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还在用放射性的葡萄糖检测癌细胞?你OUT啦!

德国癌症研究中心的科学家已经开发出一种高灵敏度的磁共振成像(MRI)系统,它在体内能像肿瘤,而不需要传统的造影剂或放射性。图片来源:medGadget在磁共振成像(MRI)时,造影剂被用于增强组织结构...即将发布

日期:2017年7月5日 - 来自[技术要闻]栏目
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苏州医工所基于脑MRI的二型糖尿病脑结构改变研究获进展

  二型糖尿病是一种常见的以高血糖为特征的代谢疾病,其对大脑的影响主要表现在神经反应速度的减慢和思维灵活度的减弱。研究表明,由于胰岛素耐受性和患者血糖水平等因素会引起脑部的认知损伤,糖尿病不仅会加速认知功能的退化同时也会增加患者得阿兹海默病(老年痴呆)的风险。脑部胰岛素受体表达的减弱会阻碍胰岛素信号的传递,同时,脑脊液中的胰岛素水平也会对认知功能产生影响。临床研究发现,患有糖尿病的患者更容易患阿兹海默病。因此,对糖尿病病人早期脑部结构的检测和诊断十分必要。

  神经影像方法在检测糖尿病大脑中发挥着重要的作用,大脑核磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging, MRI)以其安全性和高效性,在众多神经影像方法中脱颖而出。MRI具有较好的软组织对比度和较高的空间分辨率,对软组织较多的脑部成像效果较好。目前,研究者们对糖尿病大脑的灰质特征研究较多,如灰质体积、灰质密度,但对于脑皮层特征的研究及对灰质和脑皮层特征同时进行的研究较少。

  最近,中国科学院苏州生物医学工程技术研究所医学影像室研究员戴亚康课题组的彭博等人运用该课题组开发的BrainLab脑MRI分析系统,对糖尿病患者大脑的灰质体积、脑皮层厚度和脑皮层表面积等特征进行了研究。图像处理的全过程使用BrainLab软件完成,从图像预处理、大脑提取、脑组织分割、脑区标记到脑皮层重建,整个过程可以全自动、一键式操作完成,并运用其中的ROI Analysis模块进行灰质体积、皮层厚度和皮层表面积的特征提取。然后,运用国际上主流的统计分析软件STATA 13.0 (StataCorp, College Station, Texas, USA)进行了统计分析,相关结果已经发表在Neuroscience Letters, 2015(606):100-105上。

  研究结果表明,糖尿病患者的脑灰质体积、脑皮层厚度和脑皮层表面积相比正常人有明显的减小。灰质体积减小的区域主要在双侧尾状核;大脑皮层厚度减小明显的区域主要在左侧颞上回、左侧角回、左侧枕中回、右侧枕上回和右侧楔叶;大脑皮层表面积减小主要表现在右侧额上回、左侧旁中央小叶和左侧眶额叶皮质。这些脑区的结构变化会引起相关脑功能的障碍,如尾状核灰质体积的减小会引起学习记忆能力、执行能力和信息处能力的减弱等。这些结果说明二型糖尿病会引起大脑结构的异常,及早地检测出这些结构异常有助于早期认知功能障碍的诊断,对相关脑功能疾病的预防有重要意义。

日期:2015年9月25日 - 来自[技术要闻]栏目

2014医学新突破:3D打印机、“动态MRI”扫描仪

据美国媒体报道,2014年,研究人员在医学领域有许多有趣的新发现以及重大突破,利用新技术治疗不同的病患或伤患,包括“动态MRI”扫描仪、电动大脑刺激仪、3D打印技术等。

自1980年代以来,磁共振成像仪,简称MRI扫描,一直是很重要的医学工具,不过,它只能显示静态图像。今年,加州大学戴维斯分校的研究人员说,他们研发了一个新方法,能捕捉到身体动态时的影像。

整形外科医生查波已经开始使用这种名为“动态MRI”的扫描仪。他说,“我们可以理解为什么一个人的手腕会不稳,为什么一个人会感到疼痛而且手腕上部分关节有磨损,那我们应该怎么做,该如何用更好的产品或做出更好的矫正软组织来帮助病人。”

严重的脊椎损伤通常会导致半身不遂,也包括膀胱、大肠和性器官失灵。美国肯塔基州路易斯维尔大学的科学家采取植入电子装置的方式帮助病人重新恢复部分损失的功能。

美国国立卫生研究院的彼得格鲁博士说,脊椎损伤可能不再意味着终身瘫痪。他说,“我们现在看到这四个人能够用自主意识移动和控制肢体,和自动控制膀胱以及大肠的功能,非常令人兴奋。这是个重要的里程碑。”

瑞典哥德堡查尔姆斯理工大学的研究人员也正持续研究如何在大脑中植入假肢装置的感应器,来控制和感应知觉,使义肢就像是真实的手臂和手。

美国的美敦力公司用电动大脑刺激仪来缓解帕金森氏症的症状。

患者杜尔斯奈普说,在植入手术前,他连走一小段路都不行。“它让我重生了。这过程简直太棒了!没有看过我以前的样子,你不会真正了解这是什么感觉,我左半边的身体基本上是不能动的。”

今年科学家在干细胞研究领域距离目标又靠近了一步,未来干细胞将能帮助受损的组织再生。匹兹堡大学医学院的科学家说,部分重伤病患在以猪膀胱为基体生长的干细胞的帮助下长出了新的肌肉组织。

今年,三D打印机在医学领域也相当有用。中国医生为一名受重伤的少年印出了人工定制枢椎。

医学科技领域在今年有许多重要发展,2015年在这一重要领域也许将会有更多的突破。

日期:2014年12月19日 - 来自[技术要闻]栏目
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新式心脏植入设备可让患者在植入后进行MRI扫描

    据每日邮报报道一款20000英镑的心脏植入设备可以让患者进行MRI扫描。传统的起搏器在进行MRI扫描时会被损坏。
    该技术的进步意味着心脏病患者可以在没有任何危险的情况下进行金标准检查。
    以前起搏器和植入型心律转复除颤器(ICDs)的患者不能进行MRI扫描,因为MRI的磁场会是金属线圈体停止工作。
    每年在英国有超过6000人会植入ICD,据估计这个数量还会继续上升。这些患者有超过三分之二的患者在十年内需要进行MRI扫描检查。因为医生需要通过扫描来获取患者器官的详细图像进行诊断。
    目前MRI扫描的强磁场和辐射可能会造成心脏植入设备停止工作或是使其发热灼伤心脏。但是利用其它影像学方法如X线和超声都不能获取到MRI扫描一样精细的图像,可能会导致诊断的延误。
    不过新式的ICD——MRI SureScan允许医生可以进行任何部分的MRI扫描包括心脏。美国十多年研发的这款电池供电的设备使用特殊然间保护ICD设备在扫描时免受磁场干扰和损坏。
    利用无线笔记本电脑,医生可以在扫描前重新编程ICD,让其在检查期间忽略监测异常心律。最新的设备价值是传统设备的两倍。
    这款火柴盒大小的设备植入到锁骨下方的肌肉下面。
    目前已有英国患者植入了该设备,手术在局麻的条件下进行,耗时约45分钟。医生在患者左胸切小口,在肌肉下方固定ICD设备,再由静脉将导线植入心室顶端和底部的肌肉。(科讯医疗网)

日期:2014年8月19日 - 来自[器官移植]栏目

MRI:如何适应医疗变革

MRI对于人类健康和科研的重要意义

不论是在科研领域还是在医疗健康领域,核磁共振技术都有非常广泛的应用,具有非常重要的作用。随着MRI的快速应用,中国核磁共振技术的突破以及在临床上的应用势必会影响世界。因此,中国核磁共振技术未来的走向值得关注和深思。

