发布时间:2023-09-22 18:14:26
导语:想要提升您的写作水平,创作出令人难忘的文章?我们精心为您整理的5篇医学影像应用范例,将为您的写作提供有力的支持和灵感!
2数字化虚拟肝对门静脉栓塞术的指导价值
在肝脏移植尚不能普及的今天,手术切除是目前治疗肝癌的最有效方法。但是术后残肝体积(fu-tureliverremnant,FLR)过少则是造成术后肝功能衰竭等并发症的重要因素,限制了肝癌手术的进行。对于预切除肝体积和预留肝体积等,国外有免费软件和可供教学的网站,数字化虚拟肝有助于在三维空间上对门静脉进行直观、准确地划分,准确测定肝体积有助于门静脉栓塞术后肝切除时机的选择,从而最大限度地减少术后肝功能衰竭的发生,更加有利于术后患者的恢复,体现了数字化虚拟肝技术对门静脉栓塞术的指导价值。虚拟手术具有可交互操作、可预测、可重复等优点,且在手术之前可预先模拟其手术过程,预测在真实手术过程中可能出现的复杂及险要情况。该系统有助于完整地保留残肝、血管及重要结构的完整性,最大程度地减少术后并发症的发生率,提高手术成功率。该系统通过测定拟切除肝脏的体积、残余肝脏的体积、功能性肝脏的体积,完整地保留残肝、血管及其重要结构,最大程度地减少术后并发症的发生率,预测术后发生肝功能衰竭的风险性,从而提高肝脏手术的成功率。
精准肝脏虚拟手术主要依靠三维影像技术及虚拟手术系统。三维图像可视化重建技术又被称为非损伤性立体解剖,其利用计算机图像处理技术对二维切面图像进行分析和处理实现了对人体器官、软组织和病变组织的分割提取、三维重建和三维图像的显示,不需对二维图像进行综合想象,对肝脏、管道系统的分支走形及病灶的空间位置信息的显示更加直观、准确。可辅助外科医生对病变区域进行分析,为手术方案设计提供了准确的个体化信息,大大提高了诊断的准确性和可靠性,比二维断层图像的临床应用价值更高。三维可视化重建基础上的虚拟手术技术是肝脏外科手术有效的辅助工具之一,这对制定合理的手术预案具有重要的临床价值。
2004年起我们进行中国女性一号数字化虚拟肝脏三维重建及虚拟手术研究并得到了令人满意的结果,为今后数字化虚拟肝脏及虚拟各种肝脏手术的研究做了积极探索。这些方法主要是利用CT进行三维重建,先进的螺旋CT带有三维软件和重建功能,对收集的二维图像通过计算机处理重建出三维图像,对疾病的诊断和手术方案的制订具有一定的指导作用。三维图像可供外科医生对肝脏进行多方位、多角度的观察,有利于肝脏正确分段、肝内病变术前定位和肝内血管变异情况的观察,降低手术的风险。文献报道应用三维肿瘤治疗系统同样是提高放疗的精确定位和安全性的方法,说明三维影像技术具有精确定位和精确引导的作用。三维超声具有更加准确、直观的特点,尤其是三维断层超声模式可根据实际需要任意调整最小层间距,更加有利于分层及准确定位,对于肝脏的病变有更加准确的定位。三维超声能提供许多二维超声不能提供的信息。可根据肝脏肿瘤内部血管的走形及空间位置关系进行准确的定位,从不同角度观察手术区域,同时能从二维超声不易得到的冠状切面进行观察,提高了手术的精确性。
超声造影可以作为评估肝癌治疗疗效的可靠方法,可评估虚拟各种肝脏手术的效果。医生可借助术前进行超声影像技术的检查,制定最佳手术路径、切除肝段的大小、阻断肝内管道的预案,达到减小手术损伤、预测治疗效果的目的。由于CT价格昂贵且对人体产生辐射,虽然现在的防辐射技术有所提高,但是仍不适宜为外科医生常用的手术方法。相比较之下,三维超声具有无辐射的特点,可以反复操作,且其对血流具有较高的敏感性,更加有利于定位时趋避血管。在肝脏虚拟手术应用中,是一种具有广泛发展前景的方法。
影像组学的处理流程可分为5部分:①图像获取;②确定感兴趣区;③图像分割,采用人工方法或者计算机辅助;④特征的提取和量化;⑤数据分析,根据数据建立分类模型进行预测。
1.2核医学中的影像组学发展
