作者：夏春潮李真林
摘要
医学影像设备更新换代快，成像技术⽇新⽉异，在临床上各种新技术的验证和应⽤成为医学影像技术的研究重点。X线摄影技术的发展体现在数字断层融合技术、对⽐增强乳腺X线摄影等⽅⾯；CT进展包含迭代算法、低剂量、双能量或能谱成像等⽅⾯；MRI进展包括MR集合序列、压缩感知技术、多层MR成像技术、MR弹性成像及四维⾎流分析MRI等⽅⾯；⼈⼯智能在智能摆位，检查流程优化和质量控制等⽅⾯有较⼤的发展空间。 随着计算机科学、应⽤数学、材料学以及制造业等的迅速发展和交叉，医学影像技术取得了前所未有的发展。医学影像技术向四维成像、定性和定量分析、分⼦、⽣理、功能、代谢和基因成像、特异性增强、⼈⼯智能和5G传输等⽅向发展。笔者主要对近年医学影像技术中X线、CT和MRI的最新研究和进展进⾏讨论。
⼀、X线摄影
数字X线摄影（digital radiography，DR）图像处理功能强⼤，价格低廉，检测流程较快，辐射剂量较低， ⼴泛应⽤于医学影像检查的各个领域。近年来，数字体层融合（digital tomosynthesis，DTS）技术、双能量减影（dual energy subtraction，DES）技术 [1] 等新技术不断发展和完善，使得DR成像质量更⾼，图像所含的信息量更为丰富、清晰确切，明显提⾼了诊断的阳性率。
1．DTS技术：
该技术将传统断层技术与数字平板探测器相结合。在⼀系列低剂量曝光后获取扫描容积内物体多个⾓度的投影数据，通过后处理重建出任意层⾯的断层数字图像，能清晰显⽰被检部位的结构和周围组织，且⽆重叠。数字断层摄影已经在乳腺、⾻关节、泌尿系统和胸部中应⽤ [2,3] 。乳腺数字断层摄影合成的⼆维图像可代替常规全数字化乳腺摄影图像。在不增加辐射剂量的前提下，提⾼鉴别诊断良、恶性病变的效能，更为准确地显⽰病灶形态 [4] 。 DTS可以避免胃肠道内容物的⼲扰，发现更多更⼩的结⽯，特别是阴性结⽯。DTS结合T-SMART（tomosynthesis-shimadzu metal artefact reduction technology）技术，通过⾦属分离技术和迭代重建，能够有效地去除⼈⼯假体产⽣的伪影，清晰显⽰假体与周围⾻组织的关系，克服X线⽚组织重叠、多层螺旋CT扫描的⾦属伪影，以及MRI检查⾦属扭曲变形等因素造成的伪影，对⼈⼯关节置换术后评价有⼀定的优势。DTS在不同层⾯图像的分辨率不同，中⼼层⾯和邻近中⼼层⾯上下⼀定范围内层⾯的图像清晰，距中⼼较远层⾯则⽐较模糊；空间分辨率和辐射剂量优于CT，对其成像参数的优化、临床应⽤范围及特点等各⽅⾯的研究还有待深⼊。 2．对⽐增强乳腺X线摄影（contrast enhanced spectral mammography，CESM）：
基于碘剂的K边缘效应，在静脉注射对⽐剂后，进⾏⾼低能量曝光。利⽤不同组织对⾼、低能X线吸收系数的不同，以及后处理获得低能图和减影图。在⼀定程度上，该项检查反映乳腺病灶摄取碘对⽐剂的能⼒，间接反映其⾎供情况。剪影图像可去除周围正常重叠腺体，使病灶清晰显⽰，提⾼了诊断的灵敏度、特异度和准确度。CESM的诊断效能明显优于传统的乳腺X线摄影 [5] 。低能图的诊断效能与全屏数字化乳腺X线成像类似，且对微钙化的检出优于全屏数字化乳腺X线成像 [6] ，CESM显⽰和诊断乳腺疾病优于低能图 [7] 。 CESM与MRI的诊断效能相当，为MRI禁忌证患者提供了新的检查⼿段，亦可作为评价新辅助化疗效果的⼯具。⽬前CESM在乳腺病灶的强化程度仍依靠医师的经验来判断，定量分析应该是CESM的未来研究⽅向之⼀。
