耳朵既能聽聲音，還能幫助身體維持平衡，是人體非常重要的一個(gè)器官。然而，現(xiàn)實(shí)生活中，很多人卻正在遭受著耳聾、耳鳴、眩暈等耳部疾病的侵?jǐn)_。診斷耳部疾病通常需要先進(jìn)行影像檢查，如計(jì)算機(jī)斷層掃描（CT）和核磁共振（MRI），它們能無創(chuàng)、高清地呈現(xiàn)器官結(jié)構(gòu)與功能狀態(tài)，幫助醫(yī)生早期準(zhǔn)確識(shí)別疾病。但很多時(shí)候，盡管做了影像檢查，臨床醫(yī)生仍未能發(fā)現(xiàn)病變，導(dǎo)致無法針對(duì)性治療。這引發(fā)了一個(gè)問題：如果有一臺(tái)“視力”更好的CT，是否能更有效地解決耳病？

影像檢查——現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的“眼睛”

20世紀(jì)80年代開始，醫(yī)學(xué)影像技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，相繼出現(xiàn)了磁共振影像技術(shù)、超聲診斷技術(shù)、計(jì)算機(jī)射線成像技術(shù)等。那么，影像檢查在疾病診療中的價(jià)值究竟有多大？不同的影像檢查設(shè)備原理有何不同？

CT和MRI是目前影像檢查最常用的兩種手段，它們?yōu)榧膊〉脑缙诎l(fā)現(xiàn)和臨床精準(zhǔn)診療提供了客觀依據(jù)。然而，兩者的成像原理截然不同。CT利用X射線穿透人體，不同組織對(duì)X射線的吸收程度不同，從而在數(shù)字板上形成不同強(qiáng)度的轉(zhuǎn)化，最終呈現(xiàn)出不同密度的圖像。相比之下，MRI則是利用水中氫質(zhì)子的特性進(jìn)行成像。由于人體各部位含水量不同，成像的信號(hào)強(qiáng)度也會(huì)有所差異。MRI通過捕捉這些信號(hào)差異來形成圖像。

盡管兩者都生成了圖像，但這些圖像的特點(diǎn)各不相同。CT圖像主要反映人體結(jié)構(gòu)的物理特性，如高密度、低密度等，因此被稱為密度成像。而MRI圖像則主要反映水的含量，通過信號(hào)強(qiáng)度來區(qū)分不同組織，其軟組織分辨率通常優(yōu)于CT。此外，MRI還能通過多種序列采集不同維度的信息，如結(jié)構(gòu)、形態(tài)、代謝、彈性等。

在應(yīng)用上，CT和MRI各有優(yōu)勢，針對(duì)不同的器官和疾病，可能優(yōu)選的方案不同。例如，對(duì)于鼻竇和耳科的病變，由于其解剖特點(diǎn)，CT通常是首選；而對(duì)于腦的病變，MRI則更具優(yōu)勢。因此，在看病時(shí)，醫(yī)生會(huì)根據(jù)患者的癥狀和下一步檢查的目標(biāo)，來選擇合適的影像檢查方法。

許多耳部病變難以明確病因

現(xiàn)在疾病診斷20%—80%的信息，都來源于醫(yī)學(xué)圖像，影像學(xué)檢查在臨床診療當(dāng)中越來越重要。在很多情況下，盡管癥狀明顯，影像學(xué)檢查卻難以發(fā)現(xiàn)病變。這不禁讓人思考：是檢查方法、設(shè)備，還是醫(yī)生能力的問題？經(jīng)過分析，這不是醫(yī)生水平或檢查技術(shù)的問題，而是設(shè)備本身的限制。特別是在耳科疾病中，常規(guī)CT檢查難以清晰顯示中耳、內(nèi)耳的精細(xì)微小結(jié)構(gòu)。

