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医学影像学(Medical Imaging),是借助于某种介质(如X射线、电磁场、超声波等)与人体相互作用,把人体内部组织器官结构、密度以影像方式表现出来,供诊断医师根据影像提供的信息进行判断,从而对人体健康状况进行评价的一门科学。医学影像学可以作为一种医疗辅助手段用于诊断和治疗,也可以作为一种科研手段用于生命科学的研究。利用医学影像学诊断脑部疾患的方式主要包括CT、MRI、超声、数字减影、血管造影弥散张量成像(DTI)、大脑核磁白质纤维束成像(DTT)等。以下为脑病影像学常见检查:

一、电子计算机断层扫描(CT)

CT(ComputedTomography),即电子计算机断层扫描,它是利用精确准直的X射线、γ射线、超声波等,与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描,具有扫描时间快,图像清晰等特点,可用于多种疾病的检查;根据所采用的射线不同可分为:X射线CT(X-CT)、超声CT(UCT)以及γ射线CT(γ-CT)等。

(1)原理:根据人体不同组织对X线的吸收与透过率的不同,应用灵敏度极高的仪器对人体进行测量,然后将测量所获取的数据输入电子计算机,电子计算机对数据进行处理后,就可拍摄下人体被检查部位的断面或立体的图像,发现体内任何部位的细小病变。

(2)特点:

● ①密度分辨力高,可直接显示X射线检查无法显示的器官和病变。

● ②检查方便、迅速而安全,只需患者不动,即可顺利完成检查,易为患者接受,且随诊方便,尤其是对于急诊病人能较快做出诊断,对争取时间抢救病人起到重要作用。

● ③与核素扫描及超声图像相比,CT图像清晰,解剖关系明确,病变显示好。因此,病变的检查率和诊断准确率高。

● ④与MRI相比,CT的清晰度高,但容易出现成像变形。


(CT机)

二、核磁共振成像(MRI)

MRI是断层成像的一种,它利用磁共振现象,通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波,以绘制成物体内部的结构图像的检查。MRI检查常用的检查序列有SE 自旋回波序列、FSE/TSE 快速自旋回波序列、IR 快速反转序列、GE/GRE 梯度回波序列、EPI 回波平面成像五种。

(1)原理:MRI是随着计算机技术、电子电路技术、超导体技术的发展而迅速发展起来的一种生物磁学核自旋成像技术。它是利用磁场与射频脉冲使人体组织内进动的氢核(即H+),使人体中的氢质子受到激励而发生磁共振现象。停止脉冲后,质子在弛豫过程中产生MR信号。通过对MR信号的接收、空间编码和图像重建等处理过程,产生MR信号,然后经计算机处理成像。

(2)特点:

● ①MRI对人体没有电离辐射损伤。

● ②原则上所有自旋不为零的核元素都可以用以成像,例如氢(H)、碳(C)、氮(N和N)、磷(P)等。

● ③软组织结构显示清晰,对中枢神经系统、膀胱、直肠、子宫、阴道、关节、肌肉等检查优于CT。

● ④MRI能获得原生三维断面成像而无需重建就可获得多方位的图像。

● ⑤各种参数都可以用来成像,多个成像参数能提供丰富的诊断信息,这使得医疗诊断和对人体内代谢和功能的研究方便、有效。

● ⑥与CT相比,MRI成像空间不变形,但图像清晰度较低。


(MRI检查结果)

三、弥散张量成像(DTI)

DTI是一种描述大脑结构的新方法,也是当前唯一能有效观察和追踪脑白质纤维束的非侵入性检查方法。目前,DTI主要用于脑部尤其对白质束的观察、追踪,脑发育和脑认知功能的研究,脑疾病的病理变化以及脑部手术的术前计划和术后评估。

(1)原理: DTI是弥散成像的高级形式,可以定量地评价脑白质的各向异性。在此成像方式中,不止用单一的梯度脉冲,而至少需要施加 6个非共线方向弥散敏感梯度,最简单的方案就是X, Y, Z, XY, XZ, YZ方向。二阶弥散张量为 1个 3 * 3的矩阵,通过被称为相似变换的数学方法,可以消除矩阵内非对角线的各项。这相当于重新设定体素内的 Z轴方向,以使它位于脑白质束的主要方向。此方向被称为主要本征向量。此方向上的弥散系数被称为主要本征值,除了主要本征向量和本征值外,还在垂直于新的Z轴方向(新的 X 和 Y 轴)上描述新的本征向量。

(2)特点:

● ①可以在活体无创性显示白质纤维束的走行、病理及与肿瘤、病变等的关系。

● ②成像时间明显短于一般的生理运动(如:呼吸、心跳等),使运动伪影大为减少。

● ③单次激发EPI的空间分辨率和信噪比均较低,磁敏感性引起的变形较明显。


(DTI检查结果)

四、大脑核磁白质纤维束成像(DTT)

随着计算机软件的不断开发和应用,人们利用弥散张量成像(DTI)技术所获得的数据进行大脑白质纤维束成像,即大脑核磁白质纤维束成像(DTT)。DTT是DTI技术的进一步发展,它可辨认大脑内的白质纤维通道及其之间的相互联系。

(1)原理:DTT 成像的基本原理是假设弥散张量成像中的最大本征值λ1代表局部占优势的纤维轴索的走行方向。Mori等专家最早于 1999 年利用动物进行试验,并成功显示大脑白质纤维的 3D 结构。DTT的计算方法大致可分为两种方法:一种为线形扩展法,该方法是将局部张量信息作为扩展的一个步骤;另一方法为能量最小法,其法为应用最小的能量发现两个预先设定的像素之间的最佳通道,该法又可分为两种,快速行进法(FMT)和模拟退火法(SAA)。

大脑核磁白质纤维束成像(DTT)的治疗范围广泛,目前已大量应用于多种脑部疾病的诊断及治疗当中。上海东方医院国际脑病中心李彦文副主任通过DTT成像结果探寻脑内穴位与体表穴位关系,研究造成脑衰老的根本原因——脑部神经组织的衰老以及死亡。根据脑内穴位与体表穴位关系对患者进行体表针灸,缓解由脑衰老引起的记忆力衰退、反应力衰退、注意力不集中、性情大变等症状,改善脑衰老患者的生活质量,帮助患者尽快回归正常生活。

(2)特点:

● ①可直观地观察白质纤维的走行轨迹及其与其他白质纤维束和灰质核团之间的关系。

● ②一旦各种白质纤维束的轨迹获得重构,通过对比观察某一纤维在3D重构图和2D平面图上的表现,可使2D彩色图中不同纤维束更加直观和易于确认。

● ③所成图像清晰,空间分辨率高,且对移动不敏感,化学移动伪影和磁场敏感伪影亦比较少。


(DTT检查结果)

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