耳科影像学的关键技术创新和应用——2020年度国家科学技术进步奖二等奖
时间：2023-02-17 18:50:08 来源：千叶帆 本文已影响人
吕 晗 赵鹏飞 尹红霞 王振常
(首都医科大学附属北京友谊医院放射科，北京 100050)
耳鸣、耳聋、眩晕是耳科疾病的三大症状，是影响民生的重大卫生问题。影像学精确评估是实现耳科症状个体化精准治疗的重要基础。然而，传统耳科影像学缺乏规范的检查方案、系统的病变评价模式及病理生理结构显示手段，给临床治疗带来困难。
针对上述问题，王振常教授团队从创建耳科影像的规范检查方案和系统评价模式、提升耳科疾病的病理生理结构显示能力入手，历经十年攻关，通过揭示疾病发生机制、构建针对性影像检查及诊断体系、创研十微米级耳科专用电子计算机断层扫描(computed tomography，CT)设备，大幅提升了耳科影像诊断效能和耳科影像学在疾病诊疗中的应用价值。
1.1 阐明搏动性耳鸣发生机制，构建致鸣多因素影像评估体系
1.1.1 建立了CT、磁共振(magnetic resonance imaging，MRI)数据采集方案，大幅提升了致鸣因素的检出率及定位准确性
我国约有1 000万搏动性耳鸣患者，治疗的关键在于明确致鸣因素。本研究团队创新一站式颞骨双期增强高分辨CT成像方法，同时显示骨质、动脉、静脉、毗邻关系的形态学特征，显著提升了致鸣因素的检出率[1]。
针对致鸣血管的血流评价难题，团队创建针对搏动性耳鸣的二维血流评价方法、革新四维血流成像技术，全面剖析血流速度、压力梯度、血流形式等生物力学内涵，大幅提升了个体化致鸣因素定位的准确性。
基于上述技术创新，团队首次提出、全面报道了岩鳞窦、侧裂静脉、板障静脉、静脉回流形式、乙状窦憩室、乙状窦周骨壁缺失、气化程度等致鸣因素[2-5]，为治疗提供“靶点”。
1.1.2 提出多因素联动致鸣的发生机制假说
团队通过构建单因素致鸣实体模型，证实了血流是噪声产生的根源，血管形态和机体状态异常是异常血流的来源，血管周围骨质不完整性是噪声传导的关键，是异常血流长期冲击的结果，颞骨气化是噪声接收的必要条件，传导路径影响噪声强度。团队提出“搏动性耳鸣脑中枢化”理念，发现脑活动是耳鸣感知的基础，揭示了听觉、默认、视觉、执行控制、边缘系统等多个脑网络协同特点并进行特征值的量化[6]，发现了脑中枢化进程中功能重塑先于解剖重塑的规律[7]。在上述基础上，提出“血流-骨质-传导-脑活动多因素联动致鸣”的搏动性耳鸣致鸣机制假说。
1.1.3 创建致鸣多因素影像评估方案，揭示致鸣机制
建立基于CT、MR 4D FLOW、功能性MRI(functional MRI, fMRI)、噪声等影像信息的耦合模型，多层次验证致鸣因素的联动特征，开展了个性化致病因素风险分析、治疗策略效能评估研究，将致鸣因素“视而可见”，实现了个性化的有效治疗。
1.2 构建耳科影像检查及诊断新体系，实现低辐射高质量的成像和病变的精准检查
1.2.1 开创图像质量-辐射剂量交互评判原则下的耳科CT剂量优化方案
耳部解剖主要为骨性结构，CT是首要评估手段。然而，传统CT扫描方案单一，辐射剂量大。
项目组在无损图像质量的前提下，通过开发通用型设备的联合迭代重建算法，多层次消除图像噪声，大幅降低了受检者辐射剂量[8]。推出多排探测器下的耳科扫描参量优化组合，推荐最佳参数组合，以达最佳信噪比、最佳图像质量-辐射剂量比[9]。
针对头颈部对电离辐射最敏感的晶状体，首次引入三层铋屏蔽材料；
提出以听鼻线代替国际上传统的听眦线为扫描基线，多种方法显著降低了晶状体辐射剂量[10]。
1.2.2 针对耳聋，创新大矩阵小视野重建方法及直观显示传导全路径的重组技术