耳部結(jié)構(gòu)非常精細(xì)且深在，如聽骨鏈只有約8毫米長，最小的鐙骨更是毫米級(jí)大小，且分多個(gè)微米級(jí)的部分。內(nèi)耳包括耳蝸、前庭、半規(guī)管等，負(fù)責(zé)聽力和平衡功能，也是毫米級(jí)和微米級(jí)的結(jié)構(gòu)。此外，耳部還有眾多神經(jīng)、血管和骨性管道，如前庭水管和耳蝸水管，其直徑分別只有200微米和100微米，非常微小。這些精細(xì)的耳部結(jié)構(gòu)一旦發(fā)生病變，就可能引起嚴(yán)重的耳鳴、眩暈、耳聾等癥狀。因此，盡早明確病因至關(guān)重要。然而，目前醫(yī)院常用的CT設(shè)備分辨率較低，對(duì)內(nèi)耳結(jié)構(gòu)顯示不清，無法滿足耳科疾病的診斷需求。另一種高分辨率的顯微CT雖然能顯示精細(xì)結(jié)構(gòu)，但只能用于標(biāo)本，不能在活體上應(yīng)用。因此，我們急需研究一種臨床可用的高分辨率CT，即耳科專用CT，以滿足耳科疾病的診斷需求。

成功研制世界首臺(tái)微米級(jí)骨質(zhì)CT儀器

作為在全球醫(yī)學(xué)界已經(jīng)運(yùn)用多年，非常成熟的常規(guī)CT，做如此大的提升，實(shí)現(xiàn)微小的耳部成像絕非易事，不僅涉及醫(yī)學(xué)方面的專業(yè)知識(shí)，還有許多關(guān)鍵設(shè)備的硬件、算法、框架設(shè)計(jì)等一個(gè)個(gè)涉及工科方面的技術(shù)問題。

為此，我們與清華大學(xué)組建團(tuán)隊(duì)，專注于提升CT分辨能力。如果分辨率能達(dá)到組織切片水平，將帶來新結(jié)構(gòu)、新標(biāo)準(zhǔn)和新診斷體系的出現(xiàn)。這不僅是一名醫(yī)生職業(yè)生涯的榮光，更能為病人提供早期診斷的契機(jī)，并促使臨床干預(yù)措施的重新制定或調(diào)整，可能改變預(yù)后。于是，驗(yàn)證關(guān)鍵成像指標(biāo)，搭建成像實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并利用顯微CT對(duì)耳部標(biāo)本進(jìn)行不同分辨率的成像實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過反復(fù)認(rèn)證，發(fā)現(xiàn)分辨率在40至80微米范圍內(nèi)對(duì)顯示耳部小結(jié)構(gòu)和小病變具有重要突破作用。最終，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)方案和巧妙的算法構(gòu)建，在不增加CT輻射劑量的情況下，將分辨尺度確定提升至50微米。后在國家自然科學(xué)基金委的資助下，項(xiàng)目組隨即開始攻關(guān)。

首先，針對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行突破，成功研制出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高穩(wěn)定、小焦點(diǎn)X線發(fā)生器。傳統(tǒng)的醫(yī)用大功率X線發(fā)生器焦點(diǎn)過大，導(dǎo)致成像分辨率低，且多依賴進(jìn)口。而傳統(tǒng)小焦點(diǎn)、微焦點(diǎn)的X線發(fā)生器功率又太小，無法實(shí)現(xiàn)臨床成像。因此，我們自主研發(fā)了既小焦點(diǎn)又相對(duì)大功率的X線發(fā)生器，以滿足臨床需求。該X線發(fā)生器的核心指標(biāo)遠(yuǎn)超市場產(chǎn)品，技術(shù)水平國際領(lǐng)先。

其次，排除呼吸心跳干擾，拍出清晰圖像。在CT掃描中，當(dāng)分辨率達(dá)到50微米時(shí)，心跳和呼吸等不可控運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致耳朵發(fā)生微弱擾動(dòng)，影響圖像清晰度。雖然常規(guī)影像檢查中可以通過憋住呼吸來減少運(yùn)動(dòng)影響。但心跳無法避免，會(huì)導(dǎo)致耳朵在成像過程中發(fā)生不自主的小振幅運(yùn)動(dòng)，數(shù)據(jù)發(fā)生偏移。特別是在耳科20秒的掃描方式中，運(yùn)動(dòng)的影響特別明顯，必須消除這種不可控?cái)_動(dòng)，否則圖像會(huì)模糊。為了消除這種擾動(dòng)，我們采用了雙目視覺跟蹤技術(shù)結(jié)合物理方法進(jìn)行數(shù)據(jù)綁定和圖像還原。