在基础研究领域,核磁共振成像有着广泛的用途,比如功能核磁共振成像技术(fMRI)改变了我们对大脑功能、(脑)连接方式、发育及疾病的认识;动物模型的高分辨实时成像使科学家更清晰地了解从发育到器官形成,以及肿瘤生成的生物学过程。与此同时,MRI在医疗领域也发挥着不可估量的重要作用,从骨骼肌肉疾病、神经性疾病、胆道疾病、乳腺癌到其他多种疾病现在都借由MRI来进行诊断。2000年,医学成像,尤其是MRI和CT,被认为是最重要的医学创新。MRI研究领域获得的一系列诺贝尔奖也从一个侧面证明了其对于科学研究和医学的重要影响。

MRI在医疗领域面临的挑战

当前美国的人均医疗消费超过9000美元,但与欧洲和加拿大相比,国民的整体健康水平并没有显著的提高。对于中国来说,随着经济的快速发展,用于医疗的费用也在大幅上升,比如从2006年的1560亿美元增加到2011年的3570亿美元,人均医疗消费也从119美元上升到261美元。成像技术,比如核磁共振,是医疗消费增加的主要推动力。美国医疗费用支出约占到GDP的18%,其中大概9.8%用于诊断成像,也就是说美国GDP的1.8%用于医学成像。按此推算,中国GDP为82300亿美元的经济体量,用于医学成像的费用应该可以达到1480亿美元,是非常庞大的。

MRI被公认为是上个世纪最伟大的创新之一,然而随着世界其他国家为避免重蹈美国过去几十年天价医疗支出的覆辙,已经开始控制医疗费用,或许未来相关技术的研发和应用更应该考虑性价比的问题。关于如何思考核磁共振未来的发展方向,我提出并将讨论以下三个问题:(1)MRI应该侧重于哪些方面的研究?(2)我们能够证实在哪些情况下MRI比其他的成像手段更具优势?(3)MRI如何在控制成本的情况下发挥最大效用?

MRI研究应该关注的领域

目前和未来很长的一段时期内,费用都将是MRI需要考虑的一个重要问题,所以必须高度重视MRI技术的硬件研究。事实上近些年来降低MRI设备的价格也正是大的MRI生产商所追求的。考虑到全球所面临的氦短缺危机,可持续性的MRI系统也是一个很重要的研发方向,其中包括无氦技术和氦获取技术。长期来看,MRI领域研发最应该优先关注的仍然是如何扩大技术的使用范围以及提高性价比。

随着MRI开始在包括中国在内的许多国家的广泛使用,MRI的研究应该更加注重常见疾病的诊断,比如缺血性心脏病和中风。另外,感染性疾病是世界范围内引起死亡的常见和重要原因,MRI对它的诊断很少涉及。在感染性疾病比较普遍的中国,MRI的研究应该把此放在优先地位。

在哪种情况下MRI优先于其他成像手段

中国的人口基数很大,因此可以积累许多基于循证医学的文献,有利于许多医学技术包括MRI的创新和发展。在美国,越来越多的资助局限在那些能够证明自身比其他成像方式更有优势的成像研究上。为了得到可信度最高的证据,大规模、多中心的随机试验是必须的,比如为了证明一种新的MRI技术比现有的CT或者超声更好。一旦多中心的试验联盟建立,多个试验就可以在不同机构同时开展,这样一来,得到的试验结果就会有很大的可信度,并可适用到其他没有参与试验的机构。

MRI如何达到最大的性价比

任何想要成功推广MRI技术的策略都必须重视一个问题:MRI究竟具有多大的价值。我倾向于用收益成本的性价比来阐释这一理念,其中收益是指患者的诊疗效果。在这里比较效益研究很重要。所谓的比较效益研究是指对于大量的人群,新的技术或者方式和现有标准相比有什么样的优势,比较的参数包括存活率,生活质量以及费用。由于放射医学包括MRI的比较效益研究十分有限。如何确定什么时候该使用MRI,以及一定数量的人口所需要的MRI设备的数量,都需要基于患者个体受益情况和提高社会医疗费用性价比方面的证据。上述这些重要的问题都需要深入而且细致的技术和临床医学研究。

下一步建议

首先要找出中国最重要的临床医学问题。虽然当前MRI的研发主要是由美国和西欧的发达国家来主导,但中国将会有越来越多的资源投入到MRI的研究中来。哪些领域应该优先发展需要慎重考虑。拿美国来说,近期美国科学院医学研究所确定了100个优先的比较效益研究项目,其中很多项目都涉及到成像技术,比如肿瘤成像中PET、MRI、CT的比较效益研究。但对于中国来说,研究重点可能不同,这主要是由人群的健康差异,资源差异以及医疗系统差异造成的。为了使研究成果最大程度地造福社会,研究的优先方向应该应该基于一个国家的情况仔细确定。

基于多中心研究联盟、可互操作的MRI协议可以验证新技术的有效性。在中国乃至亚洲范围内的大规模合作研究,厂商之间的标准化方案研究,事关患者保护、知情同意等法律相关事项的协调和管理都需要建立一整套可靠机制。一些大规模的、跨国界的研究联盟可以作为范例。这样的联盟可以针对重大疾病展开新技术与现有方法的比较效益研究。

应该大力提倡并鼓励健康服务研究,包括比较效益研究。任何一项技术在推广之前都需要精确仔细的经济分析,同时培养能够更好掌握健康服务研究的专业人员,以发挥医疗资源在临床中的最大效用也非常必要。在中国医改的大背景下,专业人员(包括医生)掌握更好的技术和研究方法是非常重要的,而成像技术仅仅是其中的一项而已。

逐鹿MRI市场

为了加快国内高端医疗器械产业化进程,近年来中国政府出台了一系列政策来引导、支持核心技术自主创新,促进成果转化。2011年12月31日,科技部发布《医疗器械科技产业十二五专项规划》,2013年7月17日,工信部又推出《医疗器械扶持专项》,对符合国家产业发展方向的医疗器械项目予以重点扶持。

另一方面,中国医改及老龄化社会的到来为医疗器械产业的发展提供了机遇。高端成像设备,如MRI以其诊断疾病领域不断扩大、实时无创性等特点成为产业发展的“潜力股”。

近几年,国内生产超导MRI设备的公司如雨后春笋般涌现,目前已有十几家公司推出超导MRI设备,但多数都从国外进口超导磁体这一关键部件来组装整个系统,仅有个别几家公司自己生产超导磁体,但总体来说本土企业所占国内MRI市场的份额仍然很小,还有很大的成长空间。

市场垄断

近几年随着国内企业和科研院所的合作,一些关键技术,如超导磁体技术已日趋成熟,但还需要经过市场的考验才能实现真正的产业化发展,而国内的超导MRI市场已基本被GE、Siemens、Philips等几大国际公司所垄断。

国际公司凭借较高的知名度和品牌效应使得国内医院更愿意进口他们的超导MRI设备,并且本土医院对国内产品的质量存在一定的不信任感,这就导致国内公司很难和国际公司在同一个标准下竞争,而只能降低产品价格来吸引客户,有的公司甚至打出成本价销售新推出的产品。

另外,几大国际公司在销售MRI产品的同时,还会在国内各自成立医疗学院和研发合作基地,对医务人员做各种培训和推广活动,也提供一些科研条件。从某种程度上说,中国医务人员的设备诊断技能和习惯,都是在这个过程中学习和养成的。就好比他们已经在各大医院加了一层防护罩来屏蔽其他不同品牌的“入侵”,这样就会让医院更倾向于买他们的产品。

可以说国外的MRI厂商全方位的市场营销策略是值得国内企业好好学习的,只有了解用户需求,满足用户需求,不断提供增值服务才能赢得市场,也能够不断提升产品质量和性能,实现市场和研发的良性互动。

