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—————————————————————————————————————————————2011-10-17 14:39:09 新浪博客 姜广策
3.2超声
3.2.1 历史与展望
自1950年代末，超声成像已经成为医疗诊断的一部分。两位研究人员在超声和医学成像的历史上非常有名。在1942年，奥地利西奥多杜西克的卡尔博士在医学超声方面发表了第一篇论文，文章是基于他对大脑中超声传输的研究。在20世纪50年代，苏格兰唐纳德的伊恩教授开发了超声的实用技术。日本的工作在超声相对未知的，在美国和欧洲，直到20世纪50年代。然后，研究人员将他们的研究超声诊断胆结石，乳腺肿块，肿瘤推广到国际医学界。日本也是第一个运用多谱勒超声的国家，检测内部物体的移动，如血液通过心脏和心血管的研究。
美国的超声开发商在这一领域贡献了许多的进步。研究人员学习使用超声来检测潜在的癌症和可视化的肿瘤活动，和切除的组织。实时成像是另一个医生重要的诊断工具，扫描过程中在系统的CRT屏幕上直接呈现超声图像。采用频谱和后来不同的颜色的彩超显示了血流量的速度和流动方向。
3.2.2 系统的基本组成
超声设备由一系列原件组成部分。由一个传感器探头发送和接收声波。中央处理单元（CPU）进行计算，包含自身电源供应和探头。发射传感器探改变振幅，频率，和脉冲的持续时间。显示器显示经过中央处理器处理过的数据后得到的超声波图像。键盘光标输入数据和启动测量显示。一个存储设备储存获得的图像，或图像可以被传送到图像存档与通信系统（PACS）中。
传感器探头是一个关键组成部分的系统。探头生成声波和接收回声。它产生和接收声波是运用压电式（压电）效应，这是由彼埃尔和贾可居里在1880年发现的。传感器探头经过许多设备制造。探针形状决定其视野，和发出声波的频率以决定声波穿透组织的深度，以及图像分辨率。除了可以在物体表面移动的探针，还有一些利用各种身体开口部位插入的探针——阴道、直肠，和食道——因此他们可以接近正在检查的器官，即，子宫，前列腺腺和胃。接近器官部位的成像产生更详细的图像。
传感器器脉冲允许操作者设定和改变超声频率和超声的脉冲持续时间，以及设备的扫描模式。
在超声过程中，传感器的安全性对临床的整体质量和诊断图像的有效性是关键。现代超声传感器通常包含288个或更多的因素。随着时间推移产生的正常磨损和撕裂，传感器阵列中的单个因素可导致中断工作或表现出比较原来的规格更显著的灵敏度降低。这些综合因素从根本上影响了整个传感器的运行，并可能对临床结果有负面的影响，和可能影响整个超声研究的效应。
据报道，多达25%的超声感应器在临床使用过程中可能有某种形式表现受制和结构问题导致未确诊。许多探针的使用可能有某种形式的结构，电，或元素相关的问题。第一次感应到测量性下降是在超声检查中，特别是对大体型病人的成像或在使用需要最大动态范围的从传感器输出超声波和高声波功率的方式时通常遇到困难。
3.2.3 先进的技术
新技术提高了超声的竞争力。斑减少，容积成像和弹性成像使人们有可能减少矫作物，提高图像的对比度，减少图像噪声，并更好地衡量组织刚度以检测微妙的不易察觉的异常。这些技术提供了增加超声精度，重复性和效率的潜力，并使该方法具有相对其他横断面成像方式的竞争力。
圆斑–发生在超声成像过程中由随机分布的散射能量干扰产生的由于太小难以来解决的成像系统。实质上，斑点由在对靶向目标的扫描的声波散射的小粒子产生。斑点导致空间和对比度分辨率的退化，降低超声图像的诊断价值。斑点降低目的是消除分散斑点而不减少超声影像呈现的其他细节-换句话说，是为了使超声成像容易解读。
减少斑点具有几个方面的优势。这些包括较高的组织对比感知，这有利于确定回声分数的增加或减少。减少回波也降低了图像噪声，从而可以使图像更加令人赏心悦目。缺点包括由于需要发送和接收来自不同方向的波束使得帧率减少；空间分辨率也可能造成损失；损失的声学增强和阴影往往对于诊断是重要的。
另一方面，图像数据从一个体积的组织采集——体积成像——可以通过移动超声传感器于垂直平面的一处区域或器官穿过，而不是简单的从一小部分取样成像。其得到的结果是一系列的平行切面，其代表体积组织已被扫描。
二维阵列转换器可以产生来自不同的方向的多束波束以实现高分辨率的实时体积成像。在一个方法中，大多数的超声回波光束在正面彼此相邻可以投影到各自的平面上。该体积图像由投影平面的所有波束的结合产生。因此，图像有高分辨率，并具有实时性。由转换器扫描的区域被划分为对称排列的光束，这使得转换器产生的位于同一距离的回波在实质上具有相同的深度。在另一个多光束的扫描技术中，选择各自的扫描深度范围和减少垂直发散角度以获得深层扫描深度范围。在另一个实例中，多个相交或平行光束被用来创建体积成像。
