精准医疗 影像先行

成明富

·述评·

精准医疗 影像先行

成明富

2015年1月20日,美国总统奥巴马在国情咨文演讲中提到了“精确医疗计划”，特别强调精准医疗是建立在了解个体基因、环境、生活方式的基础上的新型的疾病治疗和预防的方法。疾病出现形态学上的改变一般都明显晚于基因、分子、代谢及功能变化，因而基于形态学的传统影像学方法在早期发现和诊疗疾病方面具有局限性。现代影像设备不断改进完善，检查技术和方法也在不断创新丰富，单纯依赖放射线诊断的时代已一去不复返，影像诊断已从单一依靠形态变化进行诊断发展成为集形态、功能、代谢改变为一体的综合诊断体系。医学影像学是临床医学技术发展最迅猛、新技术应用最活跃的领域，在精准医学时代面临全新的机遇和挑战。

1 常用影像设备新技术在精准诊疗中运用

计算机断层成像(CT)、磁共振成像(MRI)、正电子发射断层成像(PET)、超声成像等无创成像技术在疾病筛查与诊断流程中得到长期而普遍的使用，新型大型医疗设备具有高空间、高时间分辨率、特定组织信息分辨率及丰富的功能成像，在心脑血管、心脑功能成像、微小病灶、器官的多维可视化等方面技术进步迅速，为精准医疗提供了海量信息及精准诊断。

1.1 计算机断层成像(CT) 自从1973年开始应用于临床至今，在常规体检、疾病筛查与诊断、术前制定及术后评估等方面发挥着越来越重要的作用。现如今多源CT、能谱CT与造影技术已能实现快速的亚毫米精度成像，可实现对被照射物体的性质识别、定量分析或减少X射线辐射剂量等应用，在骨科、心脑血管等组织结构成像上成为新的金标准。CT灌注成像已运用于临床缺血性脑病的评价、良恶性肿瘤的鉴别、肿瘤疗效观察和肿瘤残存与复发的评价。虚拟平扫(VNC)是双能量技术的诸多临床应用之一，与普通平扫相比，不仅提供了足够的图像质量，同时还减少了(26.7±9.7)%剂量，还可进一步获得水(钙)、水(脂)、碘(钙)等多组影像，对于区别对比剂与钙化、判断物质成分等十分有利[1]。计算机辅助检测与诊断系统(CAD)可以利用计算机高速计算、自动处理等优势帮助医师早期发现和诊断肿瘤，例如有利于肺结节检出敏感性、测量结节的生长变化、观察结节形态及密度分析，从而达到早期诊断的目的[2]，进而达到精准医疗。

1.2 MR分子成像技术 是将特异性分子探针与靶分子或细胞结合，通过敏感、快速、高分辨率的成像序列,特异性标识出靶结构，以达到对病灶的定性和定量诊断。随着高场强磁共振的应用，功能性MRI(fMRI)包括扩散加权成像(DWI)、灌注加权成像(PWI)及脑活动成像，在脑、脊髓、关节等软组织成像中优势明显，不仅能实现精准的结构成像，还能通过对血红蛋白分布、水分子弥散等差异性成像反映反应神经元状态，对神经功能进行特异性表征。fMRI在病变的早期预测中能提供有价值的参考，并帮助识别人肉眼难以分辨的核团、纤维束等结构，在临床治疗中实现更好的神经功能保护[3]。扩散加权成像(DWI)是依赖于水分子运动的一种成像方式，能够快速检出肝硬化的小肝癌、胃癌、乳腺癌、直肠癌、前列腺癌等恶性肿瘤，对于全身性有肿瘤转移存在较高的敏感性。水、脂分离磁共振成像Dixon技术能够保证任意的水、脂肪比值，提高信号强度，提高组织结构层次的清晰度，达到水脂彻底分离。多对比度成像技术的一次成像便可获得4种对比度，即水相、脂相、水脂同相、水脂反相，极大提高了病变诊断的特异度、病变检出的敏感度[4]。磁共振波谱(MRS)是目前唯一可测得活体组织代谢化学成分和含量的检查方法，从而鉴别良恶性病变的技术，常用于对恶性脑肿瘤定性及鉴别肿瘤类型，观测肿瘤的治疗反应及预后等[5]。目前，临床应用进展还包括阿尔茨海默病、慢性阻塞性肺病、前列腺癌、乳腺癌、宫颈癌及肝硬化等诊断与鉴别诊断。