技术壁垒

国际公司如GE、Siemens、Philips等掌握MRI多项关键技术,包括磁体、谱仪、系统集成等。就超导磁体来说,其设计、加工、组装、测试等技术已发展到非常成熟的阶段,其中能被人直接看到的技术都已经申请了专利,而较为隐蔽且关键的技术则为了保密而不会被公开。

国内虽然少数企业掌握MRI的若干关键技术,但大部分企业目前研发力量相对较弱,吸收和消化新技术进行技术升级的能力还有待提高。另外,国内的制造水平与国外相比还存在明显的差距,导致技术的实现会大打折扣。

成本控制

对国内厂商而言,在超导MRI产品上要赢得利润,还必须重视的一个环节就是成本控制。虽然中国会比美国、德国、荷兰等国家人力成本低一些,但是对于国内这些新兴的MRI厂商而言,在原材料等硬成本上却要比大型国际MRI厂商高出很多。

因为当市场需求量到达一定量以后,有了规模效应,在购买原材料及配件时才能拿到较为优惠的价格。而在进入超导MRI市场初期,国内MRI厂商的市场占有率都还比较低,产能也相对较低,这样就会在采购原材料及配件时就比国际MRI厂商的成本高出很多。一般每年生产100台的单台成本就会比每年生产10台的单台成本节省20%~30%。

另外,国内企业在采购阶段需要交纳的税费中,只一个17%的增值税就比国外公司高出许多。为了提高超导磁体的产品质量和稳定性,国内企业也会使用一些进口的原料或配件,这就还要另付关税。在需求量不够多的情况下,单价就可能比国际公司高50%以上,如果要买的配件只能通过国内代理买的话,价格则有可能要翻上几番。

对大部分刚进入超导MRI市场的国内公司来说,技术还处于学习、完善和成熟阶段,超导磁体的生产成本也往往高于国际公司。国内的企业只能在国际MRI厂商的夹缝中求生存,等在市场中站稳脚跟后再达到盈利的目的,或者自己另辟蹊径,避开国际公司的势力范围,依靠国内公司高度的灵活性优势,以开放式、部位型、定制型等非传统MRI产品来开拓市场,也许能找到国内超导MRI厂商的一种生存之道。

超导MRI:从技术到产业化

核磁共振成像NMRI,也称磁共振成像MRI,是利用核磁共振NMR原理,依据所释放的能量在物质内部不同环境中不同的衰减,通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波,即可得知构成这一物体原子核的位置和种类,由此可以绘制成物体内部的结构图像。将这种技术用于人体内部结构的成像,就产生出一种革命性的医学诊断工具MRI。

从1978年出现人类历史上第一台全身磁共振成像仪后,该技术在医疗诊断上获得了极大发展和广泛应用,极大地推动了医学、神经生理学和认知神经科学的迅速发展。

当前临床所用的超导MRI设备包括超导磁体系统、匀场和梯度场系统、射频系统及计算机图像重建系统。

超导磁体系统

超导磁体系统提供主磁场强度,由0.5到4.0T(特斯拉),常见的为1.5T和3.0T;动物实验用的小型MRI则有4.7T、7.0T与9.4T等多种主磁场强度。

长期以来,由于没有国产的超导磁体,国内的MRI整机厂家受制于国外公司,只能在低端的永磁成像方面打拼。中国科学院高能物理研究所(以下简称高能所)超导磁体工程中心依托大科学工程中衍生出的超导磁体技术,于2007年开始进行核磁共振成像超导磁体的研发,2010年4月研制成功场强为1.5T的少挥发人体核磁共振成像超导磁体,突破了核磁共振成像设备的关键部件技术。该技术的突破,为国内整机系统厂家提升产品性能和档次解决了关键难点,将改变国内该产业的被动局面,促进产业提升。打通了超导磁体这个关键环节,还能形成从超导材料、超导磁体到整机系统的国产化产业链。

匀场和梯度系统

匀场和梯度是MRI成像系统的重要组成部分,直接影响到MRI的成像速度和图像空间分辨率。现在1.5TMRI主磁场均匀度一般要求是在直径500mm的球域内达到磁场峰值6ppm。梯度线圈的一般指标是空间梯度33mT/m,转换速率125T/m/s,非线性度400×400×300mm3<8%,所以在设计梯度线圈时要考虑线圈电感,线圈效率,梯度场的线性度等。另外,MRI成像系统要求梯度线圈中的电流在200Hz左右的速率切换,涡流问题变得至关重要。在超导磁体中,梯度线圈被金属内壁包围,主要是磁体的低温杜瓦,热辐屏蔽,超导体线圈骨架等,周围的导体内会产生感应涡流,从而影响梯度线圈性能,干扰成像区域内部的磁场。因此,也需要设计涡流自屏蔽线圈消除外部的梯度场。

匀场方法使用线性规划方法,实践证明达到了预期的磁场均匀度要求,图3为经过被动匀场后的磁场测量值。梯度线圈使用目标场方法,现阶段已经完成了初步设计。技术方将尽量发挥高能所在加速器电磁铁方面的技术基础和经验,尤其电磁场物理分析和循环冷却技术上的优势,进一步深入研究设计方案和制作方法,推动1.5TMRI系统全部国产化。

射频系统

高场MRI射频系统的研究与使用方密切结合,是深度开发MRI成像方法和应用研究的一个重要课题,在国际上普遍受到脑科学和神经科学界以及产业界的重视。目前,多通道并行接收技术已经是高场MRI系统的主流产品,在提高图像信噪比、分辨率和快速成像方面提供了强有力的硬件支持。多通道射频线圈、前置放大器、AD转换器等对磁共振信号的处理上的改善是目前高场3TMRI系统开发的主要课题。另外,在7TMRI系统中开发出的多通道并行发射技术也全面向3TMRI转移,西门子和飞利浦先后推出了2通道和4通道并行发射系统,为3TMRI体成像激发不均匀的问题提供了解决方案。

国内产业界1.5TMRI系统已经全面进入市场,紧接着3TMRI也会很快推进,但技术上与国外同类产品还存在着一定差距,所以深入开发射频系统和成像技术即将成为国内MRI发展的主要方向。高能所在微波、高频电子技术中的积累可以提供MRI射频技术的开发平台,帮助企业开始射频系统硬件的研发工作。

成果转化实践 MRI超导磁体技术取得突破后,如何将技术优势进行推广,实现其社会经济价值,又是一个重要课题。

2010年起,技术方开始与企业进行合作,继续开展1.5T零挥发核磁共振成像超导磁体和1.5T短腔核磁共振成像超导磁体(总长度小于1.5米)的研制及中试,尤其是针对其可靠性及成本控制方面进行多方面调研和测试,寻求最佳解决方案。目前1.5T零挥发MRI超导磁体已经开始小批量生产。 但不可忽视的是,MRI设备面临激烈的市场竞争,目前GE/SIMENSE/PHILIPS三大巨头占领了绝大部分超导MRI市场,如何有效进行成本优化控制、找准市场切入点将是未来几年内国内MRI行业的重点关注方向。

市场前景

磁共振成像不仅是临床医学的重要手段,也是科学研究与探索的极端重要工具。正是因为磁共振成像方法的多样性,使磁共振成像方法在临床医学、认知神经科学、药物研究等方面取得了重要应用,科研方面,在nature.com网站搜索MRI可检索到超过8000篇论文。

MRI市场主要是由病人数量、MRI理论和技术、放射学家的素质和经济发展水平所决定。当前欧美日等国MRI设备的装备情况一般在每60000至70000人一台,一般每300张病床以上的医院都要配备至少一台MRI系统。中国是个发展中国家,人口基数大约13亿,目前全国的MRI设备配比仅为发达国家的十分之一。如果考虑到目前现有MRI系统特别是一些国产低档MRI系统的更新,则需求量还要相应增加,所以MRI市场应该有很大的发展空间。以2010年为例,我国临床应用领域的MRI装机数量就达数百台,耗费人民币数十亿,整个中国MRI产品线增长率52%,其中1.5T产品线增长率74%,3T产品线增长率91%,超导产品综合增长率78%。

