微米级骨质CT让耳部疾病诊断更精准|疾病_新浪财经

转自：学习时报

　　王振常，中国工程院院士，影像医学专家，中国听觉和视觉系统影像感知与解析领域的带头人，主要研究方向为眼、耳鼻咽喉等头颈部疾病的影像学诊断。他成功主持研制出全球首台分辨尺度达50微米的专用骨质CT仪器，在国际上首次清晰显示出十余种引起耳聋、眩晕的重要微小结构，为制定治疗新策略提供了关键靶点。这一成果大幅提升了影像诊断效能，达到了国际同类技术的领先水平，一举解决了常规高端仪器骨质微小结构及隐匿病变“显不出”的国际性难题。

　　耳朵既能听声音，还能帮助身体维持平衡，是人体非常重要的一个器官。然而，现实生活中，很多人却正在遭受着耳聋、耳鸣、眩晕等耳部疾病的侵扰。诊断耳部疾病通常需要先进行影像检查，如计算机断层扫描（CT）和核磁共振（MRI），它们能无创、高清地呈现器官结构与功能状态，帮助医生早期准确识别疾病。但很多时候，尽管做了影像检查，临床医生仍未能发现病变，导致无法针对性治疗。这引发了一个问题：如果有一台“视力”更好的CT，是否能更有效地解决耳病？

　　影像检查——现代医学的“眼睛”

　　20世纪80年代开始，医学影像技术有了突飞猛进的发展，相继出现了磁共振影像技术、超声诊断技术、计算机射线成像技术等。那么，影像检查在疾病诊疗中的价值究竟有多大？不同的影像检查设备原理有何不同？

　　CT和MRI是目前影像检查最常用的两种手段，它们为疾病的早期发现和临床精准诊疗提供了客观依据。然而，两者的成像原理截然不同。CT利用X射线穿透人体，不同组织对X射线的吸收程度不同，从而在数字板上形成不同强度的转化，最终呈现出不同密度的图像。相比之下，MRI则是利用水中氢质子的特性进行成像。由于人体各部位含水量不同，成像的信号强度也会有所差异。MRI通过捕捉这些信号差异来形成图像。

　　尽管两者都生成了图像，但这些图像的特点各不相同。CT图像主要反映人体结构的物理特性，如高密度、低密度等，因此被称为密度成像。而MRI图像则主要反映水的含量，通过信号强度来区分不同组织，其软组织分辨率通常优于CT。此外，MRI还能通过多种序列采集不同维度的信息，如结构、形态、代谢、弹性等。

　　在应用上，CT和MRI各有优势，针对不同的器官和疾病，可能优选的方案不同。例如，对于鼻窦和耳科的病变，由于其解剖特点，CT通常是首选；而对于脑的病变，MRI则更具优势。因此，在看病时，医生会根据患者的症状和下一步检查的目标，来选择合适的影像检查方法。

　　许多耳部病变难以明确病因

　　现在疾病诊断20%—80%的信息，都来源于医学图像，影像学检查在临床诊疗当中越来越重要。在很多情况下，尽管症状明显，影像学检查却难以发现病变。这不禁让人思考：是检查方法、设备，还是医生能力的问题？经过分析，这不是医生水平或检查技术的问题，而是设备本身的限制。特别是在耳科疾病中，常规CT检查难以清晰显示中耳、内耳的精细微小结构。

　　耳部结构非常精细且深在，如听骨链只有约8毫米长，最小的镫骨更是毫米级大小，且分多个微米级的部分。内耳包括耳蜗、前庭、半规管等，负责听力和平衡功能，也是毫米级和微米级的结构。此外，耳部还有众多神经、血管和骨性管道，如前庭水管和耳蜗水管，其直径分别只有200微米和100微米，非常微小。这些精细的耳部结构一旦发生病变，就可能引起严重的耳鸣、眩晕、耳聋等症状。因此，尽早明确病因至关重要。然而，目前医院常用的CT设备分辨率较低，对内耳结构显示不清，无法满足耳科疾病的诊断需求。另一种高分辨率的显微CT虽然能显示精细结构，但只能用于标本，不能在活体上应用。因此，我们急需研究一种临床可用的高分辨率CT，即耳科专用CT，以满足耳科疾病的诊断需求。