再次，采用雙光源、雙探測器、雙成像系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位成像。這一設(shè)計(jì)針對(duì)耳朵局部成像，成像視野為3.7厘米，滿足耳科結(jié)構(gòu)顯示需求。由于耳朵局部成像難以精準(zhǔn)定位，大光源、大焦點(diǎn)用于整體腦袋成像，小光源則定位并精細(xì)成像中內(nèi)耳區(qū)域。這樣，大光源和小光源各有所長，實(shí)現(xiàn)精確定位和精細(xì)成像。此外，還可完成耳鼻咽喉、鼻腔鼻竇、眼眶、顱底、頜面部和口腔疾病的影像檢查。大視野設(shè)計(jì)既便于精準(zhǔn)定位，又可實(shí)現(xiàn)頜面部全區(qū)域的精準(zhǔn)影像檢查，有利于推廣普及。而且從硬件和算法，我們均擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

十年磨一劍，最終成功研制出了世界首臺(tái)微米級(jí)的骨質(zhì)CT儀器，大幅提升了影像學(xué)在疾病診療中的應(yīng)用價(jià)值，填補(bǔ)了國內(nèi)外在該領(lǐng)域的空白，突破了常規(guī)CT空間分辨力的極限，實(shí)現(xiàn)了人體精細(xì)結(jié)構(gòu)與隱匿病變識(shí)別能力的大幅躍升，讓耳科疾病能夠“看得清、看得準(zhǔn)”。這不僅是耳科影像領(lǐng)域的重大突破，還標(biāo)志著我國自主研制的高端專用CT設(shè)備已經(jīng)達(dá)到國際領(lǐng)先水平，為我國耳科疾病研究和臨床診療創(chuàng)新奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

看到從前看不到的耳部病變

常規(guī)CT的分辨率通常在300微米以上，而該新型CT的分辨率則達(dá)到了50微米。這一提升使得圖像的清晰度、分辨尺度和數(shù)據(jù)挖掘能力發(fā)生了質(zhì)的飛躍，能夠捕捉到耳朵內(nèi)部許多精細(xì)結(jié)構(gòu)，尤其是早期微弱病理信息，從而顯著提升醫(yī)生的診斷能力。比如在掃描人體最小的骨頭——鐙骨時(shí)，常規(guī)CT只能模糊地顯示鐙骨，而新型CT則能清晰地展示鐙骨的前弓、后弓、底板和鐙骨頭。這種清晰度使得醫(yī)生能夠準(zhǔn)確判斷病變情況，從而找出傳導(dǎo)聾和感音聾的具體原因，如鐙骨病變。

新型CT效果顯著，已在實(shí)際病例中得到驗(yàn)證。一名患者人工耳蝸植入術(shù)后出現(xiàn)面神經(jīng)痙攣，無法開機(jī)，盡管手術(shù)本身很成功。使用常規(guī)CT無法找到原因，但利用新研制的CT，發(fā)現(xiàn)患者存在發(fā)育變異，即耳蝸與面神經(jīng)管之間的骨壁有局限性缺損。這種缺損很小，在常規(guī)CT上無法顯示，但它導(dǎo)致了人工耳蝸電極的活動(dòng)影響面神經(jīng)，從而引起面肌痙攣。另一個(gè)病例是眩暈病人。美尼爾氏綜合癥是臨床上常見的眩暈疾病，其重要病理基礎(chǔ)是耳膜迷路積水，即迷路內(nèi)淋巴液的循環(huán)障礙。前庭水管是最狹窄的部位，常規(guī)CT難以顯示其全程。而新型CT可以完整顯示前庭水管全程，判斷是否存在狹窄，是否影響內(nèi)淋巴液循環(huán)，從而客觀找到發(fā)病原因。

新型CT不限于耳部檢查，還能應(yīng)用于人體的其他部位。盡管該設(shè)備最初是為提升耳部CT的分辨率而研發(fā)的，但其潛力遠(yuǎn)不止于此。特別是在骨質(zhì)疏松這一常見病的檢測上，我們進(jìn)行了拓展應(yīng)用。骨質(zhì)疏松患者眾多，且因早期難以發(fā)現(xiàn)，治療效果常不理想。新設(shè)備能夠評(píng)價(jià)骨微結(jié)構(gòu)，即骨小梁的數(shù)量，這是判斷骨質(zhì)疏松的關(guān)鍵指標(biāo)。傳統(tǒng)影像設(shè)備雖能評(píng)價(jià)骨質(zhì)疏松，但僅限于標(biāo)本，無法直接應(yīng)用于臨床。因此，我們開始在骨骼上應(yīng)用。研究顯示，新型設(shè)備在微結(jié)構(gòu)顯示上有顯著提升，能清晰地顯示頸椎、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)等部位的骨微結(jié)構(gòu)。例如，在膝關(guān)節(jié)上，能清晰地觀察到髕骨軟化等早期病變，而常規(guī)CT則無法做到。同樣，在踝關(guān)節(jié)上，也展現(xiàn)出了更高的分辨率。