近年来,国内的MRI产业发展迅速,投入其中的技术力量和资金来自多个方面,已经在冲击1.5T超导MRI的市场,甚至很快将冲击3TMRI的市场,但需要突破行业巨头打压以及同质低价竞争的瓶颈。在国内MRI技术和产业全面起步的阶段,开发具有自己特色和独立知识产权的产品逐渐成为科技界和产业界的共识,新型MRI超导磁体也成为讨论的热点。新的市场增长点汇聚在改善病人舒适度和节能环保这两个方向上:病人舒适度的提高体现在对大孔径、短腔超导磁体和开放式超导磁体的需求上;节能环保则要求超导磁体减少液氦的使用量,如零液氦消耗、高温超导磁体、传导冷却超导磁体等。

高能所超导磁体中心基于自身在超导磁体设计制作方面的优势,将与MRI系统的使用方和生产厂家展开深入探讨,在物理方案上设计出有特色的、更具市场竞争力的超导MRI磁体。

另一方面,PET-MRI系统将正电子发射计算机断层显像仪(PET)和核磁共振成像系统(MRI)两强结合,成为大型功能代谢与分子影像诊断设备。PET-MRI技术可以避免X线辐射对人体的损伤,在肿瘤诊断治疗、神经系统、心血管系统三大领域做到了真正意义上的强强联合、优势互补。目前PET-MRI同机融合技术已经成为发展的主流,2013年美国核医学与分子影像学学会(SNMMI)专门组织了一次介绍PETMRI设备新技术进展的会议,GE公司成功运用飞行时间技术(TOF)技术,实现PET与MRI在同步扫描时两者之间无明显干扰。PET-MRI技术虽然的设备技术和临床应用范围还有待于进一步研究,但已经是核医学和MRI成像技术应用的一大热点。

高能所先后完成了人体PET、小动物PET、乳腺扫描仪等的研制,并实际应用于医疗和实验研究上,在PET上有坚实的研发基础,加之目前在超导MRI磁体上的技术基础以及在相关技术上的研发投入,有望在PET-MRI研究领域做出一定成绩,填补国内的空白,推动国内PET-MRI的研究。

超导MRI从技术到产业化是一个必然的过程,也是一个冲破阻力、勇于创新的过程。

中国科学院武汉物理与数学所核磁共振技术的研发进展 核磁共振(NMR)技术的发展趋势,可以从核磁共振相关研究所被授予的五次诺贝尔奖中获得一条清晰的脉络。

核磁共振与诺贝尔奖的渊源

20世纪40到50年代是核磁共振现象的发现和实现期。1944年美籍奥地利科学家Rabi因发展了磁共振方法观察原子核性质而获得了诺贝尔物理学奖;斯坦福大学的Bloch和哈佛大学的Purcell因分别观察到凝聚态物质的核磁共振现象分享了1952年的诺贝尔物理学奖。

20世纪60到80年代是核磁共振的黄金时期。这期间核磁共振的理论、仪器、技术和方法得到了全面发展。核磁共振在化学和生物学中的应用对推动核磁共振的发展起到了巨大的作用。瑞士科学家Ernst因对核磁共振方法学的卓越贡献,获得了1991年的诺贝尔化学奖。在这期间还诞生了磁共振成像(MRI)技术,并迅速发展成为极为重要的活体无损谱学和影像学研究手段,对脑科学和临床医学,以及人类健康产生了巨大影响。

进入1990年代之后,核磁共振波谱学的应用范围进一步扩大,研究对象从有机小分子,拓展为生物大分子的三维结构、相互作用和动力学过程等。瑞士科学家Wüthrich因在溶液中蛋白质三维结构的核磁共振测定方法方面的卓越贡献,分享了2002年诺贝尔化学奖。2003年度的诺贝尔生理学或医学奖授予了对核磁共振成像技术作出卓越贡献的美国化学家Lauterbur和英国物理学家Mansfield。

这五次诺贝尔奖,代表着核磁共振研究从物理学、化学和生命科学三个里程碑式的发展历程,也是对核磁共振及其工作者为科学发展所作贡献的肯定。需要特别指出的是,核磁共振波谱和成像仍然处于高速发展之中,面临着更多更大的挑战。

核磁共振技术的优势

实时无损的成像优势和高时空分辨是核磁共振波谱学的最大特色和优势。核磁共振是结构生物学研究中的两大主流手段之一,另一种主要手段是X射线晶体衍射,超过99%的蛋白质三维结构是通过这两种手段测定得到的。通过X射线晶体衍射得到的蛋白三维结构,其构象被锁定在单一状态(晶体),是静态结构;用核磁共振获得的是溶液中、甚至是活细胞中的动态结构,更接近于生理状态。核磁共振技术还可提供生物分子结构转化、相互识别和相互作用等动态信息,更有利于研究生物过程和机制。

核磁共振成像(MRI)的优势是能够在无损条件下提供活体中生物分子、组织的分布及其变化等信息。与临床检验中使用的计算机断层扫描(CT)和正电子发射断层成像(PET)相比,MRI没有潜在的放射性损伤,而且具有高分辨率、高对比度,可对不透明物体成像等优点,因此目前被广泛地应用于临床各类疾病的诊疗中,成为一种重要的医学影像技术。

武汉物数所的研究实力

中国科学院武汉物理与数学所(原中国科学院武汉物理所)核磁共振学科的发展,要追溯到王天眷先生。他是我国波谱学的创始人之一,1960年回国后,首先在中国科学院武汉物理与数学所(以下简称:武汉物数所)创建了波谱学研究室,培养和造就了一批波谱学研究骨干。

上世纪80年代以来,在叶朝辉院士的带领下,武汉物数所建成了波谱与原子分子物理国家重点实验室、武汉磁共振中心(国家大型科学仪器中心)、中国科学院生物磁共振分析重点实验室等研究平台,积极推进核磁共振与化学、生物医学的交叉。

武汉物数所在核磁共振研究获得的重大成果中,有的已经成为蛋白质结构计算的基础数据,有的成为核磁共振实验的经典方法,研制成功的拥有完全知识产权的国产高场核磁共振波谱仪已进入工程化阶段,适用于人体肺部重大疾病研究的磁共振成像系统取得了阶段性成果。在Science,PNAS,JACS,PRL等杂志发表了数百篇有影响的研究论文。

开展多学科交叉研究

武汉物数所始终坚持面向国家重大需求、面向科学前沿;坚持学以致用、研以致用。首先,重视多学科交叉和融合。在2009年获得国家创新群体资助时,叶朝辉院士就指出,这标志着武汉物数所的核磁共振研究实现了从依托无线电物理到依托分析化学的转变。无线电物理、物理化学、生物物理、脑科学等学科是学科交叉研究的支撑。其次,武汉物数所一直重视并拥有一支多学科交叉和融合的研究队伍。近年来武汉物数所引进和培养了一批具有化学和生物学背景的中青年骨干,其中有6人先后获得国家杰出科学基金资助,有10余人入选中科院“百人计划”或青年“千人计划”,有4人成为973项目首席科学家或国家重大科研仪器研制专项负责人,得到国家创新群体的资助。 再次,武汉物数所在资源配置上向交叉型合作研究倾斜、向具有交叉型研究能力的人才倾斜、向具有重大应用背景和有望取得重大突破的课题倾斜。所承担的两个科研仪器研制专项研究,使我国大型磁共振仪器从无到有,具有划时代意义,预期会对肺部功能和疾病的诊疗产生重大影响。

武汉物数所制定的《研究所中长期发展规划》中明确提出核磁共振学科要在国际舞台上发挥引领作用。特别加强对波谱与原子分子物理国家重点实验室、武汉磁共振中心(国家大型科学仪器中心)、中国科学院生物磁共振分析重点实验室等研究平台的建设。

