脑影像医学：探秘大脑的“侦察兵”

大脑是人体司令部，对人体的重要作用不言而喻。大脑是个脆弱的器官，对缺血、缺氧的耐受度远低于其他器官，所以它被坚硬的颅骨保护着，“望闻问切”都无法知道里面的真实情况。

伴随着一项项诺贝尔奖成果如X射线机、CT扫描仪、磁共振扫描仪的发明，人类逐渐揭开了如何看得到颅骨、看得清脑组织、看得准脑疾病、甚至是高级脑功能活动的面纱，影像技术的发展也成为了医疗水平提升的巨大推动力。

下面我们就来一起了解“侦探兵”探秘大脑的几项代表能力吧。

一、判断“脑中风”的鹰眼技术

大脑依靠脑表面的血管供应氧气和养料，一旦血管堵塞，该血管负责的脑组织区域就会缺血，完全缺血5分钟，就开始有脑细胞受损甚至死亡，形成脑梗死，导致患者发生偏瘫、失语甚至昏迷、死亡的严重后果。所以，医生们对于脑梗死的急救，是一场与百万神经细胞死亡的赛跑。抢救过程中，医生们需要一双“鹰眼”，快速了解脑细胞及其供应血管的情况。这里的鹰眼技术就是医学影像科医生的CT和磁共振成像技术。脑中风急诊首选的检查方法就是采用头CT平扫判断是出血性还是缺血性中风，其中70-80%都是缺血性中风，这些患者通过血管显影技术可以明确“犯罪”血管的堵塞程度，更为重要的是这些技术还可以探测出哪些脑细胞还存活，因为已经死亡的脑细胞无法逆转，没有治疗价值了，而那些处于缺血状态但没有死亡的细胞，如果能恢复血液供应，就能恢复功能，这个区域在医学上被称为缺血半暗带。存在缺血半暗带的患者，溶栓和取栓才能获得较好的治疗效果。即使两个症状相同的患者，也可能堵塞血管不同，也可能有的患者有缺血半暗带，有的没有。医生们运用“鹰眼”系统中的全脑CT灌注成像(CTP)观察患者是否存在缺血半暗带，通过头颈动脉CT血管造影(CTA)来检测血管的闭塞和狭窄情况。

完成上述所有检查需要耗费大量时间，而时间就是大脑，为了抢时间挽救脑细胞，必须缩短上述众多检查的时间。为此，影像科医生创建了“一站式全脑CTP/CTA影像监测技术”，一次扫描同时获得上述所有数据，将影像检查时间不断缩短到极限，就为快速精准筛选出可挽救患者提供了技术保障。这项技术还能被运用到其他类型脑血管疾病的诊断和治疗中，比如烟雾病，是一种像烟雾一样的脑畸形血管疾病。外科医生需要在术前运用上述“鹰眼”技术了解血管情况和血流供应缺失状态，评估术后桥血管再通及脑血流改善情况，筛选出更适合手术的患者，提高手术效果。中风另外20-30%是出血性中风，很多是因为脑血管动脉瘤引起的，通过这个技术可以无创性观测动脉瘤有无破裂以及出血的程度。总之，血管系列鹰眼技术能让医生对病变区域、脑血管情况及血流供应情况了如指掌，提高治疗效果，且让患者检查过程无创伤、射线剂量小。

二、大脑功能的记录仪

大脑不同部位承担不同功能，比如有的脑区负责运动、有的负责语言、有的是感觉、有的是情感等等，这些区域被称为功能区。不同个体的大脑功能区分布大致相同，但也有细微差别，而在疾病状态下，可能发生大的变化，尤其是在儿童。比如人类在阅读和说话的时候大脑的语言区就非常兴奋，支配语言的功能区出现激活现象，这样的大脑活动都可以被磁共振脑功能成像记录下来，不同功能区的大脑就会出现不同程度的激活，我们动一动手指就是大脑的运动功能区兴奋了指挥着我们的手指进行活动。而对于一些情绪障碍比如抑郁症就会出现抑制区域。这一技术现在被广泛应用于全球脑计划的实施过程中，揭示人类大脑的学习、情绪、记忆等是如何形成的。