⼆、CT新技术
1．⼼肌CT灌注成像（computed tomography perfusion，CTP）：
冠状动脉造影诊断冠状动脉病变有明显优势，但难以发现⼼肌缺⾎，CTP能够获得⼼肌微循环⾎流信息，从⽽了解⼼肌⾎流灌注情况。近年来，由于短曝光时间、低辐射剂量以及图像后处理新技术的出现，研究者开始将两者提供的信息结合起来 [8] ，在确定冠状动脉狭窄⾎流动⼒学⽅⾯显⽰出较⾼的准确性 [9] 。与其他⼼脏检查不同，CTP需要满⾜⾼强度的⼼肌增强、快速⼼脏覆盖以及在合理的辐射剂量下进⾏采集的条件。由于正常⼼肌、缺⾎甚⾄梗死的⼼肌对碘对⽐剂的摄取存在差异，可通过
定性、半定量或定量地分析⼼肌灌注是否正常，从⽽判断⼼肌活性。静息态CTP也称⾸过灌注，通过分析在⾸过阶段冠状动脉中的对⽐剂分布来判断灌注情况，具有单次扫描、辐射剂量低、⽆需药物负荷、适⽤性⼴泛等优势。负荷CTP是通过连续扫描获得感兴趣区的时间-密度曲线，得到以⼼肌⾎流量、⼼肌⾎容量等代表⼼肌灌注的参数值。图像质量和辐射剂量是⼼肌灌注成像较为关注的话题。近年来，CT采集速度更快，⾎管搏动和呼吸对图像质量的影响逐渐减⼩。同时，⼀站式冠状动脉CT成像+CTP检查辐射剂量降低，通常为
3.3~
4.6 mSv，明显低于单光⼦发射计算机体层成像和传统CT的⼼肌灌注剂量。
计算机取证工作站95479002．能谱CT：
能谱CT可在⼀次扫描后获得双能量图像，具有成像速度快、图像质量⾼、辐射剂量低等优点，在获得101个连续单能量的同时，能够显⽰解剖信息和功能信息。在不同X线能量下，每⼀种物质都有特定的衰减系数。并且，不同物质在不同能量的X线下产⽣的光电效应和康普顿效应所占的⽐例不同，故⽽任何⼀种物质在特定X线能量下的吸收系数可由两种基础物质在相同能量X线下吸收系数的权重和来表⽰。CT能谱成像即基于瞬时双管电压为核⼼技术的能谱CT和双X线管技术为核⼼的双源CT，完成⾼能和低能两组数据采集，以达到物质分离的⽬的。基于不同的后处理和分析算法，其临床应⽤研究主
要有以下3个⽅⾯：（1）物质分离技术：通过物质分离去除或提取某种特殊物质，如去⾦属伪影、虚拟平扫、碘图等。（2）物质定量分析技术：如诊断痛风结节、泌尿系统结⽯、脂肪含量测量等。（3）降噪技术：如最佳单能成像能够优化图像质量和对⽐噪声⽐，且在脑创伤性出⾎、肺灌注、⾻关节成像、⼼肌评估等⽅⾯应⽤ [10,11,12] ，并取得了较⼤的成果。但是采⽤双管电压技术或双X线管技术成像时，由于能量时间分辨率不⾜，呼吸运动、器官蠕动和⼼脏跳动等会带来运动伪影。另外，低管电压的图像往往带有较严重的硬化效应，使得组合的减影图像也存在硬化效应。因此，图像空间的双能减影图像中存在诸多不准确性和不确定性。微型拉曼光谱仪