在研究所科研单元中,设立了磁共振基础研究部、磁共振应用研究部、高技术创新与发展中心和磁共振技术中心,以保障基础研究、应用研究、高技术研发和技术支撑能够按照各自的规律高效运行,同时以上述平台为纽带,促进各单元之间的协作。

在学科布局上,武汉物数所在固体核磁共振、液体核磁共振、磁共振成像和磁共振仪器等技术手段方面,以及面向物理、化学和生物医学的磁共振技术、方法和应用研究方面已经形成了自己的特色和优势。同时采取措施鼓励磁共振学科与研究所原子分子光物理和数学物理等学科的交叉。

研产结合促进产业化

当前中国正处在经济转型的关键时期,习总书记多次强调要改变原有经济增长模式,调整产业结构,实施“创新驱动发展”战略,科研成果的转移转化是实施这一国家战略的重要举措。

武汉物数所一贯重视科研成果的转移转化,以磁体技术入股“沈阳东软波谱磁共振技术有限公司”,就是成功实现产业化的一个例子。最近又以磁共振谱仪为主导技术,成立了“武汉中科波谱技术有限公司”,所生产的磁共振谱仪已经进入市场。对于有产业化前景的技术,适时转入、挂靠东湖自主开发区的“中科院湖北产业技术创新与育成中心”等机构实现再开发及转移转化,这是技术进入市场必不可少的环节,技术升值和风险并存。

研究所是高技术产业化的一支重要力量,基础研究是孕育高技术的源头。基础研究、高技术研发、成果的转移转化和产业化具有不同的规律和文化特征。保障技术转移转化的渠道畅通,涉及到政策、资源、人才、利益、市场等诸多方面,是一个系统工程。武汉物数所在不断探索如何在保障国家利益不受损失的前提下,最大限度地调动技术人员等各方面的积极性,促进技术研发成果高效转化为产品,贡献于国民经济的发展。

周廉院士:核磁共振是超导材料产业化的突破口

2014年1月2日下午,周廉院士匆匆从外面赶回办公室,接受已经约定的采访。一开场,他很坦率地说,“我已经70多岁了,名利于我已经没有什么意义,我只是想为国家未来超导材料产业的发展做一些力所能及的事情,思考战略性的问题,希望我们国家逐渐摆脱产业受制于人的状态”。

周廉在超导材料领域摸爬滚打了几十年,赢得赞誉无数,但他从来没有停止在“材料工程化、产业化”道路上的探索,因为他深谙技术创新离不开市场的激励和反哺。他发起的西部超导材料科技股份有限公司(以下简称“西部超导”)于2003年成立于西安经济技术开发区,是我国航空用特种钛合金材料的主要研发生产基地,也是国际上唯一的低温超导合金棒材及线材全流程生产企业。

ITER(国际热核聚变实验堆计划)给西部超导带来最初的发展机遇,在这之后,周廉把眼光放在更远处,核磁共振便是他所描绘的超导材料产业化蓝图中不可或缺的一块。

致力产业化

高科技与产业化:您从上个世纪60年代就开始研究超导材料和稀有金属材料,当时的研究条件怎么样?有没有把研究工作推向产业化的想法?

周廉:当时,响应国家支援三线的号召,我到了宝鸡有色金属研究所工作,可以说是穷乡僻壤,也比较闭塞,但是我们在1979年已经把NbTi的性能提高到世界第一的水平。NbTi本身就是非常重要、应用也很广泛的超导材料,比如在高能物理的实验中大型粒子加速器、ITER等,军事上的电磁武器以及医疗设备MRI、NMR中都有它的“身影”。

我一直认为超导材料的研发应用是关键,但在那个时期,我们国内的这些产业几乎都还没有起步,应用自然很困难。与ITER的合作是一个契机,如果没有这样的机会,我们超导材料的产业化恐怕还是比较艰难。

高科技与产业化:与ITER的合作是如何促成的?

周廉:ITER计划其实早在1985年就被提出,并于1998年开始实验堆的设计工作。ITER是仅次于国际空间站的世界第二大国际合作项目和世界上最大的核聚变装置,该计划旨在通过可控热核聚变反应获得新的能量来源以解决日益严峻的能源危机。世界上科技发达的国家和地区几乎都参与了ITER计划,包括欧盟、日本、俄罗斯、美国、韩国、中国等。中国能以合作的方式加入其中就与我们的超导材料有很大关系了。ITER计划刚提出来的时候正逢我们国家改革开放伊始,对于是否加入该计划有关各方有不同意见,最终以科技部为代表的支持方占据了主导地位,中国自此加入其中,当然真正为ITER提供超导材料是近两年的事情。

高科技与产业化:是在“西部超导材料科技股份有限公司”成立之后,对吗?

周廉:是这样。西部超导成立的初衷就是尽快实现超导材料的产业化,这跟“企业是技术创新主体”的思路是一致的。2002年由我们出技术,台湾人出资共同发起,2003年2月28日,公司正式注册成立。

2010年12月,公司与中国国际核聚变能源计划执行中心正式签署“国际热核聚变实验堆(ITER)用超导股线合同”,2012年3月,公司正式启动向ITER项目批量供货,主要是NbTi和Ni3Sb超导线材,用于磁约束装置核心部件制作。事实证明,我们的材料性能完全符合要求,是各参与方中唯一全部一次性通过所有测试评价的供货方,为中国争了光。

高科技与产业化:是否可以说是ITER项目为公司的超导材料打开了销路?

周廉:目前我们为ITER项目提供的各种超导材料基本上已经制备完成,虽然这个项目给我们带来很大销量,但基本上是“一竿子”买卖,到此为止了。公司要实现超导材料产业化的可持续发展必须要找到稳定的市场需求。

放眼长远发展

高科技与产业化:在您看来,市场的突破口在哪儿? 周廉:我认为核磁共振方面的应用应该是超导材料今后10年乃至20年的主要市场。2012年国际超导高峰会议上,与会人员普遍认为低温超导应用仍然是主体,其中MRI的应用应该占80%左右;高温超导还未找到切实的应用,工程、技术上还有很多问题待解决,市场刚刚起步,目前市场份额几乎被忽略,到2016年可能有1.3亿欧元的市场。

欧洲超导应用产业同盟(Consortium of European Companies Determinedtouse Superconductivity CONECTUS)2012年3月发布的报告称,2016年全球MRI市场将达到43.3亿欧元,这是很大的数字。

对于中国来说,随着老龄化社会的到来和医疗覆盖面的不断扩大,成像设备尤其是MRI的需求增长率更是远远高于欧美等发达国家。举例来说,目前国内很多县一级的医院都还没有配备MRI,未来若要满足这一层面的需求的话,市场还是很大的。而且相对于国内大城市已经被GE、西门子、飞利浦等国外厂商占领的高端MRI市场,国内的公司在开拓县级的、较为低端的MRI市场方面还是占有一定的优势,一定要抓住机遇。

高科技与产业化:目前来看,国内的MRI产业要带动超导材料的发展,还需要哪些条件?

周廉:国内MRI的企业力量还比较薄弱,产业链还不够完整。MRI是多项技术的集成,包括超导线材、超导磁体、谱仪系统等等,比较好的形式应该是成立专业的线材公司、磁体公司,大家分工协作,形成产业集群。同时应该加强产学研结合,提高技术转移转化效率。

另一方面,国家对于超导产业的引导也很重要,中国如果眼下不抓紧上产业规模,若干年之后肯定会丧失先机。有人说,既然俄罗斯可以买德国的技术做二代材料,中国未来还需要做技术转移吗?我认为低温、高温超导体仍然是目前新材料的研究热点之一,国家应该有规划,无论是973计划、863计划,还是国家自然科学基金委都应该加强对超导基础研究、工程化、人才培养方面的支持,毕竟我们国家在这方面跟美国、欧洲、日本相比还是很弱。

高科技与产业化:西部超导在MRI超导材料研发和产业方面有什么样的布局?