影像组学在本世纪初开始逐渐运用于核医学领域,主要对正电子发射计算机断层扫描仪(positronemissioncomputedtomography,PET)图像中肿瘤内异质性进行研究[5-6]。其动机是在临床实践或一些研究中,最大标准化摄取值(standardizeduptakevalue,SUVmax)、平均标准摄取值(SUVmean)或代谢活跃的肿瘤体积(metabolicallyactivetumorvolume,MATV)等指标不能完全描述肿瘤的性质[7]。其中一些特征,如形状和摄取异质性,可能反映不同肿瘤类型与其侵袭性、转移潜能、对特定治疗的反应程度以及预后有关[8-9]。与常规指标相比,量化这些特征可提供更高的临床价值,尤其是在分层及识别治疗反应较差的患者中。既往分析认为,CT或MRI图像比PET图像更具有优越性,这是因为PET图像的信噪比和空间分辨率较低,空间采样也较差。此外,为利于临床医生视觉评估,重建的PET图像常被平滑,图像中可用信息被进一步减少。随着PET-CT系统、飞行时间(timeofflight,TOF)技术的发展,对目前临床金标准迭代算法的一些修正,过去的10年中PET图像的保真度及定量精确度均有大幅改善[10]。
2影像组学在核医学中的临床应用
2.118F-FDGPET-CT影像特征分析
目前,影像组学在核医学领域研究中大多数研究对象是18F-FDGPET-CT中的PET影像部分。要发挥影像组学的临床价值需要大量的患者队列和严格的统计分析方法,而部分研究只纳入了20~70例患者。Soussan等[11]对54例局部晚期乳腺癌患者的初始18F-FDGPET-CT图像进行回顾性研究,认为对于三阴性乳腺癌,结合高灰度游程(high-gray-levelrunemphasis,HGRE)与SUVmax可以获得更高的受试者操作特征(receiveroperatingcharacteristic,ROC)曲线下面积(areaundercurve,AUC),AUC=0.83,而单独运用SUVmax的AUC=0.77。Yip等[12]对54例食管癌患者放化疗前后的PET-CT图像进行研究,认为随时间变化的熵和游程长度矩阵(run-lengthmatrix,RLM),可以比标准化摄取值(standardizeduptakevalue,SUV)更好的评估病理反应和患者生存的联系。Bundschuh等[13]对27例直肠癌患者行新辅助化疗前、开始后2周及化疗完成后4周分别行18F-FDGPET-CT检查,并对图像进行分析,认为变异系数(coefficientofvariation,COV)对于治疗早期的灵敏度68%、特异度88%以及治疗后灵敏度79%、特异度88%的组织病理学反应评估有统计学差异。Mu等[14]对42例不同分期宫颈癌患者的18F-FDGPET-CT图像进行研究,通过自动分类的支持向量机(supportvectormachine,SVM)分类器,得出运行率(runpercentage,RP)是最有判别力的指标,精确度达到88.1%,AUC=0.88,认为肿瘤异质性与肿瘤分期有很好的相关性。近年来,有研究纳入较多患者(80~200例,甚至200例以上)18F-FDGPET-CT图像进行研究。Cheng等[15]对88例T3和(或)T4分期的口咽鳞状细胞癌患者肿瘤区域异质性进行研究,认为区域大小不均匀性(zone-sizenonuniformity,ZSNU)是进展的T分期口腔鳞状细胞癌患者预后的独立预测因子,并且可以改善预后分层。Xu等[16]应用纹理分析和模式分类对103例骨与软组织病变患者的18F-FDGPET-CT图像进行研究,认为该方法可提高对病变良恶性的鉴别能力,尤其是采用PET(熵和粗度)和CT(熵和相关性)纹理参数结合的时候效能最高,灵敏度为86.44%,特异度为77.27%,准确率为82.52%。Wu等[17]对101例早期非小细胞肺癌患者进行研究,得出最佳的预测模型包括两个图像特征,即瘤内异质性SUVmax,在独立验证队列中,该模型的一致性指数为0.71,高于SUVmax(0.67)和肿瘤体积指数(0.64),当结合病变组织学类型后预后能力进一步提高,有助于医生为早期非小细胞肺癌(non-smallcelllungcancer,NSCLC)患者量身定制合适的治疗方案。