科學研究的任務是通過現象去認識本質,只有通過對大量現象的研究,才能發現事物的本質,達到科學的認識.診斷疾病也是這樣,疾病的真相需要基于大量臨床資料的嚴密邏輯推理后得出.在獲得組織病理學標本前,影像醫學對器官改變的直接呈現使疾病診斷和鑒別診斷變得更為直觀和更有說服力.特別是功能與分子影像學的飛速發展,讓人們的視野超越了形態學領域,并從功能與分子水平去認識疾病的發生、發展規律,這對臨床醫學的影響是非常深遠的.臨床醫師可以早期、準確、一目了然地看到疾病的證據,一些通過物理診斷和實驗室檢查難以發現的病變可及時被發現和治療,傳統的醫療流程和模式開始轉變,人們對生命和疾病的認識開始發生變革[1].影像醫學發展到今天,我們不禁開始思考 :影像醫學與臨床醫學關系是什么?在臨床醫學中價值有哪些應用?它未來的發展趨勢如何?
1 臨床醫學是影像醫學的基礎
隨著人類與疾病斗爭過程中對正常與異常變化規律認識的不斷深化,對疾病的診療也從早期的經驗醫學發展到現在的循證醫學,因此尋找疾病證據對診斷技術提出了更高要求.古人以神明和樸素的自然哲學思維運用占卜、巫術、神靈和陰陽五行學說診療疾病.醫學發展到近代,叩診法、聽診器、一系列測量儀和光學器械,以及化學分析方法開始出現,醫學輔助診斷的方法逐漸豐富.1895 年,偉大的德國物理學家倫琴發現了肉眼看不見的 X 射線,至 20 世紀初 X 射線診斷成為臨床醫學的重要手段,從此影像醫學應運而生,成為現代醫學不可分割的重要組成部分.
影像醫學一般定義是成對人體組織非侵襲性的成像診療技術,切除后的器官或組織也可進行醫學成像,但通常是劃分到病理學的范疇.隨著醫學模式逐漸向生物 - 心理 - 社會醫學模式轉變,醫學的境界不斷拓展,在診斷和治療上更強調關心患者,關注社會,注重技術與服務的共同提高.人們不僅僅要求微創甚至無創診療方法,還要求對疾病進行早期診斷和預防,因此醫學模式的轉變就必然要求和促進診斷方法不斷變革和更新,影像醫學飛速發展的基礎和動力即來源于此.
1.1 常規\\(經典\\)X 線成像 它的發展經歷了非數字化 X 線攝影\\(屏 / 膠結構\\)、計算機 X 線攝影技術\\(computer radiography,CR\\)和數字化 X 線成像技術\\(digital radiography,DR\\).影像接收器采用屏 / 膠結構形式已有 100 多年歷史,隨著數字X 線\\(CR、DR\\)的出現,屏 / 膠結構成像已逐漸被 CR 的 IP 板、DR 的平板接收器等所代替,非數字化 X 線成像向數字化 X 線成像方向發展成為必然.CR 是 X 線成像技術邁向數字化的第一步,使經典 X 線影像空間、密度及時間分辨力大大提高.CR 成像的過程為 :成像板\\(IP 板\\)采集信息→數字化處理→貯存→傳輸→成像.平板探測器的發明是實現 DR 成像的關鍵,該技術真正在空間、密度及時間分辨率上有質的飛越.其成像過程是 :平板探測器采集信息→數字化處理→成像.DR 攝影的重要技術之一是雙能量減影攝片\\(dual-energy subtraction\\),該技術利用兩次不同劑量 X 線對同一部位曝光而獲得的圖像,根據診斷需要可顯示不同的組織結構如骨骼、軟組織或肺等.
1.2 造影技術 包括非血管性和血管性造影技術,它極大地推動了影像醫學和臨床醫學的發展.造影劑,如鋇劑、碘劑等的發明與應用是醫學影像學的革命性進步.非血管造影技術自 X 線成像應用不久就應用于臨床診斷,使影像醫學邁入結構與功能相結合的時代,如消化道鋇劑檢查,呼吸道、膽系和泌尿系造影等.碘劑的發明與應用使血管造影成像成為可能,血管穿刺技術的發明與應用使血管造影成為現實,血管穿刺插管技術的發明與應用真正實現了超選擇性血管造影成像,是現代血管微創診療醫學劃時代的進步.數字減影血管造影技術\\(digital subtraction angiography,DSA\\)是在常規血管造影成像基礎上發展起來的,有很高的空間和密度分辨率,多軸旋轉式 DSA 技術,甚至能動態顯示血管結構并行 3D 重建.