近年来，光谱CT直接利⽤纳⽶钇合⾦的⽴体双层探测器，吸收低能量滤过⾼能量，⼀次扫描即可实现⾼低能量的直接分离，实现同源、同时、同向的光谱多参数数据成像。同时，也通过常规迭代重建获得⾼清低噪声的传统图像。与常规能谱CT⽐较，具有快速⼯作流、低辐射剂量等优点。⾮静态扫描的虚拟平扫采⽤以往的双能CT是⽆法实现或⾮常不准确的，⽽基于同源、同时、同向成像的光谱CT，在动态或⾮动态器官都可以获得精准的虚拟平扫，从⽽真正减少⼀次扫描。在脑卒中的检查中，可实现⼀站式急诊光谱成像，单次扫描可完成脑功能检查，部分可代替传统CT 灌注，⼤幅降低辐射剂量。在肿瘤⽅⾯，光谱CT能够实现多参数鉴别、早期发现病灶并进⾏准确分析和辅助精准。此外，在⼼⾎管⽅⾯，以往的双能CT低单能量技术受限于噪声，光谱CT全能级低噪声能够实现冠状动脉扫描不受限和更⾼的安全性 [13] ，可实现快速精准的⼼肌灌注⽅法 [14] ，真正实现⼀站式扫描，即
⼀次CTA扫描可同时进⾏斑块分析、冠状动脉光谱分析、⼼光谱灌注评估等。有学者利⽤50%⽤量的对⽐剂，实现了同等质量的冠状动脉成像，提⽰光谱CT有望在减少对⽐剂⽤量等⽅⾯有较好的应⽤前景。
实名认证系统
3．光⼦CT：
光⼦计数CT是⼀种新兴技术，使⽤能够将X线衰减转换为电信号光⼦计数探测器，使得每⼀个光⼦产⽣的信号脉冲都被计数，被电极的电路读取，实现多能成像。光⼦计数CT可以减少辐射剂量，以更⾼的分辨率重建图像，其空间分辨率可达0.1~0.5 mm 2 ，有望在颞⾻成像、肺结节检测⽅⾯有所进展。在⾼空间分辨率下，减少光晕效应，对于冠状动脉⽀架可以获得更清晰的图像 [15] 。同时，通过校正光束硬化伪影，优化使⽤对⽐剂，光⼦计数CT将提⾼对⽐度、优化光谱成像，为当前CT技术的定量成像创造机会。⽬前光⼦计数CT未在临床应⽤，但允许⼚家收集数据来优化和设计临床实⽤的设备。有研究表明，其在腹部与常规探测器获得的图像没有差异，但它提供的光谱信息可⽤于物质分析。在胸部肺结节低剂量成像中，光⼦计数CT图像质量有所提⾼，且呈现出更⾼相对信噪⽐ [16] 。同时，光⼦计数探测器CT类似于双能CT有助于检测肾结⽯，能更好地帮助描述⼩肾结⽯ [17] 。未来CT的技术发展可能集中在能谱CT和光⼦技术探测器CT技术上。除此之外，细分市场可能也是CT发展的⼀个⽅向，如专门⽤于乳腺检查的乳腺CT及专门⽤于宠物检查的⼩孔径CT等。 三、MRI新技术
1．MRI集合（magnetic resonance image compilation，MAGiC）序列：
基于多个延迟多回波（multiple-delay multiple-echo，MDME）序列原理，在不同重复时间内施加4个120°饱和脉冲，同时进⾏双回波采集，共⽣产8组对⽐图像。MAGiC序列中的多饱和脉冲可定量组织的T 1 、T 2 ，进⽽得到T 1、T 2 定量图。获得组织T 1 值后，可计算出射频场的⼤⼩，即B 1 值。将T 1 、T 2 、B 1 值代⼊信号强度计算公式，可得到组织的磁化⽮量M 0 值，进⽽获得质⼦密度（proton density，PD）定量图。已知T 1 、T 2 、B 1 及PD 值后，通过后处理可得到基于⾃旋回波序列任意对⽐的图像。⽬前该技术主要应⽤于头部的快速成像 [18] ，如脑卒中或其他神经系统疾病。应⽤MAGiC序列可⼤幅减少采集时间，所得MR集合图像与常规PD、短时间反转恢复序列、T 1 和T 2 图像相似 [19] 。但MAGiC只能轴向扫描，对于⼀些临床病例，在此⽅向上空间分辨率可能受限；并且合成T 2 液体衰减反转恢复序列图像伪影较多，主要出现在脑脊液和脑实质之间的界⾯，表现为沿⽪层的薄层⾼信号[20] ，若要满⾜诊断需求，可能需要常规T 2 液体衰减反转恢复序列扫描。