Gao等[18]研究了132例肺癌患者,认为基于SVM的算法对于淋巴结转移诊断具有潜力,由CT、PET和PET-CT构建的模型曲线下面积分别为0.689、0.579和0.685;而淋巴结最大的短径,SUVmax的曲线下面积分别为0.684和0.652。另有学者对于116例Ⅰ~Ⅲ期NSCLC患者、195例Ⅲ期NSCLC患者及201例局部晚期NSCLC癌患者的PET图像进行了研究,认为PET熵和CT区域百分比与临床分期和功能容积值的互补性最高,共生矩阵中的疾病坚固度、原发肿瘤的能量与患者预后有关,SUVmean与总生存率的预测有关[19-21]。Hyun等[22]对137例胰腺导管腺癌患者进行了研究,得出结论:PET纹理分析得出的瘤内异质性信息是患者生存的独立预测因子(相对于肿瘤分期及血清CA19-9水平)。此外,一阶熵作为衡量肿瘤代谢异质性的指标,是一种比传统PET参数更好的定量显像生物标志物。Lartizien等[23]对188例淋巴瘤患者的PET图像进行了分析,提出了一种基于不同滤波方法相结合的原始特征提取方法,对高代谢区域淋巴瘤组织及炎性或生理性摄取的鉴别有着很好的性能。这些研究中部分研究使用了更可靠的统计分析方法,其中有一些使用机器学习方法,如神经网络[24],支持向量机[16,18,23]或最小绝对收缩和选择算子(leastabsoluteshrinkageandselectionoperator,LASSO)[17,21]。有学者对于PET和PET-CT组件中低剂量CT图像衍生特征进行了研究,Win等[25]发现肿瘤分期和PET-CT组件中CT衍生的纹理异质性归一化熵、中和(或)粗尺度是NSCLC患者生存的最佳预测因子。要注意PET-CT组件的低剂量CT获得的图像与高分辨率CT或诊断CT图像是有差异的,在分析时要加以区别。部分研究认为,结合PET-CT图像中PET及CT的图像特征,可以得出敏感性、特异性及准确性更高的结果[16,18-19,23]。
2.2非18F-FDGPET-CT、PET-MR及免疫组化指标研究
1.2颌-咽夹角Gupta等研究了上颌轴(平行硬腭)和咽轴(通过寰椎、枢椎最前缘的直线)的夹角与喉镜暴露难易程度的相关性,当颌-咽夹角>100°时,直接喉镜的应用通常是容易的,而当此夹角<90°时,则很难在直接喉镜下观察到声门,相当于Cormack-Lehane喉镜显露分级Ⅲ级或Ⅳ级。
1.3舌骨、会厌软骨、勺状软骨和甲状软骨的夹角Kamalipour等对100例进行的一项前瞻性三盲研究显示,应用侧位X线片上观察舌骨、会厌软骨、杓状软骨和甲状软骨等结构,应用会厌和甲状软骨的连线与舌骨和勺状软骨的连线形成的夹角,以及会厌和甲状软骨的连线与甲状软骨和勺状软骨的连线形成的夹角进行困难气道的预测,敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值均达100%,明显高于Mallampati分级(分别为26%、100%、100%和80%)。
1.4上下切牙和小角软骨的连线夹角Naguib等对24例困难气道进行影像学检查,若仅以X线片上的指标来预测困难气道,张口仰头时侧位X线片上上下切牙和小角软骨的连线夹角可作为独立危险因素,与困难喉镜暴露和困难插管有显著相关性。对于特定疾病,例如甲状腺肿瘤患者、颈椎病患者、颈部肿物或舌下皮样囊肿等特殊疾病,颈椎X线片检查对于气道情况的评估可能起到无法替代的作用。此外,X线片对特定情况下口咽腔空间的大小可起到直接的提示作用,对气道管理也具有一定的临床意义。
2上气道CT及MRI
上气道CT可提供清晰的气道局部解剖,可应用于病理改变引起的困难气道的术前评估。耿清胜等将CT三维重建技术引入气道评估,通过上气道扫描后重建获得上气道全方位、各层次的详细图像,在模拟气管插管下,上气道正中矢状位图像测量的口腔截面积、咽腔截面积和上气道总面积在困难气道和非困难气道患者中存在显著差异,以男性和女性正常气道咽腔面积和上气道总面积的95%可信区间最低值(男性分别为7.69、26.49cm2,女性分别为6.43、22.33cm2)作为预测困难气道的标准,小于该值定义为困难气道,预测敏感性显著高于Wilson综合评分。