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CT空间分辨力的提升为耳科疾病的诊疗带来变革
中华医学杂志, 2021,101(47) : 3841-3844. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20210816-01842
摘要

在耳科疾病诊疗过程中,颞骨CT检查具有重要价值,而空间分辨力提升是提高颞骨CT检查效能的必然需求。近四十年来,颞骨CT空间分辨力不断提升,为提高耳科疾病诊疗水平做出了巨大贡献。最新报道的10 μm级耳科专用CT设备,更是大幅提升了颞骨区关键结构及隐匿病变的显示能力,有效降低了辐射剂量,有望为耳科临床诊疗实践带来全新变革。

引用本文: 尹红霞, 赵鹏飞, 张征宇, 等.  CT空间分辨力的提升为耳科疾病的诊疗带来变革 [J] . 中华医学杂志, 2021, 101(47) : 3841-3844. DOI: 10.3760/cma.j.cn112137-20210816-01842.
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耳鸣、耳聋、眩晕是耳科疾病三大常见症状,在我国发生率分别约为15.7%、7.8%、5.0%1, 2, 3,累及上亿人口,严重影响患者身心健康,给家庭和社会均造成了沉重负担。CT是耳科病症诊疗的重要手段,自20世纪70年代用于临床耳科成像以来,为耳科疾病诊疗水平的提升做出了巨大贡献,造福了广大患者。

一、颞骨CT空间分辨力的发展

颞骨CT空间分辨力对于耳部检查效能具有重要意义,但目前进一步的提升陷入瓶颈。耳部结构深在微小、病变隐匿,成像技术空间分辨力水平差异导致可显示病变的尺寸不同。为清晰显示微小病变,40多年来中外研究者为提升颞骨CT空间分辨力做出了巨大努力。耳科成像初期,CT最小分辨尺度在厘米水平4。很快,高分辨CT(HRCT)技术被发布,可提供最小层厚1.5 mm的扫描条件,提升了对听小骨畸形、听神经瘤等病变的分辨能力;但在平行于身体长轴的Z轴方向上,其空间分辨力依然不足5, 6。20世纪末至本世纪初,多层螺旋CT(MSCT)技术问世并蓬勃发展,使得Z轴的空间分辨力提升至亚毫米水平,通常为0.5~0.75 mm,实现了毫米级结构的清晰显示7, 8, 9。随后,64层、128层、256层等MSCT相继问世,使得CT数据采集速度大幅提升并成为临床主流设备,但其在空间分辨力提升方面却遭遇技术瓶颈10。目前文献报道的MSCT最小层厚为0.25 mm11, 12,而耳部众多重要结构尺寸<0.5 mm,如镫骨底部厚度0.1~0.3 mm13、前庭导水管峡部直径≤0.2 mm,因此目前临床常用MSCT依然无法清晰显示这些结构,对其微小病变更是无从诊断。基于此,耳科对于CT空间分辨力的提升具有非常强烈的需求。

国内外对提升颞骨CT成像空间分辨力的探索从未间断。MSCT技术在提升空间分辨力方面遭遇技术瓶颈的同时,众多研究者也在不停探索其他CT模式下空间分辨力提升的可能。基于平板探测器的锥形束CT(CBCT)被越来越多地用于颞骨检查,其空间分辨力在0.1~0.3 mm 14, 15, 16。CBCT架构的成像技术最大的优势在于平板探测器单元尺寸可做到微米级水平,且空间分辨力可实现真正的各项同性。相关研究表明,目前可用于人体的CBCT设备对耳部微小结构的分辨能力比MSCT略有优势,但无质的飞跃14, 15, 16。Gupta等17和Zou等18分别利用搭建的成像装置显示CBCT空间分辨力提升至0.1 mm时,可满足锤砧骨骨髓、砧镫关节、前庭导水管等微小结构的清晰显示,显示能力较MSCT大幅提升,但受限于成像视野只能用于颞骨小标本研究。因此,在临床实践中,CBCT用于耳科成像依然存在空间分辨力不足的问题。

二、CT空间分辨力的制约因素

CT空间分辨力提升受多个因素的制约,主要包括X射线源焦点尺寸、探测器单元尺寸、X射线穿透能力、散射模糊、不可控运动伪影(心跳、呼吸)等。通常,X射线源焦点尺寸和探测器单元尺寸越小,CT系统的空间分辨力越高。但是,X射线源焦点尺寸变小时,其功率相应变小,对人体组织穿透能力不足。目前MSCT的X射线源功率大,可满足全身成像需要,但其焦点尺寸大,通常为0.5~0.6 mm左右。MSCT采用线阵探测器,其单元尺寸在Z轴排列方向上多数是0.5~0.625 mm,最小是0.25 mm,基本处于亚毫米水平10, 11, 12。X射线源焦点尺寸和探测器单元尺寸成为了MSCT空间分辨力提升的限制因素。而目前CBCT的X射线源焦点尺寸最小可达到0.3 mm,探测器单元尺寸最小达到0.075 mm,但整机性能在耳部成像中难以达到理想的效果14, 15, 16。Micro CT的成像能力高达微米级,对颞骨微小结构成像的研究也时见报道1319,但由于其成像视野小、X射线能量低,只能用于颞骨标本或小动物,无法应用于临床患者的诊疗实践。