1.3 CT 1971 年 9 月,第一臺頭顱計算機斷層掃描\\(computed tomography,CT\\)機在英國問世,由于此項杰出發明對人類的巨大貢獻,Hounsfield\\(CT 機的設計和制造者\\)與 Cormack\\(CT 算法的發明者\\)共同獲得了 1979 年度諾貝爾醫學和生理學獎.1974 年,美國 George Town 醫學中心工程師 Ledley 設計了全身 CT 機 ;1989 年,滑環技術和連續進床技術的出現使螺旋掃描采集成為可能,螺旋 CT 因此出現 ;1998 年,推出的多層螺旋 CT 使得球管旋轉 1 周可同時獲得多幅橫斷面圖像,掃描速度大大提高.此后,CT 設備與技術進入迅猛發展的時代,16 層螺旋 CT 的出現使掃描中體素采集實現了各項同性,在此基礎上就可以獲得高分辨率的影像資料,并進行高質量的影像后處理.
1.4 MRI 長期以來 , 人們設想用無創性的方法既能取得活體器官和組織的詳細診斷圖像,又能監測活體器官和組織中的化學成分和治療反應,磁 共 振 成 像 技 術\\(magnetic resonance imaging,MRI\\)的出現使這個設想得以實現.MRI 因其極好的軟組織分辨力、多參數成像等,可提供人體功能與代謝信息、自由任意層面成像和無電離輻射損傷等,對全身各系統疾病的診斷,尤其是早期腫瘤的診斷有著巨大的價值.2003 年 10 月 6 日,Lauterbur 和 Mansfield 兩位科學家因在磁共振成像技術領域的突破性成就而共享諾貝爾生理學或醫學獎.
1.5 PET 融合成像技術 , 如正電子發射斷層顯像\\(positron emission tomography,PET\\)技 術 與CT、MR 技術\\(PET/CT、MR/PET\\)同機化融合是21 世紀醫學影像學在新理念形成、新思維模式及工作方法的建立的革命性進步,它滿足了臨床醫學同時對病變結構和功能改變無創性評估的需求[2-3].腦磁圖\\(magnetoencephalograph,MEG\\)是一種完全無創的腦功能影像檢測成像技術,它與 MR 影像疊加整合,可對腦解剖與功能學精確定位,并實時反映腦功能的瞬間變化,具有高靈敏度\\(5fT-1pT\\)、高空間分辨率\\(< 2 mm\\)、高時間分辨率\\(< 1 ms\\)等特點,其信號源需要大約十萬個神經元同時活動,產生足夠強大的生物磁場,才能被顱外表面分布的 MEG 傳感器檢測到[4].但在任一時刻,大腦上千億個神經元中僅有 10 ﹪在活動.在簡單回顧影像設備及技術發展的歷程中發現,任何一種單一的影像學手段都不是完美和萬能的.現代臨床醫學在不斷探尋疾病發生、發展機制和證據的過程中,需要對人體組織器官的生理和病理狀態進行結構、功能,甚至分子層面的精細和無創性呈現,這種需求決定了影像醫學設備和技術的發展永無止境,從業者理念和思維更新也永無止境.
2 影像醫學發展推動臨床醫學進步
臨床醫學進步極大地推動了影像醫學的發展,同時影像醫學發展又反過來促進了臨床醫學的進步.
2.1 獲取診療證據 通過影像學手段可獲得更可靠、更翔實、更完整的診療依據 :影像設備和技術的不斷進步,以及診斷水平的不斷提高,使臨床診療疾病過程中無創或者微創性地獲得更可靠、更翔實、更完整的接近病理學的影像信息,有效地提高了診療水平.例如,隨著多層螺旋 CT 的快速發展,CT 血管造影\\(CT angiography,CTA\\)在冠狀動脈的顯示中已具有巨大的優勢.該技術對鈣化、軟斑塊和心肌橋的顯示有獨有的功能.軟斑塊為不穩定性粥樣硬化,是發生急性心肌梗死最危險的因素,但在 DSA 上無法直接顯示,CTA 可檢測到小至 0.16 mm 的軟斑塊[5],可指導及時介入治療,因此 CTA 有望取代 DSA 作為冠狀動脈疾病檢查的"金標準".另外,MR 和 CT 均可實施心肌灌注顯像和心臟功能分析,并獲得心肌毛細血管水平的灌注狀況和心功能參數等,為臨床治療提供更多更可靠的影像資料和證據,以此提示治療指征及預后.
