最新文学成像本事透视玄妙人体组织,世界上先是个全身PET扫描仪

作者:澳门新葡亰登录入口    发布时间:2020-02-03 16:02    浏览:126 次

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作者:张梦然 来源:科技日报 发布时间:2019/7/1 10:57:06 选择字号:小 中 大 二十秒完成低辐射全身3D医学成像 据英国《自然》新闻近日消息称,一款最新的医学成像设备,只需20秒就能完成全身3D扫描,这种经过改良的全新扫描仪降低了辐射剂量,因而极大扩展了其应用范围,不久的将来该设备会在研究和临床领域得到广泛应用。当前传统的正电子发射断层扫描仪,通常需要的成像时间为20分钟。而且,标准的PET扫描仪需要医生先将放射性示踪剂注入被检查人员的体内,再使用扫描仪检测,人体内的细胞会摄取并分解这些放射性分子但医生每次只能对一小部分身体部位进行成像,示踪剂分子的衰变速度很快,意味着信号的消失速度很快,而如果要扩大成像面积,就需要给患者注射更多的放射性分子。日前,在美国国立卫生研究院举办的高风险高回报研究研讨会上,科学家们报告了一款全新PET扫描仪,其比传统扫描仪速度要快得多,辐射剂量也更低。美国加州大学戴维斯分校的科学家拉姆塞巴达维及其同事展示了这种一次性的全身成像,新型设备只需不到传统扫描仪1/40的时间和1/40的辐射剂量,就能生成图像,并降低了患者的辐射风险,与此同时,扫描对象也可以在扫描仪中停留更长时间以便拍下动作捕捉图像,从而方便医生观察放射性示踪剂在体内的扩散情况。宾夕法尼亚大学放射科专家阿贝斯阿拉维表示,全身扫描仪是医学成像领域的一次飞跃。据悉,美国食品和药品监管局已批准在美国境内使用这款扫描仪,研究团队计划7月份起在加州进行首次实际应用。特别声明:本文转载仅仅是出于传播信息的需要,并不意味着代表本网站观点或证实其内容的真实性;如其他媒体、网站或个人从本网站转载使用,须保留本网站注明的来源,并自负版权等法律责任;作者如果不希望被转载或者联系转载稿费等事宜,请与我们接洽。

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最新医学成像技术透视奇妙人体构造 据美国《探索》杂志报道,医学成像技术在过去几年取得了突飞猛进的发展,如今,这些新技术可以甄别人体任何结构以及许多重要生物过程,比如不同的血流速度。以下这组图片不仅揭示了患病后的人体构造,还在视觉上给人以冲击。

将放射性物质注入人体,这听起来很疯狂,但是却预示着一种有效技术,可获取身体生理机能的“快照”。这便是核医学成像的魅力,它将核技术、计算机、化学、物理、生物等多重学科技术与医学融合,应用于疾病诊疗、药物研发等用途。其中,正电子发射型计算机断层显像(PET)是该领域比较先进医疗影像技术,利用放射性粒子追踪疾病(癌症、神经衰退性疾病等)。

1.精神分裂症患者大脑图像

如今,来自于加州大学的研究团队正致力于研发世界上第一台全身PET扫描成像仪,它可以实现身体的3D成像。他们认为,这一更精确、全面、灵敏的显像技术,将推动我们对机体的认知,同时它可以监测药物、毒素等物质在体内的实时动态反应。

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精神分裂症患者大脑弥散张量成像

图A是传统的PET扫描仪;图B是全身PET扫描仪(TB-PET)

一种描述大脑结构的新方法被称为弥散张量成像。这张图便是医疗人员在研究精神分裂症患者时,利用弥散张量成像技术制作出来的。

上个月,他们在《Physics in Medicine and Biology》发表该项目的首篇论文,详述了项目的早期进展。这一周,研发团队负责人、加州大学的生物工程师Simon Cherry和Ramsey Badawi在《Science Translational Medicine》期刊发文,对这一仪器的应用前景进行了展望。

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研发团队将它取名为“探险家”(EXPLORER,EXtreme Performance LOng REsearch scanneR),希望2018年它能首次应用于临床。Science官网对两位团队负责人进行了采访,具体内容整理如下:

像这样的弥散张量成像图(呈现方式与以前的图像不同)可以揭示脑瘤如何影响神经细胞连接,引导医疗人员进行大脑手术。

Q:相比于传统的PET,EXPLORER的优势是什么?