周廉:西部超导正在积极寻求MRI超导材料批量化生产的路径,探讨与磁体生产商紧密合作的模式,也在通过科研手段不断提升材料的性能。

高科技与产业化:您也提到国内的MRI产业还远不成熟,西部超导是否有进军国外MRI市场的计划?

周廉:有这样的想法。公司最重要的目标是生存和发展,所以必须考虑全球化的市场需求,ITER项目就是很好的先例,不过目前来说MRI超导材料并没有构成公司的主要营收来源。公司正在致力于MRI的开发和生产。西部超导是一个产品多元化的公司,除了超导材料以外,还有用于航空、航海的钛合金材料等,我想这也是支持我们能够进行未来潜在技术投资的一个重要支撑。

高科技与产业化:您一直强调人才的重要性,您对于国内年轻一代超导人才培养有哪些建议?

周廉:我认为对超导研发领域的年轻人应加强组织,可以以973计划为核心,组织一个专业圈子;在国内外学术圈内进行广泛的学术交流,组建强大的国内研究队伍,积极申办国际超导高峰会议等等。再有就是超导的研究群体要去做发展趋势研究、要能拿出有份量的项目建议书,要在促进应用方面提出有见地的研究建议、向政府提出超导研究和产业发展的可行性建议等。

日期:2014年7月29日 - 来自[技术要闻]栏目
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国产影像诊断设备研发的发展方向探讨

我国中、高端影像诊断设备市场长期被进口品牌主导,打造民族品牌一直是业内的一大宿愿。为了明确民族医疗器械企业的技术发展方向,中国医学装备协会的调研人员与各相关领域的临床专家今年以来深入各地二、三级医院,针对医疗机构主要影像诊断设备的配置现状、市场需求,以及国产医疗器械与国外品牌的差距、各类国产影像诊断设备的研发瓶颈等问题,寻找答案。

MRI:具备永磁MRI研发优势

核磁共振成像(MRI)具有分辨率高、多方向扫描、多参数成像、兼具解剖与信息成像功能以及无电离辐射等优点,适用于人体绝大多数部位疾病的诊断,是当今最有效的临床影像诊断设备之一。

调研结果显示,目前我国MRI需求以低端产品为主。2011年底,国内MRI装机量近3300台,平均每百万人口装机量约两台,远低于2006年底美国每百万人口25台的装机量。按照我国经济发展速度及医疗需求的增长趋势,专家预测,2020年,我国MRI配置总量在9000台左右,年均增长速度为35%;国际市场每年的需求量为6000台左右,年均增速保持在20%左右。

据分析,目前,超导型MRI的核心技术主要由欧、美少数国家掌握,市场主要由GE、西门子、飞利浦和东芝等公司垄断。中国MRI产业起步较晚,目前有安科、奥泰、东软、鑫高益、万东、嘉恒、稀宝博为、贝斯达等十多个MRI厂家。近年来,国内企业在超导MRI研发、生产方面有了很大进步,取得了超导磁体和线圈技术专利,已有产品上市销售。在永磁型MRI国际市场上,日立、GE和西门子等占主要份额。而我国在发展永磁型MRI上具备材料资源优势,且永磁型MRI的技术综合性及产业发展要求较超导型MRI低,民族企业在涡流、剩磁和磁场均匀性等关键技术上已取得重要突破,初步具备与国际品牌竞争的基础。

专家建议:我国MRI企业在短期内应重点发展国内基础较好的、具有材料资源优势的永磁型MRI,重点解决磁体技术、成像技术,满足二级医院的需求,快速形成规模化产业,提高国际竞争力;并开发可与国际1.5特斯拉(T)MRI基本型竞争的国产高场强MRI系统,重点突破1.5T超导磁体、谱仪和成像关键技术,研发梯度线圈、梯度功放关键零部件。

CT:着力研发成像软件

X线计算机断层扫描(CT)设备经X线-球管发射X线,其射线可从360度穿透人体,再现人体被检部位的横断面断层或立体图像,可为临床提供被检部位的精确病理、生理信息。

调研结果显示,2011年底,国内CT设备装机量约1.2万台。但是,不同级别的医疗机构配置档次差异很大,有些地区CT检查需求仍难以满足。预计“十二五”期间,我国每年新增或更新的CT设备在2000台左右。

据专家分析,目前,国内高端CT市场被进口品牌占领,中、低端CT设备实现国产化,但主要零部件基本依赖于进口。虽然国际主流CT厂商的核心部件也多来自国际采购,但其自主研发的成像软件系统,使其产品一跃成为高精密科技产品,而我国CT设备的软件系统在信号采集、图像处理及传输等方面有明显差距。在国产品牌中,东软的64层螺旋CT采用了智能四重采样、光栅屏蔽等新技术,填补了国内这一领域的空白。

专家建议:我国CT企业应着力研发软件系统,在信号采集、成像处理及图像传输上取得重大突破,生产出具有自主知识产权、高性价比的64排及64排以下CT产品。

DR:突破探测器设计与制造技术

直接数字X线成像(DR)系统是一种智能化程度很高的设备,其可再现人体被检部位的X线数字化图像,目前被广泛用于放射科的各项检查中。

调研结果显示,我国对性能稳定、价位较低的中档DR设备需求巨大。近五年来国内DR市场销量快速增长,年均复合增长率达到50%左右,2013年中国DR市场销量更是创记录,CR、DR数字化摄影系统销量突破1万台。其中,国产DR设备销量所占比重也在逐步的增长,2013年国产设备的总量在45%以上,与去年同期相比上涨了10%。预计今后几年,国产设备的总量将会持续增加,国内DR设备市场的年增长率将保持在20%左右,年销售额将达到20亿元以上。

据专家介绍,DR设备的四大关键技术是探测器、球管、高压发生器、后处理软件。我国数字影像高端DR设备主要被进口品牌占据,近年来,国产DR设备生产企业屡屡突破关键技术,如自主研发DR探测器,在图像后处理技术上突破图像拼接、组织均衡、曝光区域检查等技术,打破了国外厂家在DR领域的垄断地位,填补了国内技术空白,大幅增加国产设备进入高端市场的可能性。以安健科技、迈瑞等为主的国内医疗器械厂家正在加快撼动外企垄断的步伐。

专家建议:进一步突破和提高探测器的设计与制造技术瓶颈,实现DR探测器技术升级,支持动态拍片和多功能复合,降低医院成本;同时,加大图像后处理软件系统研发力度,进一步提高图像质量。

彩超:重点研发中高端台式机 彩色多普勒超声诊断设备具有高空间分辨率、实时快速成像、安全无创、无放射线、操作简便、可便携、费用低等众多优势。彩超的临床应用越来越广泛,涉及腹部、心脏、妇产、泌尿、血管、浅表器官(如乳腺、甲状腺)、重症监护、急诊、麻醉、肌肉骨骼等众多领域。

调研结果显示,2010年,我国超声市场规模达到7.6亿美元,约占全球超声市场的14.6%。预计未来5年,国内超声市场将以每年8.2%左右的速度增长。2015年,中国超声市场可望达到11亿美元的规模,约占全球超声市场的16.4%,有望成为全球超声第一大市场。

据分析,目前,中、高端台式彩超仍以国外品牌为主。在中端机领域,国内企业主要是深圳迈瑞和汕头超声参与竞争。在低端机领域,国内企业具有较强优势。国产中、高端彩超与国外同类产品的差距主要存在于两方面:一是成像性能、图像分辨率等基础超声成像技术;二是先进的超声成像功能。目前,国内企业在造影成像技术和实时三维成像功能方面取得了初步突破。