2.2 早期發現早期診斷早期治療 現代醫學影像技術能早期發現和早期診斷\\(如微小病灶、功能和代謝水平異常的確診等\\)疾病,使早期治療甚至超早期治療成為現實,從而提高生存率.對于惡性腫瘤患者,延長生存期的根本出路在于早期診斷 ;而非腫瘤性疾病,如急性腦血栓、心肌梗死、肺動脈和外周血管栓塞,早期溶栓的療效亦十分顯著.例如每年低劑量螺旋 CT 篩查比常規的胸部 X 線片能更早地發現早期肺癌,并使重度吸煙患者肺癌死亡率降低 20 ﹪[6].多層 CTA 技術和MR 彌散加權成像技術可及時對血管栓塞疾病作出早期診斷,且快速、簡便、易行,可對病變血管進行精確定位并指導溶栓治療.
2.3 療效評價和腫瘤分期 影像學連續性觀察和隨訪,對療效評價越來越客觀可靠,可為科學合理治療提供依據,對惡性腫瘤的客觀準確分期由理論成為現實.惡性腫瘤的療效評價直接決定是否需要調整治療方案,其準確性關系治療的成敗.
依靠三維重建技術可對治療中的腫瘤大小變化進行精確評估 ;功能與分子影像學的發展甚至可以在腫瘤的形態學改變之前測量病灶內部的水分子彌散程度 ;繼而反映腫瘤組織細胞數量和細胞膜完整性是否改變等信息 ;還可以測量腫瘤的灌注參數,繼而間接反映微血管密度和通透性的改變,甚至可以評估腫瘤在治療過程中代謝物的變化,這些均可為臨床療效的早期評價提供依據.惡性腫瘤的準確分期也得益于功能與分子影像學的發展,如前所述,MR 彌散加權成像技術可以早期發現病灶內因組織細胞數量增加和胞膜完整性改變導致的水分子彌散受限,這就可為早期和準確地發現腫瘤淋巴結轉移提供依據[7].基于葡糖糖代謝的 PET/CT 成像早已在臨床廣泛應用,并對腫瘤的 TNM 分期作出巨大貢獻[8].
2.4 診療模式變革 由于影像醫學的飛速發展和革命性進步,使診療模式發生巨大變化,如微創醫學、多學科協助、復合手術室等開始出現.隨著醫療設備和醫院信息化建設的發展,臨床科室和影像科之間的資料傳輸和共享越來越方便,臨床診斷和治療對影像資料的依賴性日益增強,影像提供的信息和診斷結果可作為一個橋梁,從系統和全局的角度對疑難病例進行綜合分析,以指導多臨床學科間的協作.影像設備的實時成像特點使臨床治療的視野延伸到普通外科器械,甚至藥物難以觸及的領域,由此帶來微創醫學的興起,讓患者受益匪淺.診療技術日益微創化已是今后臨床醫學發展的方向,神經介入、心臟介入、外周血管介入等微創技術已成為相應血管疾病的首選治療手段,人們對這些技術療效的驚嘆足已成為這場變革的最大動力.
3 臨床醫學發展促進了醫學影像學的進
影像技術的進步主要包括四個方面 :\\(1\\)由非數字化向數字化方向發展 \\(;2\\)由平面成像向斷層成像方向發展 \\(;3\\)由形態成像向功能和代謝成像發展 \\(;4\\)由單一模式成像向融合模式成像發展.由此帶來的影像診療模式如下變革.