三、10 μm级耳科专用CT的应用研究

2020年,北京友谊医院王振常团队历经5年努力,成功研制10 μm级耳科专用CT,空间分辨力最高达50 μm20。该设备以应用于临床患者的CT检查为目标。迄今为止,国际尚未见如此分辨尺度的临床用CT设备。在10 μm级耳科专用CT的医学实验研究中,尹红霞等20采用整颅标本对成像系统的显示能力进行验证,充分证明其在人体耳部检查的应用潜力。在此基础上,本期刊登的《10 μm级耳科专用CT与多层螺旋CT颞骨成像方案优化试验对比分析》基于图像质量-辐射剂量最优化原则创建了高效成像方案,为该设备的临床实践提供了高效检查范式21

10 μm级耳科专用CT具备清晰显示颞骨区关键结构以及隐匿病变的能力,对于耳科常见病症的全面、早期诊疗具有革命性价值。前期离体头颅标本颞骨研究显示10 μm级耳科专用CT对镫骨底板、前庭导水管内口等结构显示可达100%20。本期刊登的《基于10 μm级耳科专用CT的前庭神经管影像解剖特征分析》显示10 μm级耳科专用CT对前庭上、下神经管清晰显示率分别为100%、75.7%,分析了前庭上、下神经管的影像解剖特征,为前庭神经管病变的影像诊断及手术术前评估提供依据22。《基于10 μm级耳科专用CT的慢性中耳炎锤骨空间位置分析》发现慢性中耳炎可导致锤骨空间位置发生改变,为慢性中耳炎发展及蔓延机制研究提供参考23。《10 μm级耳科专用CT在传导性耳聋患者单纯锤骨固定发生情况评估中的应用分析》是我国关于单纯锤骨固定的首次报道,结果显示此类患者在未发现其他明确病因的“特发性”传导聋患者中并不少见,针对性处理后疗效确切,为此类患者的有效诊治提供了关键依据24。《基于10 μm级耳科专用CT的前庭导水管峡部形态与梅尼埃病关系评估》首次评估了梅尼埃病患者的前庭导水管峡部形态,发现峡部变窄与梅尼埃病的发生有关,为梅尼埃病的发生机制补充了形态学依据25。《基于10 μm级耳科专用CT的耳硬化症影像特征分析》显示10 μm级耳科专用CT诊断耳硬化症的敏感性、阴性预测值均为100%,有潜力成为该病的高效筛查手段;直观显示、评估了环韧带、镫骨底板等关键结构;同时部分更新了对耳硬化症的认识,如耳硬化症病灶易多发,窗后型较窗型更多见等26。在临床应用中,由于10 μm级耳科专用CT的X射线源焦点尺寸小、热容量相对较低,故扫描时间较长,容易受运动伪影影响造成图像质量下降,需进行运动伪影校正。

10 μm级耳科专用CT不仅提供了高质量的图像,同时有效降低了辐射剂量。对CT成像而言,图像质量和辐射剂量在临床应用中存在相互制衡的关系。系统的图像质量、辐射剂量研究是临床实践的迫切需求。本期刊登的《10 μm级耳科专用CT与多层螺旋CT颞骨成像方案优化试验对比分析》通过分别研究10 μm级耳科专用CT和MSCT的图像质量、辐射剂量关系,确定了图像质量-辐射剂量最优化的成人扫描方案;以临床实效为依据,对两种设备的图像质量、辐射剂量、质量因数等进行了对照研究21。研究结果表明,10 μm级耳科专用CT图像质量显著优于MSCT,且有效降低了辐射剂量,为耳科临床提供了安全、有效的检查手段。

在10 μm级耳科专用CT高质量图像基础上,颞骨CT辅助智能诊断有望得到突破。影像智能诊断近几年蓬勃发展,因耳部影像中结构微小限制了智能分割、智能识别及智能诊断的发展。本期刊登的《基于多视角融合和主动轮廓约束的深度学习算法在10 μm级耳科专用CT图像上对听小骨分割的效果探讨》通过建立多视角融合和主动轮廓约束的分割算法,实现了颞骨区关键结构——听小骨的自动精确分割,为精细结构上微小病变的高效检出提供了可靠手段27。基于10 μm级耳科专用CT的智能图像分析及智能诊断技术发展将大大推动该设备的普及和应用效果。同时,由于10 μm级耳科专用CT扫描视野小、定位精度要求高,扫描系统智能定位也是未来研究的重点。

四、总结

10 μm级耳科专用CT空间分辨力的跨越式提升带来了人体耳部众多微小结构、隐匿病变显示能力的大幅提升,为颞骨解剖结构进一步认知、耳科疾病诊断提供了新手段,是耳部影像检查及医学研究的“利器”,有潜力为耳科临床诊疗实践带来全新变革。

利益冲突
利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突

参考文献
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