专家建议:重点研发能接收128通道或者256通道的高端台式彩超设备;重点突破基础二维成像技术、基础彩色血流成像技术、高性能的超声换能器技术、新波束合成技术、超声造影成像技术、弹性成像技术等,使国产超声产品能够参与国外中、高端市场竞争。

日期:2014年6月11日 - 来自[检验与超声影像]栏目

超灵敏MRI技术:照亮人体肺部

人口健康直接影响到一个国家的经济发展和社会进步。据我国2013年发布的肿瘤发病率统计年报表明,肺癌是我国目前首位恶性肿瘤,是癌症死亡的头号杀手,目前城市中每4名死亡的癌症患者中,约有1名是肺癌。如何开发仪器进行肺部疾病的早期诊断成为当前国际医学界和科学界研究的热点。

近期,中国科学院武汉物理与数学研究所周欣研究员领衔的团队正在开展的超级化气体肺部MRI成像技术研究,有望对人体肺部气体交换功能实现可视化,从而能够尽早发现肺癌。

“癌症的发生和发展通常是先发生功能病变,然后演化成结构病变,即功能性变化是发生在结构变化之前,这也是为什么当发现肺部结构病变时,通常都已经到了癌症中晚期的原因。然而,目前还没有一种能对肺部气体交换功能可视化的成像设备,这极大地阻碍了对肺部重大疾病早期的深入研究。”周欣说。

周欣进一步解释说,目前的胸透、CT和PET仪器均可用于肺部成像,但由于它们所放射出的射线都属于高能射线,会杀死人体内的白细胞,对人体造成一定伤害,所以不宜短时间内多做。另一方面,肺部气—气交换和气—血交换的功能信息是衡量肺部健康状态的一个重要指标,而CT和PET等成像技术都不能提供这两大功能信息。

“我们这项研究不仅获得肺部的结构信息,还将对肺部气体交换功能进行可视化研究,从而展开人体肺部重大疾病的诊断前研究。”周欣说,“其主要原理是:先利用激光技术增强电子自旋信号,然后将电子信号转移增强惰性气体的磁共振信号,进而对肺部气体进行成像。”

在实验室里,周欣向记者展示了他和团队开发出来的针对于肺部重大疾病诊疗的高端医疗设备肺部磁共振成像仪。这种超低浓度物质检测的分子探针和分子影像技术,能够用于癌症和肿瘤分子的早期检测。“传统的磁共振技术通常只能检测液体、固体样品或组织,而不能检测气态的磁共振信号,因为气体的密度通常比液体或固体低1000倍左右。”

周欣研究的超极化129Xe和3He技术及装置,能够克服这个磁共振的核心挑战,且无放射性,并对肺部气体的交换进行可视化观测,点亮肺部影像。

他解释,目前的所有临床影像学方法(胸透、CT等)仅仅能获得肺部的结构信息,但具有高灵敏磁共振信号的超极化Xe,却能使肺部MRI清晰可见,不仅能作为气体示踪剂被人自然呼入,并且安全地溶于血液和组织,因此超极化XeMRI也成为目前唯一能对肺部功能进行成像的影像技术。

目前,世界上掌握着超极化仪器关键技术的人屈指可数。“这是一项自主研发、具有独立知识产权的技术,属于世界领先,它的成功建立在几代科学家在核磁共振技术上的 30年基础工作上。”周欣说,目前该设备已实现XeNMR信号增强10000倍,并成功获得国内首幅小动物活体肺部MRI影像。“预计再过一年左右,就能获得对人体肺部的MRI影像,预计4年以后可以开展临床研究。”

日期:2013年8月11日 - 来自[呼吸系统相关]栏目
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颅内环形强化病变的MRI鉴别诊断

【摘要】  目的探讨颅内环形强化病变的MRI表现,认识其影像学特征。方法回顾性分析57例颅内MRI上环形强化病例,所有病例均经手术、病理或临床治疗证实。结果57例颅内环形强化病变中,胶质母细胞瘤21例(36.84%),转移性肿瘤17例(29.82%),脑脓肿11例(19.30%),结核性肉芽肿8例(14.04%),肿瘤性环形强化表现为厚壁、形态不规则、不光滑;而非肿瘤性环形强化表现为形态规则、光滑、壁厚薄较为均匀。结论颅内环形强化病变的MRI表现具有特征性,可为诊断提供重要依据。

【关键词】  核磁共振;环形强化

  [Abstract]ObjectiveTo study and analyze the MRI characteristics of common intracranial ring enhanced lesions. MethodsMRI studies of 57 cases intracranial ring enhanced lesions were reviewed retrospectively, all cases were confirmed by surgery or pathology and anti-inflammatory treatment. ResultsAmong 57 cases of intracranial ring enhanced lesions included 21 glioblastomas,17 metastases,11 brain abscesses,8 tuberculosis granuloma. On the whole,the malignant tumors displayed obviously heterogeneous thickness of the walls especially the inner walls were uneven and coarse, while the non-tumors lesions demonstrated regular shapers smooth inner walls and even thickness of the walls. ConclusionIntracranial ring enhanced lesions has a specific MRI finding and can supply important diagnostic value.

  [Key words]Magnetic resonance imaging;Ring enhancement

  颅内很多疾病都有环形强化的影像表现,但是仔细观察,每一种疾病由于病理基础,生长方式、血液供应的不同,其环形强化表现也各有特点,为了便于诊断和鉴别,笔者对自己实际工作中遇到的比较常见的疾病的环形强化病例,做一个比较研究,以进一步提高对环形强化的认识。

  1资料与方法

  1.1病例资料及处理选择57例术前行磁共振平扫、增强扫描的脑内环形强化病变患者,其中男性34例,女性23例,年龄17~72岁,平均46.3岁,除3例脑转移患者为临床证实外,其余病例均经病理证实。其中胶质母细胞瘤21,脑转移瘤17例,脑脓肿11例,结核性肉芽肿8例,分别就它们增强所表现的环形强化壁厚、壁环、有无结节及水肿情况等特点进行分析、比较。

  1.2MRI扫描技术使用Siemens sonata 1.5T 型磁共振扫描仪,仰卧位,4通道相控阵头线圈。梯度场强为40mT/m,梯度切换率为200mT/(m·ms),FOV为230mm×230mm。横断位T1WI SETRTE=5007.7ms、T2WI TSE序列TRTE=400095ms,辅以T1WI矢状位,扫描层厚5mm,间隔1mm,层数20,采集次数2,矩阵256×256,翻转角90°全部病例均做增强扫描,增强扫描使用钆- 喷替葡甲胺(G d - D T P A )对比剂,剂量为0.1mmol /kg,经肘静脉快速注射后,立即行横断位、矢状位及冠状位T1WI扫描。