2．压缩感知（compressed sensing，CS）技术：
依据传统的Shannon、Nyquist信号采样理论，信号采集速率要达到信号带宽的2倍以上才能保证采样后形成的周期信号不发⽣重叠⽽实现信号精确重构。CS是直接感知压缩之后的信号，通过有选择性地采集少量重要数据并采⽤有效的重构算法实现原始信号的重构，实现缩短信号采集所需时间，减少计
算量，并在⼀定程度上保持原始信号的重建质量的要求，同时减⼩后续数据传输、处理和存储压⼒。⽬前CS在临床MRI的研究和应⽤中备受关注，主要表现在以下⽅⾯：（1）利⽤K-t FOCUSS算法，结合受试者操作特性曲线（receiver operating characteristic
curve，ROC），可以有效地判断所发现的激活区域来⾃激活信号还是噪声信号，并将所得结果和全局采样的结果进
curve，ROC），可以有效地判断所发现的激活区域来⾃激活信号还是噪声信号，并将所得结果和全局采样的结果进⾏⽐较，从⽽获得⾼时间分辨率的MR功能成像。（2）利⽤降阶卡尔曼滤波压缩感知（KF-CS）重建MR实时动态成像，对时间序列原始信号进⾏处理，从⽽得到更稀疏的信号，使重构信号的误差⼤⼤减少，获得更⾼的时间分辨率。（3）利⽤插值压缩感知技术加速⼆维多层⾯MRI，实现⾼精度快速⼆维多层⾯MRI，并达到让⼈满意的信噪⽐。（4）利⽤压缩感知加速超级化 13 C三维MR波谱成像，可将成像速度提⾼到原来的7.53倍，并在肝转移基因⽼⿏模型上得到0.034 cm 3 的空间分辨率。
CS技术是近年MRI技术的⼀⼤热门，已应⽤于⼼脏、神经、腹部甚⾄内⽿道MRI中 [21,22,23] 。有学者将CS技术与动态对⽐增强MRI结合，⾏超快速乳腺动态对⽐增强MRI，并评估最⼤斜率、增强时间和动静脉显影之间的时间间隔等参数对乳腺病变的诊断效能，结果显⽰，上述参数较常规动⼒学分析
的诊断效能更⾼，动态对⽐增强和3个参数诊断的ROC下⾯积分别为0.76、0.78、0.76、0.69，证实了应⽤CS技术⾏超快速乳腺动态对⽐增强MRI得到的参数能够⽤于评估乳腺病变，且其诊断效能更⾼ [24] 。但⽬前CS技术仍未能在临床推⼴应⽤，因理论体系未完善，且稀疏变换、采样⽅式及重建算法的标准化，MRI序列的设计与扫描等，都还需要进⼀步的研究。
3．4D-Flow MRI技术：
是⼀种新型相位对⽐MRI技术，可同时对3个相互垂直的维度进⾏相位编码，多⽅向采集⾎流数据，从⽽获得复杂的三维动⼒学参数，⽬前主要应⽤于颅内动脉⾎流、胸腹部⾎管⾎流以及⼼脏。4D Flow MRI不仅提供常规的流量定量，还可以通过计算获得脉搏波速度、压⼒梯度、涡量、湍动动能、壁剪切应⼒等流体动⼒学指标。该技术主要⽤于观察疾病⾎流动⼒学情况，在颅内⾎管、⼼脏、胸部⼤⾎管成像中应⽤⼴泛 [25,26] ，近年来在腹部中的应⽤也逐渐增多。