1.3 超声成像 具有无辐射和高时间分辨率的优点，通过调整超声频率可同时实现高时空分辨率成像，对浅表病灶进行细致观察，超声分子显像已成为了一种潜在的、较为理想的分子显影方法。超声分子成像研究经历了微泡超声靶向造影剂、非微泡造影技术和超声分子探针三个方面的研发及应用。微泡超声靶敏感地反映微小血管血流动力学特征。超声分子探针应用于监测新生血管生成、靶向肿瘤和新生血管、靶向血栓、靶向于炎症、靶向动脉粥样硬化斑块、靶向淋巴成像[6]。

1.4 正电子发射计算机断层扫描(PET) 是一种核医学影像技术，它能形成全身的立体和功能运作的图像。PET不仅在葡萄糖代谢，而且在酶、受体、蛋白及基因表达水平极为敏感和准确的探测到人体组织在病变中的异常变化。PET-CT是一种新的影像技术，是分子影像学的重要组成部分。该融合机型的本质仍为PET，CT弥补了PET解剖的不足，使其功能更加完美。作为多模态分子影像融合技术的成像系统，在肿瘤方面的应用、心血管疾病的诊断、在脑神经系统中的应用具有极大的价值。现常在肿瘤的临床分期、疗效评价、良恶性鉴别、寻找原发灶、指导放疗计划等方面应用广泛。在PET/CT图像引导下穿刺活检，指导肿瘤精准治疗，进行精确临床分期、手术可切除性评估。实体瘤疗效评价现以PET/CT作为疗效评价的标准(PERCIST 1.0)具有明显优势，可以通过监测瘤灶的代谢高低，在肿块体积缩小之前早期评价，明显优于仅对解剖形态改变作出评价的RECIST 1.1标准[7]。早期监测肿瘤治疗后的疗效反应，筛选出针对性强、毒副反应较小且敏感的化疗药物，制订个体化的治疗方案，使治疗流程规范化、个体化。PET/CT是现阶段分子影像学在精准医疗中最成熟、典型的应用。

2 新型影像诊断技术在精准诊疗中运用

2.1 化学交换饱和转移 化学交换饱和转移(CEST)成像是一项可以对新陈代谢活性化合物进行检测和成像的磁共振成像技术，因其具有选择性产生T1和T2对比及代谢显像等优点，可用来区分肿瘤类型和代谢特征。CEST成像不使用同位素且无放射性，所以可以用于患者的复查。据报道[8]进行CFST和FDG-PET/CT对比成像，结果显示在肺结节的良恶性鉴别上，CEST成像的作用不低于FDG-PET/CT成像。对乳头状瘤病毒阳性口咽癌患者的病变处行CEST成像，结果显示CEST可以有效区分肿瘤和周围组织分界。CEST成像对头颈部肿瘤的代谢物提供了新的对比度，对放疗患者治疗前后的疗效监测展现出巨大潜力。

2.2 磁性粒子成像 磁性粒子成像(MPI)是一种全新的放射学成像方法，可为人类提供无辐射分子成像。该技术通过探测体内的磁性氧化铁纳米颗粒来生成三维图像，并具有在短短数毫秒之内采集高时间分辨率图像的能力，利用高时间分辨率来解决许多现有成像技术束手无策的问题。有学者实验研究表明[8]，通过MPI动态成像可以估算血流速度，这为评估动脉粥样硬化疾病管腔狭窄等方面具有重要意义。另外，MPI也是一个可用来评估标记肿瘤细胞分布的工具[9]。

2.3 光相干断层成像 光相干断层成像(OCT)是最近发展较为迅猛的光学影像诊断设备之一，从最初在眼部疾病诊断向血管内介入诊断及复杂组织疾病诊断领域扩展。OCT系统在结构上的成像能达到微米甚至是亚微米级，并能实时对成像区域图形进行处理和彩色绘制，同时提供了脑部肿瘤与非肿瘤区域的视图[10]。这样将为医生在术中更易区分肿瘤边界，从而更好地保护正常脑功能区域，提升患者预后效果。OCT作为非侵入性成像方法，在人体皮肤研究中对表皮厚度、皮肤附属器、伤口愈合、细胞外基质和皮肤纤维化、血管畸形、肿瘤和皮肤肿瘤如基底细胞癌和恶性黑色素瘤等具有重要意义[11]。