3.1 高度綜合化 DR、DSA、CT、MR、PET、PET/CT、MR/PET 等高端影像技術應用,使影像醫學有了革命性進步.但是這并不等于一種技術代替另一種技術,而是要求人們更科學合理地綜合應用這些高端技術的各自優勢,以達到資源的最佳整合和利用.所謂多模態綜合影像診斷的含意就包括不同設備不同技術的綜合、同種設備不同技術的綜合,以及多模態比較影像醫學建立等.
3.2 高度精準化 隨著影像設備分辨力不斷提高、功能逐漸多樣化,特別是功能與分子影像學的出現,如 MR 波譜成像、代謝示蹤成像、彌散成像、灌注成像和血氧水平依賴腦功能成像\\(blood oxygenlevel dependent functional MRI,BOLD-fMRI\\)等,使早期診斷和惡性腫瘤準確分期成為可能[9-12].
3.3 診療一體化 介入放射學的飛速發展使影像技術同時兼備診斷和治療的功能,從一個穿刺點、一根導絲到外科手術和藥物難以企及的治療靶點,這是生物 - 心理 - 社會醫學模式下對疾病微創化診療需求的必然產物和結果,也是臨床醫學助推影像醫學進步的典范.
3.4 診療規范化 由于影像醫學與臨床醫學是不可分割的,其診療過程必然要遵循后者的規范化操作要求,要根據設備和儀器條件合理地選擇檢查項目,并達到一定的質量控制標準,以提高診斷的準確性,減少漏診和誤診,以在最大限度地滿足臨床和患者的需求.
3.5 管理模式變革 在學習和借鑒國外先進醫療、科研和教學模式的同時,要注重與實際相結合,創造出適合本學科發展、合理的管理模式.例如,影像診療活動要強調規范化,要注意人性化和個性化.影像醫學只有不斷創新才能持續發展,創新活動不僅僅局限在儀器和設備的創新,更深層次的應該是理念上的創新,從二維到三維、從靜態到動態、從結構到功能、從宏觀到微觀的創新.我們應該認識到,影像醫學的時空觀已經發生深刻的變革,以往的思想和思維方式必須不斷地更新才能緊隨現代醫學快速發展的步伐.但不管什么形式的創新和科研都應以臨床醫學需求為導向,使其成果轉化為可服務于臨床與患者的新技術和新業務.此外,影像技術的進步需要有相應的人才去開發和應用,人才的規范化培訓和繼續教育是影像學科保持創新能力和競爭力的關鍵問題.因此,只有通過醫療、創新和人才資源的優化和整合,一個影像學科的綜合實力才能得到提高,僅僅依靠好的設備和儀器支撐起的影像學科只不過是虛無縹緲的空中樓閣,是無法滿足臨床醫學發展與需求的.
4 展 望
分子影像學是綜合影像技術,它是集合了分子生物學、核醫學及計算機等科學的一門新興學科,與功能影像結合,稱為功能與分子影像學,是21 世紀最具發展前景的學科之一.分子影像學中"分子探針"的研發和多影像融合是未來發展的方向,是解決診斷問題的根本,是架起影像醫學與臨床醫學的橋梁!分子靶向顯像是現代腫瘤診療領域的突破性成果,代表了目前腫瘤分子生物學診斷和治療最新發展方向,如將11C 標記在易瑞沙\\(Iressa\\)或與易瑞沙結構類似的藥物上,利用 PET 顯像,在體外可通過放射性分布情況判斷腫瘤是"喜"\\(Iressa￡還是"厭"\\(Iressa￡[13].
影像醫學與臨床醫學的進一步融合將促進一體化手術室的建設,其功能包括患者重要信息和醫學影像資料的快速查看和 PACS 存儲,手術錄像的交流和共享可使低年資醫生水平迅速提高 ;手術室設備的智能化控制,預置個性化的手術間設備參數,符合人體工程學的安全設計和影像醫學證據術中實時采集等.此外,高度信息化、網絡化及數字化可使圖像存儲、通訊系統及遠程放射學高度發達,整合和共享資源變得十分方便 ;智能型工作站的應用使計算機輔助診斷和治療成為可能,人工智能技術亦將應用于影像診斷和介入治療,而介入治療則趨向實時、立體及少或無 X線輻射傷害,組成了與內鏡、微創診療等相結合的大平臺.
5 結 語
總之,影像醫學是臨床醫學的重要組成部分,兩者的發展相輔相成,相互依存,又相互促進了現代醫學的進步.
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