有学者采⽤了2种4D Flow采集⽅式，即呼吸门控的笛卡尔采样和屏⽓螺旋采样⾏腹部4D Flow MR，测量主要腹部⾎管的定量⾎流参数，结果两种4D Flow采集⽅式显⽰动、静脉有中度以上⼀致性，腹部⾎管的定量测量显⽰螺旋和笛卡尔4D Flow技术之间具有良好的等效性，但对于门静脉⾎栓，螺旋4D Flow更好，提⽰⾼效螺旋采样与动态压缩感知相结合，可实现4D Flow MRI的显著加速，可以单次屏⽓全⾯评估腹腔⾎流动⼒学情况 [27] 。 Rahman等[28] 应⽤4D-Flow对右侧⼼⾎管系统进⾏全⾯评估，并检验慢性阻塞性肺疾病和肺⽓肿患者右⼼静脉回流的关系，结果肺⽓肿患者更容易发⽣反流，并且主要发⽣在上腔静脉，证实
了4D Flow是了解胸部⾎流状况的⼀项有前景的⽅法。但因相关序列仍需优化，⽬前该技术在国内应⽤较少，⼤部分研究是基于健康志愿者的可⾏性分析，在未来除了增加患者数量外，也需要4D Flow评估测量参数的准确性。尽管该技术⽬前未在临床推⼴，但不可否认4D Flow技术为临床⽆创评估⾎流动⼒学参数提供了新的思路。
4．多层同时成像（simultaneous multi-slice，SMS）：
SMS利⽤合成的射频脉冲同时激发多个⽚层，⼀次采集可同时得到多个⽚层的图像，使MRI扫描从单层跨⼊多层。多层采集技术或多带宽技术是新的快速采集技术，在保证图像质量的前提下快速成像，加快患者流动量，提⾼⼯作效率[29] 。 SMS是由多频率激发的复合射频脉冲对多个层⾯同时激发，利⽤相控阵线圈的空间敏感性和去除混杂重叠信号的算法来进⾏多层⾯数据采集、提取及重建，并以⼆维的⽅式进⾏图像输出，可有效地缩短图像的采集时间。此外，SMS采⽤鸡尾酒并⾏采集技术，采⽤特殊的K空间填充⽅式，可有效地控制图像失真，从本质上提⾼了图像信噪⽐，且该技术不受信号⽋采样限制 [30] 。⽬前，SMS已应⽤于神经系统及⾼场强MRI的研究，如动脉质⼦⾃旋标记、动态磁敏感对⽐增强等灌注加权成像、脊髓⼤范围扩散张量成像、全⾝扩散成像及⼼脏动态成像等 [31,32] 。优化的同时多层采集技术既可以提⾼图像空间分辨率也可以提⾼时间分辨率，其在神经学领域应⽤较⼴泛，与梯度回波平⾯成像、动脉质⼦⾃旋标记、扩散张量成像 [33] 、⾎氧⽔平依赖 [34] 、功能MRI等序列相结合，可得到⾼清图像，并明显缩短成像时间，保证各测量参数、观察指标⽆明显变化。
SMS也可应⽤于⾻骼肌⾁系统，SMS在髋关节成像中具有可⾏性，与常规成像在评估髋关节形态学⽅⾯图像质量相当，并且SMS成像减少了约40%的成像时间 [35] ，SMS可以为髋关节疾病的形态学评估提供⼀种新的成像⽅案。但采⽤加速成像⽅法的图像更容易出现搏动伪影，尤其在⼼脏电影及灌注 [36] 中，SMS图像测得的特殊吸收率值显著⾼于常规图像，这些因素可能限制其临床⼴泛应⽤。未来还需改进采集⽅式，优化扫描序列，以便更好地使⽤于临床扫描中。
5．MR弹性成像（MR elastography，MRE）：
通过检测组织或器官在剪切波作⽤下产⽣的质点位移，利⽤运动敏感梯度获得MR相位图像，以此为基础对弹性⼒学的逆⾏求解，得出组织或器官内部各点弹性系数的分布图（即弹性图），获得组织弹性或硬度。MRE只需要另外加⼊⼀套能够对成像部位施加剪切波，即横波激励的机械装置，即可在普通的MR设备上完成。MRE可⽆创评估组织机械属性，在肝脏中的应⽤最成熟，⽤于肝脏多种疾病（如肝纤维化 [37] 、代偿和失代偿肝硬化、门静脉⾼压、⾮酒精性脂肪肝等）的诊断与评估。在区分肝脏良恶性病变时，MRE可能优于扩散加权成像，以4.54 kPa为临界