　　成功研制世界首台微米级骨质CT仪器

　　作为在全球医学界已经运用多年，非常成熟的常规CT，做如此大的提升，实现微小的耳部成像绝非易事，不仅涉及医学方面的专业知识，还有许多关键设备的硬件、算法、框架设计等一个个涉及工科方面的技术问题。

　　为此，我们与清华大学组建团队，专注于提升CT分辨能力。如果分辨率能达到组织切片水平，将带来新结构、新标准和新诊断体系的出现。这不仅是一名医生职业生涯的荣光，更能为病人提供早期诊断的契机，并促使临床干预措施的重新制定或调整，可能改变预后。于是，验证关键成像指标，搭建成像实验平台，并利用显微CT对耳部标本进行不同分辨率的成像实验。经过反复认证，发现分辨率在40至80微米范围内对显示耳部小结构和小病变具有重要突破作用。最终，通过严谨的设计方案和巧妙的算法构建，在不增加CT辐射剂量的情况下，将分辨尺度确定提升至50微米。后在国家自然科学基金委的资助下，项目组随即开始攻关。

　　首先，针对关键零部件进行突破，成功研制出具有自主知识产权的高稳定、小焦点X线发生器。传统的医用大功率X线发生器焦点过大，导致成像分辨率低，且多依赖进口。而传统小焦点、微焦点的X线发生器功率又太小，无法实现临床成像。因此，我们自主研发了既小焦点又相对大功率的X线发生器，以满足临床需求。该X线发生器的核心指标远超市场产品，技术水平国际领先。

　　其次，排除呼吸心跳干扰，拍出清晰图像。在CT扫描中，当分辨率达到50微米时，心跳和呼吸等不可控运动会导致耳朵发生微弱扰动，影响图像清晰度。虽然常规影像检查中可以通过憋住呼吸来减少运动影响。但心跳无法避免，会导致耳朵在成像过程中发生不自主的小振幅运动，数据发生偏移。特别是在耳科20秒的扫描方式中，运动的影响特别明显，必须消除这种不可控扰动，否则图像会模糊。为了消除这种扰动，我们采用了双目视觉跟踪技术结合物理方法进行数据绑定和图像还原。

　　再次，采用双光源、双探测器、双成像系统的设计，实现精准定位成像。这一设计针对耳朵局部成像，成像视野为3.7厘米，满足耳科结构显示需求。由于耳朵局部成像难以精准定位，大光源、大焦点用于整体脑袋成像，小光源则定位并精细成像中内耳区域。这样，大光源和小光源各有所长，实现精确定位和精细成像。此外，还可完成耳鼻咽喉、鼻腔鼻窦、眼眶、颅底、颌面部和口腔疾病的影像检查。大视野设计既便于精准定位，又可实现颌面部全区域的精准影像检查，有利于推广普及。而且从硬件和算法，我们均拥有自主知识产权。

　　十年磨一剑，最终成功研制出了世界首台微米级的骨质CT仪器，大幅提升了影像学在疾病诊疗中的应用价值，填补了国内外在该领域的空白，突破了常规CT空间分辨力的极限，实现了人体精细结构与隐匿病变识别能力的大幅跃升，让耳科疾病能够“看得清、看得准”。这不仅是耳科影像领域的重大突破，还标志着我国自主研制的高端专用CT设备已经达到国际领先水平，为我国耳科疾病研究和临床诊疗创新奠定了坚实基础。