未來展望

影像學(xué)檢查是醫(yī)生的“眼睛”，為精準(zhǔn)診療提供依據(jù)。50微米耳科CT如同“望遠(yuǎn)鏡”，讓影像科醫(yī)生“偵察”得更遠(yuǎn)更清，帶來了疾病早期診斷和健康評(píng)估的新技術(shù)、新標(biāo)準(zhǔn)、新體系，意義重大。未來，隨著時(shí)間的推移和科技的飛速發(fā)展，未來醫(yī)學(xué)影像設(shè)備將會(huì)出現(xiàn)新的發(fā)展。更精準(zhǔn)：分辨尺度是影像設(shè)備的核心追求。從毫米級(jí)到微米級(jí)，期望未來能達(dá)到分子或納米層面，進(jìn)一步提升對(duì)健康管理和疾病精準(zhǔn)診療的價(jià)值。更專用：專用設(shè)備如耳科CT、乳腺CT等已成為趨勢。未來，將看到更多以器官為靶區(qū)的專用設(shè)備開發(fā)，如頭部核磁、關(guān)節(jié)MR、胸部和心臟CT/MR等，帶來小型化、智能化、精準(zhǔn)化和便捷化的優(yōu)勢。更智能：在數(shù)字時(shí)代，人工智能將廣泛應(yīng)用于影像設(shè)備的研發(fā)和應(yīng)用。從數(shù)據(jù)采集到成像，再到影像解讀，人工智能將助力形成智能影像平臺(tái)，推動(dòng)醫(yī)學(xué)影像的智能化發(fā)展。更多維：人體器官具有多種生理功能和物理特性。未來影像設(shè)備將能夠采集更多維度的信息，如結(jié)構(gòu)特性、血流特性、彈性特性、空間位置變換等，為醫(yī)生提供更全面的診斷依據(jù)。更便捷：為了提高可及性，未來影像設(shè)備將更加便捷。例如，在病房內(nèi)，設(shè)備可以移動(dòng)到病人身邊進(jìn)行檢查；在急救情況下，也可以迅速將影像設(shè)備移至現(xiàn)場。更快速：快速成像將是未來醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的重要發(fā)展方向。通過一次掃描多序列成像等技術(shù)，縮短檢查時(shí)間，減少預(yù)約和等候時(shí)間。更安全：在算法和硬件設(shè)計(jì)上不斷優(yōu)化，降低輻射劑量，提高核磁設(shè)備的安全性，如加強(qiáng)屏蔽管理和研發(fā)超低場核磁成像技術(shù)。更低廉：隨著技術(shù)的發(fā)展和市場競爭的加劇，未來大型影像設(shè)備的價(jià)格有望逐漸降低，使更多醫(yī)療機(jī)構(gòu)和患者能夠受益。為此，需要各界共同繼續(xù)致力于高性能精專影像設(shè)備的研發(fā)，為推動(dòng)國家醫(yī)療設(shè)備快速發(fā)展和健康中國建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

【作者簡介】

王振常，中國工程院院士，影像醫(yī)學(xué)專家，中國聽覺和視覺系統(tǒng)影像感知與解析領(lǐng)域的帶頭人，主要研究方向?yàn)檠?、耳鼻咽喉等頭頸部疾病的影像學(xué)診斷。他成功主持研制出全球首臺(tái)分辨尺度達(dá)50微米的專用骨質(zhì)CT儀器，在國際上首次清晰顯示出十余種引起耳聾、眩暈的重要微小結(jié)構(gòu)，為制定治療新策略提供了關(guān)鍵靶點(diǎn)。這一成果大幅提升了影像診斷效能，達(dá)到了國際同類技術(shù)的領(lǐng)先水平，一舉解決了常規(guī)高端儀器骨質(zhì)微小結(jié)構(gòu)及隱匿病變“顯不出”的國際性難題。