现代医学影像学中的重要进展

　　近年来，影像诊断学的一个重要进展，就是图像融合技术的发展与应用。由过去单一的形态学诊断进入到功能与形态相结合多学科多层面的综合影像学诊断。图像融合包括硬件与软件，是一个全自动图像配准及多种图像的解读技术，它不仅具有全自动功能与解剖图像的融合，还可以让具有不同特征的影像在同一平台显示、解读，对比与分析，为临床诊断与治疗之间架起了一座高速、流畅的桥梁，图像融合较引人瞩目的产品，就是PET/CT的问世与迅速在临床的推广应用。

　　2000年美国核医学杂志(J Nucl Med)首先报道了Beyer等关于PET/CT在临床肿瘤的初步应用，引起了核医学界与影像学界的广泛关注。几个大的厂家分别推出了它们的产品。到目前为止，全世界已有400余台PET/CT在医院应用，内地、台湾、香港等地已安装了20多台。2003年美国核医学年会，欧洲核医学年会，PET/CT的论文与讲座成为会议的热点。Signore Alberto在2003年欧洲核医学年会的总结报告中指出“我们需要进一步增加PET，特别是PET/CT在欧洲的数量，同时也要进一步开发相应的PET/CT的显像剂。”Schiepers等报道169例PET与PET/CT同时检查的结果，发现单独应用PET有16%的假阳性，6%的假阴性。同时对疾病分期的准确率，应用PET/CT后提高12%，定位准确率提高9%，假阳性率降低16%。Blums-tein等应用11C-胆碱PET/CT显像，诊断前列腺癌，与病理诊断的准确率为90%，阳性预测值(PPV)为97%，优于MRI、螺旋CT与超声检查结果。

　　一、为什么“图像融合”引起人们的高度关注

　　医学科学随着电子学、工程学、生物学、信息科学的进展，本身也在不断充实与提高。人们对疾病的认识已从“大体解剖诊断”进入到“细胞病理诊断”和“分子生物学”诊断治疗时代。因此，对影像学诊断的要求，也不断在提高。一个全面的临床诊断，至少应回答以下的问题:

　　(1)病变的形态学诊断，包括部位，形态与结构的特点。

　　(2)病变的生理功能的诊断，包括病变血流供应，组织代谢受损情况。
　　
　　(3)病变的组织定征(Tissue Charac-teristics)，例如心肌梗死病人某些心肌组织究竟是坏死还是冬眠？
　　
　　(4)肺内结节性阴影的定性。某些恶性肿瘤的特异性单克隆抗体的影像诊断。

　　(5)分子影像(Molecular Imaging)诊断，要求多学科，多种显像装置图像的结合(如MRI，光学相关断层显像，超声，核医学PET等)。

　　要回答上述问题，决不是某一种单一的显像装置所能解决的。因此，要求多种影像特征图像的有机结合，才能全面的了解病人局部与全身的病理生理情况，为临床有效的治疗提供确切的资料与信息。

　　二、图像融合的方法

　　目前有两种图像融合的技术，即通过软件程序可以将PET的功能显像与CT或者MRI的解剖图像注册、配准或融合。另一种方法即硬件图像融合，例如目前已应用于临床的PET/CT装置。这两种方法的比较，见表1。

　　这两种方法各有优缺点，从理论上讲，硬件方法优于软件，但目前还未见严格的临床对比报道。对于一些已经分别装备有CT和PET的单位，再花巨资购置一台PET/CT，从资源配备与经济上考虑是否合适？特别是国内目前还缺乏这种有效的图像融合软件，进行软件程序的研究开发仍有一定的前景。

　　硬件图像融合，第一个能够将解剖与功能图像融合的商品是Hawkeye(GE Medical Systems)，由一台双探头符合线路的SPECT与低分辨率单层CT组成。其优点是价格较便宜，适合于发展中国家; 缺点是: 无论从正电子显像或是CT图像，空间分辨率均较差。美国HCFA从2000年12月起医疗保险不予支付F18-FDG符合线路探测显像(CDI)。目前较成熟的产品为PET/CT。21世纪初相应问世，如西门子公司的Biograph，CTI公司的Reveal，GE公司的Discovery以及飞利浦公司的Gemini均已成商品并在全世界临床应用(图1.a，b，c)。其中，新晶体和新材料在PET探头应用，如硅酸镥(LSO)，硅酸钆(GSO)，硅酸钇(YSO)，LSO晶体的PET与GSO晶体的PET已有商品出售，CT也由单层CT增加至16层，32层，大大减少了扫描时间，增加了时间与空间分辨率。关于几种晶体的物理特性，见表2。

