剂，对感兴趣区层面进行连续扫描，从而获得感兴趣区时间-密度曲线，并利用不同的数学模型，计算各种灌注参数，能够对组织内血流灌注情况进行定量分析。目前主要应用于肿瘤、脑梗死等疾病中，帮助判定病变的范围、监测治疗疗效等。

增强CT广泛应用造成的对比剂肾损伤也越来越引起重视，因此严格掌握增强CT的应用指征，使用低肾毒性对比剂及减少对比剂用量，对降低对比剂肾病的发生有重要意义。

MRI相较于CT有诸多方面的优势。由于有很高的软组织分辨力，在神经系统、膀胱、直肠、子宫、阴道、骨、关节、肌肉、胎儿等部位的检查有着其他影像学检查无法比拟的优势。MR通过多种参数进行成像，因此相对于只能提供密度改变的CT来说，它可以提供更加丰富的诊断信息，尤其是代谢和功能方面的信息。MRI可以自由选择成像层面，能够反映更加复杂的解剖结构，包括神经根、神经节等其他检查的盲区。此外没有辐射损伤也是其一大优点，为短期内需要多次重复检查的患者提供了一个更加安全的手段。对于血管的显示是MRI另一个重要优势，通过调整扫描参数可以不使用对比剂而进行选择性动脉、静脉成像。常规MRI在临床中应用广泛，甚至已经成为部分疾病诊断的金标准。而且飞速发展的MRI技术为临床提供了许多更加先进，能够进行分子水平及反映功能改变的成像方法。尤其近几年，MRI的应用范围不断拓展，以前很多只能用于少数位置比较固定器官的成像序列被推广到全身多个部位。

MRS是利用MR化学位移原理来测定组织内分子成分的一种检测方法，是目前唯一可进行活体检测组织代谢物化学成分和含量的检查方法。目前临床常用的是质子（1H）和31P波谱。MRS目前在脑内病变的应用最为成熟，其他如前列腺、乳腺等器官内也有应用。31P-MRS目前常用于骨骼肌病变。

DWI基于检测活体组织内水分子的弥散运动状态，帮助判断组织的结构及功能改变，广泛应用于全身各器官和组织。目前临床最常用的是单指数模型DWI，通过计算表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）可以综合反映组织内水分子扩散情况，对于疾病的鉴别诊断有重要的临床意义。但是该模型假设水分子弥散运动呈高斯分布，而实际上水分子的微观运动不仅受组织微观结构的影响，而且受毛细血管内血液微循环无规律方向灌注所致的“假弥散”的影响，所以由单指数模型获得的ADC值是不准确的，并且在较高b值时，DWI影像信号衰减有时呈非线性衰减，即非单指数模型。目前临床应用基于水分子非高斯运动的检测技术主要有基于体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion，IVIM）和弥散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI），通过获取更多参数，更加全面、准确地反映组织结构的改变，但是由于后处理过程比较复杂，其临床应用受到一定限制。

DTI和弥散张量纤维束成像（diffusion tensor tractography，DTT）基于对脑组织内水分子弥散运动的检测，描述大脑结构改变，主要反映白质纤维束的走行及髓鞘完整程度。在脑缺血性病变、轴索损伤、大脑的发育及退化评价、脑肿瘤等方面有重要意义。

DCE-MRI在注射对比剂后，通过高时间分辨率扫描，连续采集多期图像，计算随时间变化的MRI信号强度，反映感兴趣区组织中对比剂的动态增强特性。其不仅能评估组织的血流情况，还能通过提供多个微循环的参数来量化反映组织的病理生理学特征。既可以通过时间信号曲线（time-intensity curve，TIC）定性反映病变的强化方式，也可以通过一些半定量参数，如最大斜率、峰值、达峰时间、曲线下面积等反映病变的血流动力学改变，但是这些参数容易受设备、对比剂及患者基础血流动力学的影响。DCE-MRI定量分析是目前临床应用的热门方向，通过容量转移常数（K_trans）、细胞外间隙容积（V_e）、血管内容积（V_p）、反流速度常数（K_ep）等参数对组织内血流动力学及血管的渗透性进行定量检测，尤其在恶性肿瘤靶向治疗后疗效评估方面有重要的临床价值。将动脉血中的水分子作为内源性示踪剂，不受血脑屏障影响，能对病变的血管灌注进行精准评价，并通过评估肿瘤新生血管进行肿瘤分级。

除上述已经在临床中广泛应用的MR高级成像技术，其他如T₁ Mapping、T₂ Mapping、血氧水平依赖脑功能成像（blood oxygenation level dependent functional MRI，BOLD-fMRI）、灌注加权成像（perfusion weighted imaging，PWI）、SWI、化学交换饱和传递成像（chemical exchange saturation transfer，CEST）等先进的 MR 扫描技术逐渐应用于临床，有利于提供更多定量信息，为精准医学提供更加充足的依据。此外通过压缩感知、全景成像技术等，MRI速度也越来越快，图像的时间分辨率和空间分辨率均得到很大提升，实现了从二维到三维，甚至是四维的功能成像转变，大大拓宽了MRI的应用范围。

各类先进的放射影像学检查方法及庞大的患者群产生了海量的图像数据，但受限于人眼及脑处理信息的能力，临床仅对图像的部分信息进行了提取和分析。充分挖掘、分析隐藏于这些海量图像信息中与患者病理、生理、甚至基因等之间的关系，对疾病的诊治、预后分析将具有重大意义。放射组学（radiomics）由此而生，而且这个概念一被提出，立即受到了广泛关注。基于放射组学的人工智能（artificial intelligence，AI）技术，通过深度学习等算法已经在放射影像数据上进行了大量的研究和开发测试，建立了从病灶检出、病灶分割、病灶性质判断、治疗规划、预后评估等一系列应用模型，目前已经有大量关于肺结节识别、乳腺肿瘤良恶性鉴别、淋巴结转移判定等方面的研究成果，其中肺结节识别软件已经商业化并被部分医院采用。

计算机辅助诊断一直是影像医学所追求的发展方向，除了能大大降低影像医生的劳动强度，同时也能提供更加高效、准确和稳定的诊断信息，降低因为医生经验差异等造成的误诊和漏诊。可以预见的是，未来将有更多成熟和稳定的AI技术应用于放射影像学。

放射影像学技术仍在不断进步，越来越多的成像技术将应用于临床，诊断模式由“定性”向“定量”图像分析方向发展，除了为临床提供更多精确、便捷的诊断信息，也给临床医生带来了挑战，如大量的放射影像学检查造成患者接受过高的辐射剂量，检查方法和策略不科学造成的检查效率低下和重复检查，加重患者的身体和经济负担，这些都是放射影像学发展过程中出现的新问题。因此掌握最新的放射影像学检查指南，规范放射影像学检查在临床中的应用，同样具有非常重要的意义。

（王晓明）