  2结果

  57例颅内环形强化病变中,胶质母细胞瘤21例(36.84%),均发生于幕上,边界模糊,伴有不同程度的水肿,占位效应也各异,注入Gd-DTPA,呈环形强化,环壁不规则,其中13例有壁结节形成,环壁7例有缺损和中断,6例内见出血,环内16例伴有坏死、囊变,呈常T1长T2信号(图1)。转移性肿瘤17例(29.82%),12例发生于皮髓质分界处,3例在小脑,2例在脑干,水肿明显,环壁大小不等,壁不规则,5例有中断现象,7例有壁小结节,周围水肿也较显著,呈“小结节大水肿”表现(图2)。脑脓肿11例(19.30%),T1WI脓腔及周围水肿为低信号,两者之间的脓肿壁为等信号环形间隔,T2WI脓腔及周围水肿为高信号,脓肿壁为等低信号,Gd-DTPA增强呈明显环形强化,脓腔不强化,脓肿壁光滑无结节(图3),本组3例呈多房脓肿,形成壁结节假象。结核性肉芽肿8例(14.04%)顶叶3例,额顶叶2例,颞叶3例,单发7例,多发1例,增强呈明显环形强化,壁厚光滑、完整连续(图4)。图1为胶质母细胞瘤,MR T1WI冠状位(A)示右顶叶肿瘤呈不均质低信号,肿瘤实质部分呈环状等信号(黑箭),肿瘤内坏死和周围水肿呈低信号,占位效应显著。T2WI(B)肿瘤实质部分呈环形等信号(黑箭),肿瘤内坏死和周围水肿呈高信号,注入Gd-DTPA扫描,冠状位(C)和矢状位(D)肿瘤实质呈环形强化(黑箭头和黑箭)环壁薄但不规则,局部有中断 图2矢状面T1WI增强示额顶叶占位,壁厚不规则,呈小结节大水肿表现图3脑脓肿,图3a 横断面T1WI 示脓肿壁上低信号“暗带”与脑白质呈等信号;图3b 横断面T2WI 低信号“暗带”略低于脑白质信号;图3c 增强后横断面T1WI 示脓肿壁呈环形强化,壁厚薄均匀,内壁光滑图4左颞叶环形强化结节,壁完整连续,光滑。病理为结核性肉芽肿以上环形强化病变的MRI表现可如表1所示。表1环形强化病变的鉴别诊断囊壁厚度

  3讨论

  颅内环颅内环形强化病变包括肿瘤、炎性感染或出血等疾病,在临床工作中颇为常见。其致病机制不同, 治疗方法各异, 能否正确诊断该类疾病, 将直接影响患者的预后及转归。环形强化是颅内病变的一种特殊类型的异常强化,其影像学表现有一定的相似性,诊断和鉴别诊断一直是个难点,分析病变不同环形强化的表现形式,可以为诊断提供重要信息,有助于提高诊断正确率。发生对比增强主要是由于局部血容量或血流量相对增加或缺乏血脑屏障或被血脑屏障破坏,导致通透性异常增加和(或)局部血管发育不良,发生对比剂外渗所致,环形强化就是其中之一。环形强化病变的主要病理特点是其中心为乏血管组织、囊变或液体,陈旧性和(或)新鲜额出血、感染以及坏死的脑组织等,病变中心通常是由以上一种或几种成分组成,同时病变周围有血脑屏障的破坏。因此注入对比剂后病变中心不强化,而边缘组织强化,在MRI呈现环形强化表现。胶质母细胞瘤是星形细胞瘤中恶性程度最高的星形细胞瘤,属WHO Ⅳ级,最显著的特征是有明显的坏死和微血管增生,肿瘤多位于皮质下,呈浸润性生长,常侵犯几个脑叶并侵犯深部结构,外观呈半球形,分叶状,大多数肿瘤边界不清。因生长迅速,而使周围组织受压,出现软化和水肿,表现“假包膜”现象,可被误认为境界清楚,其实肿瘤已经超出边界浸润生长,肿瘤可侵犯皮质,并可与硬膜相连,或可突入脑室及深部结构,肿瘤软硬相间,质地不均,瘤内常有大小不等的囊变及坏死灶,并常伴出血,少钙化,因为中央为无强化区域,肿瘤血运丰富,强化显著,同时脑水肿明显,肿瘤的不规则环形强化,反映了肿瘤对血脑屏障的破坏,或(和)瘤内不成熟的肿瘤血管造成对比剂漏出到细胞外间隙[1]。转移瘤同样具有易发生出血和坏死、囊变、瘤周水肿、占位效应明显等特点,它的MRI平扫和增强同样具有恶性肿瘤的影像学表现,肿瘤生长迅速,瘤内坏死显著,出现不规则环形强化,环外壁光滑整齐,内壁不光滑,皮质侧增强显著,并环壁增厚[2],壁周围长出现大片水肿,呈手指状,又称“小结节大水肿”。肿瘤发生脑转移瘤的频率由多到少依次为肺癌、乳腺癌、胃癌、结肠癌、肾癌等,肿瘤内的血管结构与原发肿瘤相似,转移途径以血行为主。幕上多见,多位于皮髓质交界处。脑脓肿可分布于脑的任何部位,幕上多于幕下,主要发生在皮质或皮质下区,主要致病菌为金黄色葡萄球菌、链球菌和肺炎球菌等,通过蔓延、血源、隐源或直接感染等途径引起,典型脓肿壁在组织学上分为5个带[3]:(1)中心坏死带;(2)含巨噬细胞和纤维细胞的炎性增生带;(3)胶原包膜带;(4)新生血管和成纤维细胞炎性增生带;(5)反应性星形胶质细胞增生及脑水肿带。脑脓肿在不同阶段M R 的表现不同。在脑炎早期不出现环形强化,而脓肿壁的形成是脑脓肿诊断的关键。脑脓肿壁与新生血管和成纤维细胞炎性增生带有关。脑脓肿坏死区周围均有一菲薄的低信号“暗带”,与病理上脓肿壁的第二带相对应.这种低信号“暗带”出现在本组所有病例中。脓肿壁形成晚期表现典型,此时在MR 像上脓肿壁表现为等信号,其中心为长T1 长T2 信号,周围为大片水肿。注入对比剂后出现环形强化,壁厚度基本均匀一致,内缘光滑[4]。本组脓肿壁呈明显均匀强化,而且,强化环外径略大于低信号“暗带”的外径,具有特征性。颅内结核瘤是中枢神经系统感染结核杆菌后,结核分支杆菌经血行播散至颅内脑组织,发生以T淋巴细胞为主的变态反应而形成的一种肉芽肿样病变,是全身播散性结核病的一种,常继发于身体其他部位结核,可单发或多发,颅内任何部位都可发生,常常于脑表浅部位发生多见,部分患者有其他部位原发结核病病灶[5]。常位于血运丰富的皮质内,呈结节状或分叶状,中间为干酪样坏死物,外围为纤维膜。MRI增强扫描时亦表现为环形强化。与脑脓肿一样,环壁通常厚薄均匀,边界光滑。两者有时难以区别,但结核瘤的环形强化呈典型的“环靶征”,是结核瘤的特征性表现,这是因为当增生性结核结节不能被控制而机体的变态反应较强时,结核结节中心出现类脂质样干酪物质,当干酪性物质中央出现不同程度的液化坏死后,在T1WI上呈低信号,在T2WI上呈高信号,形成“环靶征”的靶心,增强后无强化。干酪样物质外周为炎性肉芽组织,在T1WI上为低信号,在T2WI上为高信号,增强后呈显著的环形强化。外围被膜主要以纤维组织为主,间或有钙化,构成病灶最外层,在T1WI、T2WI上均为低信号,增强后无强化。这样,病灶由中心向外在T2WI上信号依次表现为高信号-低信号-高信号-低信号。总之,以上病例MRI均以环形强化为表现,形态各异,但也有相重叠之处,肿瘤性环形强化表现为厚壁、形态不规则、不光滑、不完整,周围水肿显著等为特点;而非肿瘤性环形强化表现为形态规则、光滑、壁厚薄较为均匀,周围水肿轻或无等为特点,对诊断肿瘤性和非肿瘤性有一定的特异性,对这些环形强化表现作细致全面分析,可为诊断提供重要依据,随着MRI的不断普及,近年来有学者运用磁共振波普(MRS)、弥散加权(DWI)及表观扩散系数(ADC)等对颅内环形强化进行研究,提供更多、更重要的信息,但笔者认为能从最直接的环形强化壁的特点进行研究,可以更直观、更简洁,结合临床及病史,能提高对这一类疾病的诊断水平。

【参考文献】
    1陈星荣,沈天真,段承祥.全身CT和MRI.上海:上海医科大学出版社,1994:153-165.

  2鱼博浪.中枢神经系统CT和MRI鉴别诊断,第2版.西安:陕西科学技术出版社,2005:175.

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日期:2013年2月27日 - 来自[2012年第9卷第6期]栏目
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