弥散张量成像其实是核磁共振成像的特殊形式。举例来说,如果说核磁共振成像是追踪水分子中的氢原子,那么弥散张量成像便是依据水分子移动方向制图。神经细胞纤维长而薄,分子通常会沿着神经细胞纤维扩散。研究人员可以突出水分子和一组组神经细胞纤维以相同方向运行的部位。像这样的弥散张量成像图(呈现方式与以前的图像不同)可以揭示脑瘤如何影响神经细胞连接,引导医疗人员进行大脑手术。它还可以揭示同中风、多发性硬化症、精神分裂症、阅读障碍有关的细微反常变化。

Ramsey Badawi:当下,几乎所有应用于临床的PET分子影像技术都因为信号采集量少而受限。体内辐射源会向各个方向释放信号,从而干扰最终成像结果。

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Simon Cherry:我们的全身PET扫描仪,可以在相同的辐射剂量下采集到更多的信号。这意味着,我们可以降低辐射量,而且在降低辐射剂量40倍的前提下,EXPLORER依然可以获取等同于现有PET的信号量。

在核磁共振成像仪器下,患者躺在圆柱形磁体内,暴露于强大的磁场。一旦暴露在磁场中,水分子的质子会排成一行,要是遭到无线电波的攻击,它们会立即乱作一团,不成直线。在质子重新排列过程中,电脑会收集它们的信号,并加工成图像。富含水的组织会发出更强烈的信号,在生成的图像中看上去更亮,而骨骼相对较暗。这项技术用在此处是来描述大脑和颈部动脉的。在注射了用于对比的成像剂以后,放射线专家重复扫描,这时,成像剂在血管中移动,使他们可以看清楚造成中风、脑动脉瘤和各种外伤的堵塞物。

Q:EXPLORER涉及的辐射量具体是多少?

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Ramsey Badawi:在最新的计算中,全身PET需要的辐射剂量相当于在美国洛杉矶和伦敦之间往返飞行一次。

脊椎管和大脑处的明亮区域表示脑脊髓液。

Q:全身PET还有哪些用途?

核磁共振成像技术还经常用在神经成像方面。脊椎管和大脑处的明亮区域表示脑脊髓液;向下延伸至身体的长条状体则是脊髓。

Simon Cherry:EXPLORER一个令人激动的应用方向是助力药物研发。我们可以将药物带上辐射性标志物,借助PET技术,我们可以动态监测药物在身体内的反应。这有利于我们检测药物潜在的毒副作用。或许,未来医药企业除了知道“药物是否到达肿瘤部位”之外,还可以了解“药物在肝脏中的剂量”。所以,它可以帮助我们筛选到更好的候选药物,从而降低临床试验的失败率。

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Ramsey Badawi:另一个应用方向是毒理学。例如,我们生存的环境中有很多很多纳米颗粒。通过唇膏、防晒霜等各种物质进入体内,但是我们并不清楚它们对机体的影响。现在,我们可以尝试利用持久示踪剂标记一些纳米粒子,EXPLORER在灵敏度增加的前提下,可以追踪到它们,且时间长度可以达到1个月。这是现有PET技术未曾达到的时间极限。

X光血管成像术让手上如此细小的血管都呈现出来。由这种最新数码探测仪生成的图像质量可以让放射科医师不用使用高剂量辐射物,也能看清楚器官的细微之处。这张照片显示了手外伤的直接影响——没有血液流向第四根手指,而其他手指的小血管却清晰可见。

Simon Cherry:除了药物,我们还可以对细胞疗法等医疗技术进行类似的监测。具体而言就是标记免疫细胞或者干细胞,通过PET扫描记录它们在身体内的活动,从而监控疗效和预后。

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Q:这项技术距离临床应用面临着哪些障碍?