范莉琼等的研究显示困难气道患者上气道三维CT图像的改变主要表现为伸舌时口咽腔内空腔容积(44186±12145)mm3和硬腭后缘所在冠状位口咽腔内空腔截面积(394±171)mm2减小,非困难气道组分别为(66155±7950)mm3和(616±73)mm2,伸舌前与伸舌时空腔容积与舌体体积的比值差值增大(困难气道组与非困难气道组分别为0.21和0.05),下颌骨平面与舌骨平面垂直距离的延长[困难气道组与非困难气道组分别为(10.3±0.5)mm和(8.5±0.4)mm]。前两者主要因为固有口腔相对狭小,阻挡了插管视线,而后者则提示咽下舌体的体积较大,从而导致声门暴露困难。对于一些特定疾病及手术的病人,例如口咽部肿瘤、甲状腺肿物、舌扁桃体肥大、气管内肿瘤等患者,CT几乎已成为麻醉医生术前不可缺少的评估气道情况的辅助检查。此外,对于一些因头面部畸形可能引起困难气道的先天性疾病,三维CT影像是有效的术前评估手段,例如Nagamine等对TreacherCollins综合征的患者应用三维CT进行术前评估,很好地显示了患者的解剖特点,对气管插管起到了重要的辅助作用;Salhotra等报道Lesch-Nyhan综合征的患儿出现未预料的困难气道,术后的CT证实患儿出现困难气道的原因是声门下的一个气管憩室造成的,这也显示了CT在诊断困难气道病因方面的价值。MRI是呈现软组织图像最好的检查方法,可发现外观无法发现的气道结构或周围组织的异常,且检查更安全,不对患者造成辐射。Goni-Zaballa等报道了1例小儿Klippel-Feil综合征的困难气道,在尝试插管失败后,应用MRI对患儿检查,虽然由于淋巴组织肥大和舌扁桃体引起气道结构的改变和咽腔体积的缩小,但气道直径仍是正常的,最终在完善的检查后插管成功。另外,声门水平气道与咽后壁的距离在困难气道和非困难气道患者中有显著差异,但用来预测困难气道的发生还需要进一步的循证医学证据。
3上气道超声
目前,超声对气道进行评估尚处于摸索阶段,但在气道管理的应用中有很大前景。超声作为一种简便、经济、无创的检查方法可用来观察舌体、会厌、舌骨、声带等上气道解剖结构。Ezri等应用超声检测肥胖患者声带水平气管前端距离皮肤的厚度,该值在困难喉镜暴露患者中为24~32mm(平均28mm),在非困难喉镜暴露患者中为15~22mm(平均17.5mm),2组有显著差异,对困难喉镜暴露有良好的预测作用。Lakhal等将上气道超声应用于声门下(环状软骨水平)直径的测量,可达到0.33mm的精确度,对有上气道病理情况的患者可作为无创、简便的术前气道评估方法,但随年龄增长出现的生理性喉部钙化可能会影响其在年长患者的应用。另外,相比于MRI或CT,超声除更加经济便捷外,还更适合应用于婴幼儿患者,因为不需要绝对制动。在婴幼儿患者,超声还可以很好地辅助麻醉医师进行气管导管型号的选择,减少因型号选择错误而需更换气管导管甚至造成气道损伤的情况,使婴幼儿的气管插管更加安全有效。近年来,通过在舌下腺凹置入小尺寸高频弯曲探头,可获得口咽部和声门结构的清晰影像,并且清醒患者可在不使用镇静药的情况下很好的耐受这一检查,但这种舌下气道超声影像中各个解剖结构之间的距离和角度与困难气道预测的关系还需要更进一步的研究。此外,超声检查的另一个优势是对患者的配合要求低,这对于因病情无法配合麻醉医师术前检查的患者,例如急诊室的患者来说无疑是很有意义的。单独应用影像学检查指标对困难气道进行术前的预测评估,其敏感性和特异性可能并不全尽如人意,但将其作为病史和体格检查外的辅助评估措施或作为综合评估的组成部分则可大大改善预测敏感性和特异性,其重要的辅助作用是不容置疑的。
医学影像学是临床医师诊疗的重要手段,具有较强的实践性[1]。随着医学影像设备的日新月异以及各种检查手段的出现,与之相关的影像学理论知识逐渐增多,学生若想在一定时间内掌握有关内容,并培养学习医学影像专业的兴趣实属困难[2-3]。传统教学方式主要是将胶片作为教学工具,有少数学生会存在考核成绩不达标等情况,传统的教学手段已不能适应时展的需要[4-5],亟待寻找一种更加可行可靠的教学方案。2018年,本院对传统教学方式实施改进,实施图像存档和传输系统(PACS)结合以问题为导向的方法(PBL)教学,观察其在医学影像学教学中的应用效果,现总结如下。