值，ROC下⾯积分别为0.98、0.82（ P =0.002） [38] 。也有学者将MRE应⽤于⼉童脑⽩质和灰质的硬度测量，并确定这些性质在整个正常发育过程中是否变化，也证实了⼉童脑⽩质和灰质硬度值与成⼈相似，在⼉童头部MRE中，可以⽤成⼈的相关参数值作为基线测量，对⼉童的脑⽩质和灰质病变诊
无压锅炉
断有⼀定的提⽰意义 [39] 。但因⽬前的技术限制，使得参数拟合模型、序列设置、射频脉冲、图像质量等多种因素都还有待进⼀步优化和提⾼。如何统⼀规范化的扫描序列，提⾼疾病诊断准确度，是未来需要关注的问题。
的扫描序列，提⾼疾病诊断准确度，是未来需要关注的问题。
6．⼈⼯智能（artificial intelligence，AI）与5G：
⽬前，结合基于⼤数据与深度学习技术的AI算法，可根据患者的性别、年龄和体位，⾃动根据扫描协议精准匹配扫描部位，达到系统智能判别，每次操作激发系统提前准备下⼀步操作。该算法优化检查流程、提⾼扫描速度，覆盖⼈体CT⽇常扫描范围的70%部位，并在临床上⼴泛使⽤。此外，基于智能剂量调制技术，能够根据患者解剖信息优化扫描剂量分布，使得不同体型的患者扫描均可获得质量⼀致的图像结果。通过和商业迭代重建技术⽣成的低剂量CT图像相⽐较，AI算法可以将低剂量CT图像转换为⾼质量的图像。AI可以通过算法的图像映射技术，将采集的少量信号恢复出与全采样图像同样质量的图像，⽽且使⽤图像重建技术，可以由低剂量的CT图像重建得到⾼剂量质量图像。在满⾜临床诊断需求的同时，降低辐射的危害。基于AI⼈⼯智能的影像诊断系统成为临床医⽣的"AI助理"，可快速从海量影像中预筛出正常影像，只将有疑似疾病的影像提交医师阅读，⼤幅减轻医师的阅⽚量。
随着5G正式商⽤的到来以及与⼤数据、"互联⽹+"、AI、区块链等前沿技术的充分整合和运⽤，实现
远程近乎⽆延迟的数据通信。在远程会诊中⼼或移动端实现远程数据采集，并极速打开薄层DICOM数据，突破空间限制进⾏影像后处理。以影像设备和图像存储与传输系统影像数据为依托，通过⼤数据+⼈⼯智能技术⽅案，构建AI辅助诊疗应⽤，优化检查流程，提⾼影像医学图像质量并降低辐射剂量。相信在不远的将来，随着AI医学影像技术的发展和模式的创新，将在赋能医疗的路上越⾛越远，为精确诊断、精准的实现添砖加⽡。
医学影像技术学作为发展最快的学科之⼀，新设备、新技术推动其更快地向前发展。医学影像技术学的优势及临床应⽤价值得到临床医师的⼴泛认可。医学影像技术⼈员需不断地更新知识，提升专业能⼒，参与新技术、新设备临床应⽤的相关研究，提⾼图像质量、加快扫描速度、降低CT辐射剂量，获得定量和定性资料，解决更多的临床问题，更好地为患者提供医疗服务。随着AI和5G的应⽤，影像检查体位和序列参数的智能化设计，云平台远程⽹络、5G⾼速传输，实时交付，获得同质化的医学影像。⼤⼒提升基层影像诊断⽔平，为影像检查结果互认打下坚实的物质基础。
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