针对传导性耳聋：创新听骨链的三维立体+仿真内镜重建以及二维重组解剖位、功能位，直观显示外耳道、鼓膜、听骨链、前庭窗等声音传导的全路径精细结构[11]。
针对感音性耳聋：创新大矩阵小视野的成像方式提升CT、MRI分辨能力，成为评估内耳迷路、蜗神经、前庭上、下神经的重要方法。
针对突发性耳聋，创新性采用3D T2FLAIR成像技术，实现对淋巴液病理改变的客观评估，改善治疗效果。
1.2.3 针对耳源性眩晕，开创多途径内耳钆造影MRI实现膜迷路显像
创新咽鼓管给药、常规剂量外周静脉给药的无创途径，克服传统的鼓膜穿刺损伤。规范给药途径、对比剂弥散及采集方案，明确定量、半定量评估标准，建立适合国人使用的膜迷路积水成像及评估新方案[12]。
1.3 研制首台十微米级临床耳科CT专用设备
1.3.1 研制小焦点、大功率X线发生器，突破制约CT空间分辨力的硬件难题
项目组提出油箱和球管分离的分体式机头物理设计，攻克了在有限油箱体积内实现120 kV高电压的技术难题。建立反馈控制模型，优化设计高压电路，实现小焦点、高额定管电压、高额定功率。
1.3.2 解决小视野数据重建、散射校正、几何标定、运动校正等一系列算法难题，突破制约CT空间分辨力的瓶颈
针对数据截断问题，创建针对性的奇异值分解和希尔伯特变换的局部区域重建算法，进行数据补偿[13]。针对散射模糊问题，创建散射场的数学模型以及蒙卡模拟与卷积核模型相结合的散射校正方法，消除散射光子[14]。针对扫描晃量导致的几何失真问题，研发特定模体，创建几何标定算法，保证空间位置准确性。针对运动伪影问题，创新提出基于双目视觉运动监测的方案和校正方法，有效消除运动的影响[15]。
1.3.3 研制具有自主产权的十微米级临床耳科CT专用整机系统
在硬件、算法技术创新基础上，创新双源、双探测器的系统设计，同时实现大视野、超高分辨力成像；
研制高精度机电扫描装置和多自由度扫描床，最终实现整机系统成像空间分辨力在X-Y-Z三个方向均高达4.0 lp/mm，最小体素达50 μm3。
2.1 标准、指南、共识制定与入选情况
牵头制定了耳科影像学指南/共识2部，分别在《中华放射学杂志》[16]和《中华医学杂志》[17]发表并在全国范围内推广。负责X 射线计算机断层摄影成年人头颈部诊断参考水平(WS/T 637-2018)放射卫生国家标准的制定，严格限制了CT辐射的超标使用，全面降低群体辐射剂量。从检查方案[18]、致鸣因素[5]、脑机制[19]三个方面写入美国放射学院制定的搏动性耳鸣影像学检查标准[20]。不同给药方式和扫描方案在梅尼埃病诊断中的价值[21]写入美国放射学院制定的眩晕影像学检查标准[22]。
2.2 论文被他引和评述情况、获奖等
该项目发表论文200余篇。近十年搏动性耳鸣学术成果在国内外占领先地位。搏动性耳鸣脑中枢化研究成果刊登为HearingResearch杂志封面[6]。剂量方向研究成果[23]获第四届中国科协优秀科技论文。新CT设备研制的专利“CT系统和用于CT系统的探测装置”(ZL201210364118.3)获第五届北京市发明专利奖一等奖。
本项目研究成果广泛推广应用，主要应用对象为耳部 CT/MRI 检查及诊断服务。项目组成果写入美国放射学院制定的搏动性耳鸣、眩晕的影像学检查标准，以举办全国学术会议及国家级继续教育培训班、专题讲座、参加国际学术会议等方式在国内、国际进一步推广普及。主要创新点编入3部全国高校规划教材，主编7部专著。
研究成果的应用推广全面提升了耳科病变的影像诊断准确率，为其临床诊断及治疗奠定了坚实基础，改善了患者治疗效果，奠定了耳科影像学在疾病诊疗中的关键地位，促进了我国耳科影像学发展。
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