1资料与方法
1.1一般资料。选取选择2018年1月—2019年1月我院医学影像学中48名医学生作为研究对象。按随机数字表法分为观察组和对照组,各24例,前组男女比例20:4,年龄22~26岁,平均(24.73±0.66)岁,学历:本科4例、硕士及以上20例;后组男女比例19:5,年龄23~27岁,平均(24.70±0.63)岁。学历:本科3例、硕士及以上21例。上述资料对比差异无统计学意义(P>0.05)。1.2方法。对照组开展传统带教形式,依据书本大纲,由带教老师对相关内容进行讲解,并结合影像学资料开展授课。观察组基于对照组之上采用PBL和PACS相结合的授课模式:(1)授课前准备:利用网络开展教学,挑选存在典型特征的影像学资料,提出问题,所有学员自行查找资料,并提出新的、有意义的问题进行解决,针对学生提出的问题,老师可在教学平台上进行回答。(2)课堂教学:学生每4人1组,每组推选出一名组长,负责回答带教老师的问题,并给予病例诊断与鉴别诊断,由各组组长将组内问题解决方案以演讲的形式进行展示,过程中接受其他组的提问并予以解答,在最后,将课前自学过程中遇到的问题提出,并接受其他组的建议。(3)总结:教师将准备好的多媒体课件展示,并分别对每位组长的上台发言进行点评,总结其中不足,表扬正确学术观点,并肯定每位同学对本节课的辛勤付出,最后整理各组答案,基于课件展示形式,对上节课提出的教学问题进行系统的解读与解答,并将课件发送至班级群,供所有学生课后预习。(4)课后总结:课程结束后要求完成总结报告,并上传到局域教学平台,让各个班级展开深入研讨。1.3观察指标。教学结束后,开展理论以及临床实践内容考核,满分是100分,理论考核包括专业基础知识;临床实践考核内容则涵盖了综合阅片分析、报告书写、鉴别诊断等项目[6],得分与成绩成正比,由任教老师进行相应统计。1.4统计学方法。经SPSS21.0统计软件处理所得数据,计数资料用(%)表示,采用χ2检验;计量资料用(x±s)表示,采用t检验,当检测结果显示P<0.05时,表明数据差异存在统计学意义。
2结果
在理论考核项目和临床实践考核得分方面,观察组均高于对照组(P<0.05)。详见下表1。
3讨论
【文章编号】:1004-597X(2007)10-0065-02
【摘要】医学影象技术从70年代进入数字时代,二十多年来先后有了MR、B超、DR、DSA、ECT、CR等数字化影像设备投入使用。对医学影像诊断起了很大的推进作用。在客观上促使各种成像技术凭借自身的优势竞相发展。取长补短,综合利用,使疾病的早期诊断率有明显提高。
【关键词】数字图象;医学影像;应用
Digital image in medicine image application
Rao Tianquan
【Abstract】medicine phantom technology enters the Digital Age from the 70's,20 for many years successively have had MR,B ultra,digitized image equipment and so on DR,DSA,ECT,R put into the use. Diagnosed the very big advancement function to the medicine image. In on is objective urges each kind of imagery technology to rely on own superiority unexpectedly to develop. Makes up for one's deficiency by learning from others' strong points,the comprehensive utilization,enable the disease the early diagnosis rate to have the distinct enhancement.