　　三、图像融合的临床价值

　　1. 肿瘤的定性、定位、分型、分期以及复发监测的应用

　　Schoder等报道100例PET/CT与PET显像的对比，结果见表3。可见PET/CT的应用，提高了临床诊断的准确性，降低了不确定性，使56%的病人得到明确影像学诊断。Israel等报道，134例肿瘤病人PET与PET/CT检查的结果，他们发现，PET/CT确诊34个为PET遗漏的恶性病变。排除恶性的有3例，导致改变分期的有3例。总之，12%的病例PET/CT改善了其诊断准确性。从表3也可看出，PET/CT对头颈部与腹部/盆腔病变诊断特别有价值(图2)。

　　2. 心血管病的应用

　　2002年以前，PET/CT主要应用在肿瘤的探测、精确定位以及临床分期等方面。2003年以后，在心血管病的应用逐渐增加。到2005年，PET/CT的应用可达40%左右。

　　a. 定量测定心肌血流量

　　定量测定心肌血流量(探测心肌缺血，图3)是PET优于其它无创性显像技术的特点之一。如果能将核素心肌血流的分布图像与冠状动脉显影(CTA或MRA)的图像融合无疑对冠心病的诊断与制定血运重建术方案有着重要的价值。定量测定心肌血流量，不仅大大提高冠心病诊断的准确性，也为测定冠状动脉血流储备(CFR)提供了一个独特的方法，为早期冠心病患者的诊断与估价冠状动脉血管反应性提供了新的手段。

　　b. 灌注/代谢图像的配准

　　测定存活心肌

　　16层或32层的螺旋CT采集的图像可以较为准确的得到心脏的解剖结构，减少呼吸及心脏搏动造成的伪影，并为PET显像提供衰减校正数据，明显缩短采集时间。用13N-氨可以进行PET心肌灌注显像，由于13N的半衰期极短，可以重复显像，与18F-FDG心肌代谢显像结合，根据心肌灌注代谢匹配与否可以判断心肌存活(图4)。加上CT采集的数据，可以有效的减少下后壁的膈肌衰减、前壁的乳房衰减引起的误判。所以，融合后的图像理论上应该可以提高对存活心肌的检测的准确性，但尚需要进一步的临床研究。

　　c. CT斑块显像与PET斑块生化

　　显像相结合评估斑块的易脆性

　　动脉粥样硬化斑块显像，对探测不稳定性斑块，评估预后具有重要的临床价值，国际上已开展了此方面的研究，也取得一定进展。目前的方法有血管内超声成像与光学相关成像等，但其缺点是需要冠状动脉内插管，属有创性检查; 而CTA与MRA虽可探测斑块的软、硬度，但不能判定其准确生化成分。放射性核素标记生化成分并进行显像已经开展了广泛的研究。如Carrio等报道用111In标记抗动脉粥样硬化斑块脂质的单克隆抗体(Z2D3)，进行了人颈动脉粥样硬化斑块显像，取得良好效果，11例行颈动脉斑块剥脱术患者，111In-Z2D3显像全部阳性，并经病理证实。但要想显示冠状动脉内的斑块，目前仍很困难，必须从探测仪器、探测技术、显像剂的高度特异性与很高的靶/本底比值、血本底清除快等方面取得突破性进展。

　　d. 基因显像与灌注图像融合

　　随着PET技术在临床诊断和生命科学研究中的广泛应用，以及基因组学、蛋白质组学和疾病基因组学的迅速发展，心脏疾病的诊断和治疗正在从传统的体征观察、常规的实验室检测，药物或者手术治疗等过渡到多种基因和分子水平的检测和治疗。其中从人体心脏显像分析基因、蛋白质表达水平来认识疾病的病因和判断基因治疗效果，无疑是极为重要而且是微观分析无法取代的特异检测方法。它将有助于提供全新的预防、诊断和治疗手段。由于基因显像要求显像的分辨率较高，所以以往的研究多用micro-PET和动物模型进行。随着PET/CT的临床应用和PET显像技术的不断进步，人体的基因显像成为可能。在未来，将心脏的基因显像与灌注图像、解剖结构融合，对于判断心肌细胞的基因表达情况、制定临床治疗方案包括基因治疗等都有重要的价值。

　　随着软件和硬件的不断进步，图像融合技术得到完善和发展，临床应用的经验也逐步积累，在未来可能成为核医学显像的一种重要手段。