制作有用的医学图像涉及两个主要步骤:一是搜集数据,二是将这些数据转换为可快速、准确解读的图像。这张图像由一种称为X射线断层成像的先进X光技术生成,突出了上述两个方面的进步。体绘制软件(Volume-rendering software)结合CT血管成像技术,可以识别心脏附近主动脉(从图像顶端延伸至身体下部、心脏周围的大片粉色血管)的异常情况。再往下,可以清楚看到肝脏和肾脏。准确测定主动脉直径至关重要,因为外科医生可以借此判断主动脉是否存在破裂的风险。

Simon Cherry:我们希望,2018年底进行首例临床试验。临床试验需要EXPLORER获得FDA的审批,我们并不知道通过审核需要多长时间。另一个问题是数据的处理,我们如何将监测器、电子设备上的大量数据导出?这些数据如何转换成图像?如何存储这些数据?这些问题都需要一一处理。

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Q:相比于现有的核医学显像技术,EXPLORER成本如何?

对于此处用以显现骨盆的CT血管成像来说,成像剂会注射到静脉,使血管同软组织形成鲜明对比。电脑软件可以进一步凸显骨骼和血管之间的差别,让医生可以做出更明确、更快速地诊断。

Simon Cherry:这是一个很难回答的问题。我们正在研发的原型——2米长的设备,费用是常规PET的3-5倍。这一价格类似于当下的高端核磁共振成像。

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Ramsey Badawi:我们可以把成本放入效益中考虑。如果我们可以获取额外且大量的信息,这意味着我们研发的是一个将改写PET历史的新成果,我们可以探讨一个不同的商业模式。

此图中的两只手是尸检扫描的结果

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通常情况下,CT使用一个X光源,但研究人员可以将两个不同能量的X光源结合起来,更清晰地呈现软组织。根据特定组织(比如图中两只手的腱和韧带)吸收不同能量的事实,仪器可以突出展示它们的图像。为检验这种呈现方式的准确性,研究人员对尸体进行了扫描,将扫描结果同他们的“虚拟”发现相比较。此图中的两只手就是尸检扫描的结果。当然,CT技术的主要目标是改善健康,但也存在用于虚拟尸检的可能性。作为法医检查的一部分,像这样的CT扫描可以揭示小刀等物体的路径。

5.正电子放射层扫描术

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很多医学成像技术主要集中在解剖构造方面,正电子放射层扫描术有所不同:这种技术生成的图像突出了细胞活动。医生先给患者注射放射性示踪剂,接着,吸收示踪剂最多的细胞会发出亮光。此图中的示踪剂是葡萄糖。癌细胞会快速生长并分裂,因此会消耗大量能量,吸收葡萄糖。红色表示患者肝脏和肩部有问题。大脑和心脏(C形红块是心脏肌肉壁,即心肌层)同样会大量消耗能量,所以也会呈现出来。PET扫描和CT扫描二者结合,能够突出图中的人体构造。图一是PET扫描,图二是CT扫描,图三是PET扫描和CT扫描的结合,这使得医生可以更准确地看清楚问题所在。同核磁共振成像仪一样,正电子放射层扫描仪可以采集多个平面的数据。在这三张图中,分别只有一个“切片”显示出来,只要结合所有这些切片,就能生成三维图。

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在这张图中,PET扫描确认的癌组织是蔚蓝色圆团状物体,而CT扫描锁定了它在结肠的位置。

根据CT扫描,肾脏、骨骼和血管的结构也都清晰可见。PET技术最常用于肿瘤学检查,也应用于心脏病学和神经病学领域。生成此图的仪器制造商“GE Healthcare”日前引进了两种系统,帮助研究人员探索新的临床应用。据美国放射学学院的布鲁斯:希尔曼(Bruce Hillman)介绍,由于可以监测细胞功能,PET就是一系列用以监控人体细胞和亚细胞新工具的典型代表。

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