【key word】digital image; Medicine image; Using
图象是周围客观世界的一种印象,数字图象是60年代出现的一种全新的,科技含量极高的产物。它的出现使传统的模拟图象受到了极大的挑战。数字图象和模拟图象相比,二者的区别在于:一:模拟图象是以一种直观的物理量的方法来连续地表现我们期望得知的另一种物理场的特征。而且数字图象则完全以一种规则的数字量的集合来表达我们面对的物理图象。二:用模拟图象的方法来显示图象具有直观,方便的特点,一旦设计出一种图象的处理方法则具有全场性与实时处理等优点。但是模拟图象亦有抗干扰性差,重复精度差,处理功能有限,处理灵活性差的缺点。而数字图象具有很好的抗干扰性,图象处理方便,适应性能强等优点,特别是随着计算机技术的发展,数字图象处理的速度也变得越来越快,越来越显示它的发展潜力和优势。三:数字图象和模拟图象相比,它的图象更清晰、无失真,更便于储存和传输。
从70年代末期开始,医学影像技术进入了数字时代。二十多年来先后有了MR、B超、DR、DSA、ECT、CR等数字化影像设备投入使用。对医学影像诊断起了很大的推进作用。这一些进展无一不是从根本上破除了原有信息载体形式和成像原理的束缚,开创新径而取得的。同时这也在客观上促使各种成像技术凭借自身的优势竞相发展。它们之间不仅没有相互代替,而是取长补短,综合利用,使疾病的早期诊断率有明显提高。
1 数字X线图象的形成
X线透射成像是基于人体内不同结构的脏器对X线吸收的差异。一束能量均匀的X线照射到人体不同部位时,由于各部位对X线吸收的不同,透过人体各部位的X线的强度亦不同,这些穿透过人体的剩余X线就携带着人体被照射部分的组织密度和厚度的信息。这些信息投影到一个检测平面上,即形成一幅人体的X线透射图象。如果这个检测平面是荧光屏,那么我们就得到一幅模拟的图象了。再将这幅图象用不同的方法采集下来(如摄影,录像,拍照等方法)。检测器也可以是其它,如电离室、光电管、晶体压电等等。然后将收集到的信号进行模数转换就形成了一组由不同数字代表X线强弱排列的数字信号了。最后将该组信号交计算机处理经数模转换即成为清晰、无干扰、无变形、无失真的数字X线图象。
2 数字图象技术在X线检查中的运用
2.1 X线电视系统:主要由影像增强器和X线闭路电视系统组成,影像增强器把X线像转换成可见光像,而且图象的亮度得到很大的增强,然后通过电视系统进行观察和分析图象,它是实现X线图象数字化的基础。
2.2 数字摄影:(DR)对影像增强器所得到的电视信号,用摄像机拾取的高信噪比的电视信号进行数字化,然后再进行各种计算机处理,得到不同效果的图象,这种技术多用于胃肠透视和血管造影成像。该种检查拍摄后立即可以得到图象。不必等待冲洗,还可以动态的观察。
2.3 计算机摄影:(CR)它是用影像板(IP)代替胶片暴光,然后将存储在IP板上的X线潜影用激光扫描拾取并转换成电信号,再经计算机处理得到一幅X线数字图象,最终用激光像机把X线图象记录在胶片上。这种方法灵敏度高、敏感范围大、图象清晰。
2.4 数字减影:(DSA)用于血管造影,原理是将检查部位于造影前后用摄像机各采集图象,然后将图象数字化后存储在计算机里,用计算机进行处理,将两次采集的图象进行对应像素逐个相减,减影后的图象只留下充盈的血管图象,这样去掉了组织的重叠干扰,可以清楚地观察血管情况。
2.5 计算机横断体层装置:(CT)X线对人体横断面的各个方向进行照射,检测器采集到体层各个面对X线的吸收曲线后,用计算机处理所得数据最后以数字矩阵的形式表示横断面上个点的密度值,这样断面上的各点的密度都用确定的数值表示出来,这种对组织密度的量化,可以从数值上来区分健康组织和病变组织,大大提高了诊断的科学性。
此外;数字图象还应用于MIR、ECT、B超等医学影象学科,在我们的日常生活中都离不开数字图象。
参考文献
[1] 王容泉. 《医用大型X线机系统》
[2] 梁振声. 《医用X先机结构与维修》