2.4 高光谱与荧光成像 荧光成像利用荧光物质对组织细胞的特异结合性，实现对病灶组织的标记，目前在临床中主要运用于肿瘤的外科治疗中。虽然MRI,PET等诊断方法也能对肿瘤进行成像[12]，但与荧光成像相比，MRI,PET肿瘤代谢成像存在成本高、速度慢、分辨率比较低等问题，很难精准辨识复杂区域边界。荧光成像的特异性、实时性与无辐射性令其成为功能诊断的发展趋势，在肿瘤组织的动态识别方面应用广泛，并为光动力治疗提供精准引导，为精准的诊疗一体化的实现提供有力保障。高光谱成像(HSI)是基于在特定光谱波长下的病灶与正常组织解剖结构或化学成分的显著差异性来实现精准诊断。目前在高端显微镜、内窥镜中应用逐渐广泛。结合荧光与高光谱两种成像方式的结合运用于肿瘤的诊断方面[13]，可实现肿瘤的精准分级，同时检测肿瘤血流量和血氧饱和度辨识肿瘤的血管生成和肿瘤代谢等信息等，对个体化精准治疗有重要参考意义。

3 多模式诊断体系在精准诊疗中运用

3.1 诊断设备多模式 多模态或多参数分子显像：CT,MRI,SPECT,PET,超声及光学分子成像技术中两种或多种技术的结合。通过各种诊断技术的优势互补，从而达到1+1>2的技术整合。以PET/CT为典型展现，图像融合技术的真正突破是PET/CT机架一体同机融合[14]，继而逐渐开展的PET/MR、三模式PET/CT+MR，上述联合技术的发展必将向多机一体化、扫描快速、高度同步、高分辨力和高度融合的方向发展。目前，PET/CT虽然都叫机架一体，但实际上PET和CT依旧是分开的，并没有达到共同的探测器、共同的旋转平台，以及共同的计算机系统。而半导体探测器具有高的固有灵敏度、分辨率，可以同时实现X射线和γ射线共同成像。MR/PET融合是既PET/CT之后出现的又一联合成像系统。它集成了MR成像和PET各自的优点，相比PET/CT而言，可以提供低辐射、更高组织分辨率、更多的组织信息。多种模态数据融合能够实现更好的协同效应，取长补短，从而提供更加丰富和准确的病理生理结构信息。

3.2 PACS区域融合 如今，基于CT,MR,核医学等影像设备融合于一个平台，形成多模式治疗体系，共享同一个患者的所有跨科室的影像信息。影像科医生和临床医生借助融合诊断系统和技术，可实时分享患者影像后处理结果并讨论治疗方案，进行多模式影像诊断，提供更多不同角度的影像信息，从而对患者作出更加准确诊疗及研究，更好地达到精确医疗的目的。未来，用户还可以建立跨院区的三维影像数据中心。大型医院专家和基层医务人员能够进行疑难杂症病例实时在线讨论，并且可以同步分享以及交互后处理患者图像信息，加强区域院区之间的学术合作。通过3D影像数据中心，用户甚至可以与世界各地的同行、专家和会诊医生进行在线会诊沟通，提高诊断准确率和速度，为患者提供更加高效的医疗服务。

在诊断过程中，对患者个体的病理、生理信息获取不够详实，对早期病变的检出率不足，将会导致制定治疗方案时出现错误或遗漏；在治疗过程中，正常组织和病变组织、肿瘤组织和炎性组织难以实现精准定位，将会导致治疗方法与范围的误差，降低手术的成功率与预后效果。现代医学影像实现了功能成像，从解剖定位到细胞定位的转变，从而实现对病人诊疗过程中的“精准医疗”。随着影像技术及设备的革新，影像科的建设必将会走向现代化、信息化管理之路。作为影像科的各位同仁，面对机遇及挑战，要充分利用好手中的先进设备，通过多学科、多领域的广泛协作应用于临床诊治、预后分析的整个过程，这无疑会为临床医学各个方面的发展带来一场举世瞩目的革命并造福人类。

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解放军第123医院 医学影像科,安徽 蚌埠 233015

成明富(1962-)，男，主任医师，研究生。

10.14126/j.cnki.1008-7044.2017.02.001

2016-12-23)