三、脑肿瘤手术影像导航技术

脑肿瘤是需要手术的重大疾病，传统的磁共振技术只能显影肿瘤部位和形态，而功能区脑部手术可能在切除病变的同时损伤大脑的正常功能。肿瘤与周围脑组织有神经纤维联系，手术中要避免切除重要神经纤维网络，否则也将造成损伤。因此外科医生需要通过导航系统了解以下情况：1.肿瘤周围脑功能区的情况，避免切除重要功能区;2.肿瘤及周边脑组织的血流供应情况，避免术中出血过多或损伤血管;3.肿瘤周围神经纤维情况，避免切除重要神经纤维网络，损伤大脑功能;4.肿瘤的病理类型，这将决定术式、手术切除范围及手术后是否需要放疗、化疗。为此，影像科医生建立了一套融合多种影像技术的功能磁共振成像立体定向系统，成为脑肿瘤术前定性、术中切除定位的精确导航。该立体定向系统是在传统形态结构基础上，融合了采用血氧饱和依赖功能磁共振的脑功能定位、基于磁共振灌注成像的肿瘤血供、磁共振波谱成像肿瘤代谢及追踪肿瘤周围的纤维通路的纤维束成像技术的多模态成像体系，解决了以往形态学不能全面评估肿瘤对脑重要功能区破坏情况的局限性。该技术的应用提高了术前诊断效能,诊断肿瘤的准确率、敏感性、特异性大幅提升，基于该体系的术中导航提供了肿瘤与功能区的三维空间关系，支撑了神经外科最大程度切除肿瘤而完好保留脑功能区的攻坚手术的开展。

四、脑影像中的纳米技术

大脑中的隐匿性病灶，是常规结构磁共振无法显示的，比如癫痫致痫灶，分界不清的脑肿瘤细胞区域等。通过注射造影剂能够提高显像的对比度，并借助于分子标记物，可以从分子或基因水平精准的检测脑疾病，等同于用显微镜来观察细胞分子。这就好比带上一把标记枪，给这些隐匿病灶打上标记，就能在增强磁共振图像中显示出来。但是由于大脑存在血脑屏障，造影剂很难进入大脑。大脑毛细血管壁与神经胶质细胞形成的血浆与脑细胞之间的屏障，叫作血脑屏障。这种结构可阻止某些物质(包括有害物质、药物和造影剂)由血液进入脑组织，这种结构特点有利也有弊，有利的是，可以使脑组织少受甚至不受循环血液中有害物质的损害，从而保持脑组织内环境的基本稳定，对维持大脑正常生理状态具有重要的生物学意义;弊端在于一些治疗脑部疾病的药物及显示病灶的造影剂无法入脑或仅有少量入脑，脑内药物浓度达不到治疗浓度，这一度成为脑疾病治疗的瓶颈。而纳米材料可以突破血脑屏障的阻隔，进入大脑，为此，影像科医生将纳米技术应用于造影剂和脑部治疗药物，让纳米造影剂进入大脑，显示大脑隐匿病灶;并进一步把治疗药物加载在上面，实现了大脑疾病的靶向药物治疗。

五、人工智能影像辅助诊断技术

数字化医疗时代，以高分辨薄层扫描、多模态成像为特点的影像设备和技术飞跃发展，影像数据以每年30%的速度增长，使得放射科医师每天的图像数据浏览工作量剧增;同时期，我国经济社会进步、人们健康意识及需求的提高，也导致临床放射工作量的增加，多重因素叠加使得放射科医师工作超负荷。就以图像数据浏览读片为例，目前是机器鹰眼扫描，人眼读图，工作量较大;而应运而生的人工智能影像辅助诊断技术，让机器参与读图工作，不但能减少医生工作量，还同时提高了诊断准确率。

人工智能技术先将各类影像图片和对应诊断输入机器，让机器完成自我学习过程;当再次给机器影像图片时，它就能自动检索图片匹配的诊断，完成读图过程。人工智能敏感性更高，能对较大工作量的数据进行阳性病例筛查、分类检出。比如体检项目，大部分人是正常的，鹰眼需要检出少部分病变人群。可以让人工智能先筛查一遍，挑出可能有病变的病例，再交由放射科医师进一步诊断，从而省去大量正常病例数据的人力资源的占用与浪费。此外，它还能在医生指导下，用信息技术对肿瘤边界进行分割重建、病变(如肿瘤、血肿)体积测量等，结果精确、客观，整体提高诊断质量。由此可见，人工智能技术的优点是高敏感检出、高维信息挖掘、高通量计算的能力，能提供更丰富的影像诊断指标，辅助疾病的鉴别诊断、基因分析及预后判断等，整体提高影像诊断水平。

人工智能技术的意义在于优化放射科医师工作的时间资源分配，将有限的精力从低知识含量、简单重复的机械工作中解放出来，并且还可以辅助影像分析诊断，提高诊断准确率。总而言之，人工智能影像辅助诊断的目标并非取代放射科医师，而是辅助其进行更好的临床诊断。