　　看到从前看不到的耳部病变

　　常规CT的分辨率通常在300微米以上，而该新型CT的分辨率则达到了50微米。这一提升使得图像的清晰度、分辨尺度和数据挖掘能力发生了质的飞跃，能够捕捉到耳朵内部许多精细结构，尤其是早期微弱病理信息，从而显著提升医生的诊断能力。比如在扫描人体最小的骨头——镫骨时，常规CT只能模糊地显示镫骨，而新型CT则能清晰地展示镫骨的前弓、后弓、底板和镫骨头。这种清晰度使得医生能够准确判断病变情况，从而找出传导聋和感音聋的具体原因，如镫骨病变。

　　新型CT效果显著，已在实际病例中得到验证。一名患者人工耳蜗植入术后出现面神经痉挛，无法开机，尽管手术本身很成功。使用常规CT无法找到原因，但利用新研制的CT，发现患者存在发育变异，即耳蜗与面神经管之间的骨壁有局限性缺损。这种缺损很小，在常规CT上无法显示，但它导致了人工耳蜗电极的活动影响面神经，从而引起面肌痉挛。另一个病例是眩晕病人。美尼尔氏综合症是临床上常见的眩晕疾病，其重要病理基础是耳膜迷路积水，即迷路内淋巴液的循环障碍。前庭水管是最狭窄的部位，常规CT难以显示其全程。而新型CT可以完整显示前庭水管全程，判断是否存在狭窄，是否影响内淋巴液循环，从而客观找到发病原因。

　　新型CT不限于耳部检查，还能应用于人体的其他部位。尽管该设备最初是为提升耳部CT的分辨率而研发的，但其潜力远不止于此。特别是在骨质疏松这一常见病的检测上，我们进行了拓展应用。骨质疏松患者众多，且因早期难以发现，治疗效果常不理想。新设备能够评价骨微结构，即骨小梁的数量，这是判断骨质疏松的关键指标。传统影像设备虽能评价骨质疏松，但仅限于标本，无法直接应用于临床。因此，我们开始在骨骼上应用。研究显示，新型设备在微结构显示上有显著提升，能清晰地显示颈椎、肘关节、腕关节和膝关节等部位的骨微结构。例如，在膝关节上，能清晰地观察到髌骨软化等早期病变，而常规CT则无法做到。同样，在踝关节上，也展现出了更高的分辨率。

未来展望

　　影像学检查是医生的“眼睛”，为精准诊疗提供依据。50微米耳科CT如同“望远镜”，让影像科医生“侦察”得更远更清，带来了疾病早期诊断和健康评估的新技术、新标准、新体系，意义重大。未来，随着时间的推移和科技的飞速发展，未来医学影像设备将会出现新的发展。更精准：分辨尺度是影像设备的核心追求。从毫米级到微米级，期望未来能达到分子或纳米层面，进一步提升对健康管理和疾病精准诊疗的价值。更专用：专用设备如耳科CT、乳腺CT等已成为趋势。未来，将看到更多以器官为靶区的专用设备开发，如头部核磁、关节MR、胸部和心脏CT/MR等，带来小型化、智能化、精准化和便捷化的优势。更智能：在数字时代，人工智能将广泛应用于影像设备的研发和应用。从数据采集到成像，再到影像解读，人工智能将助力形成智能影像平台，推动医学影像的智能化发展。更多维：人体器官具有多种生理功能和物理特性。未来影像设备将能够采集更多维度的信息，如结构特性、血流特性、弹性特性、空间位置变换等，为医生提供更全面的诊断依据。更便捷：为了提高可及性，未来影像设备将更加便捷。例如，在病房内，设备可以移动到病人身边进行检查；在急救情况下，也可以迅速将影像设备移至现场。更快速：快速成像将是未来医学影像设备的重要发展方向。通过一次扫描多序列成像等技术，缩短检查时间，减少预约和等候时间。更安全：在算法和硬件设计上不断优化，降低辐射剂量，提高核磁设备的安全性，如加强屏蔽管理和研发超低场核磁成像技术。更低廉：随着技术的发展和市场竞争的加剧，未来大型影像设备的价格有望逐渐降低，使更多医疗机构和患者能够受益。为此，需要各界共同继续致力于高性能精专影像设备的研发，为推动国家医疗设备快速发展和健康中国建设贡献力量。