常规超声探头由于光束厚度，分辨率等随深度不同而不能达到这种类型的成像。我们需要的是一个1.5维数组其含有三到五行的晶体矩阵，可以动态聚焦光束产生一个薄光束，随着深度变化而较少。实时超声扫描仪能持续许多年都用来生成体积数据。但在出现高性能的PACS系统以前，人们还不可能充分显示和操作数据。容积成像有几个优势。该PACS系统方法与CT系统相似，所以它对放射学者并不陌生。它对于完整的器官记录，以提高诊断的信心，确保没有异常情况错过。此外，该系统减少繁琐的标记对于个人是必要的，从而缩短检查时间。但它也有缺点。PACS系统要求正确解释体积扫描。一个较大的声学接收窗口是必要的，因为整个区域或器官会扫描后会损害——不仅仅是一个单独的切片。一些超声系统无法迅速传送的大量数据，造成延误。
3.2.3.1弹性
弹性超声涉及组织弹性性能的测量。周围血管的弹性性能可以产生无创超声成像，特别是颈总动脉，可帮助跟踪早期动脉粥样硬化性疾病。弹性已成为软组织的刚度或应变图像是用来检测肿瘤的一个技术。肿瘤或可疑癌变生长通常比正常软组织背景的刚性高五至十倍。
当机械压力实施时，肿瘤比周围组织的变形范围要小。肿瘤应变也小于周围组织。这一性能可以帮助产生明显清晰的图像。
超声弹性成像使医生可以感知小而更深入的组织硬化——潜在的肿瘤——高达30%以上的准确性。癌病总是包含硬组织，而健康的组织是软的。运用乳腺超声程序，不同的硬组织和软组织使科学家可以确定恶性肿瘤。不同的回波信号在监视器上实时和有颜色的呈现——软组织呈现明亮的黄色和绿色，硬的，潜在的病理领域，呈现深红色。弹性成像结合最新的超声成像技术与老式的乳腺癌检测：触摸。当一个妇女和她的医生对乳腺组织感觉有肿块，她用小力量触及乳腺，这种力量引起乳腺结构发生特性运动。对于规格大于标准尺寸的癌变肿瘤，肿瘤通常感觉像一个硬盘，生硬的块状，几乎像石头或坑。恶性肿瘤有很低的弹性。他们挤压不容易改变形状。正是这种特性，使得弹性成像得以运用。
另一方面，超声弹性成像可以提供血栓的弹性性能信息。由于组织化进程随着年龄增长血栓弹力下降，弹性成像有可能用于对组织的弹性阶段进行判断，从而确定静脉血栓的年限。
3.2.4其他竞争方法
3.2.4.1磁共振成像
超声显像有一些其他医学的竞争成像技术。颈动脉粥样硬化可无症状或可能出现短暂或小中风。但它也可能造成重大的脑中风。初步评估颈动脉涉及超声，这是一个很好的筛选试验。在过去，超声正常的患者在外科手术前需要使用动脉
X 线摄影法。许多外科医生将在MRA之后操作，不使用动脉X
线造影。动脉造影，通常称为冠状动脉造影，涉及注射染料，该染料通过进入血液使得X射线可见。X线图像研究可以筛查是否有动脉损坏。MRA成像可以筛选动脉瘤，动静脉畸形，动脉或静脉闭塞性疾病。常规血管造影却可能仍然确定的诊断治疗方法之一。
超声比磁共振成像和X光检查具有更好的特点，如超声的多普勒运动是其他技术无法提供的。多普勒超声测量回波频率的改变以计算目标的运动。多普勒超声主要用于衡量通过心脏和大动脉的血流速率。
另一个优点，超声可能使系统具备三维能力。三维成像提供了一个更好的检查器官平台。用于早期发现癌症和良性肿瘤；检查在早期阶段的前列腺肿瘤；检查群结肠和直肠肿块；检测乳腺病变可能需要的的活检；观察胎儿评估其发展，特别是检查面部和四肢的异常发展；以及对不同的器官或胎儿血流量的观察。
对于怀孕妇女，核磁共振扫描通常避免在前三个月使用——磁共振成像对胎儿的影响仍有待确定。超声是首选，除非妇女可能对超声存在非常严重的反应，不得不用核磁共振检测。然而，腹部超声成像有一些局限性。由于超声波不会透过空气（声波是被空气或气体反射），超声不是一个对内部检测理想的成像技术。因此，对于检测胃，小肠和大肠可能是有限的。钡测试及扫描方法是在大多数情况下选择内部检测有关的问题的选择方法。肠内气体也可以阻止深层结构，如胰腺和主动脉的可视化。患肥胖症的病人更难形成准确图像，声波进入他们体内会由于组织聚集使信号发生衰减。超声也有困难穿过骨组织，只能看到探测骨外表面结构，而无法探知内部和穿过。磁共振成像可用于骨组织探测。
3.2.4.2X光线照相术
如果胸部X光显示异常，更具体的X射线或其他测试，如电脑断层扫描CT，超声或磁共振成像扫描可能是必要的。心血管疾病的征兆是在冠状动脉处形成动脉粥样硬化斑块外观，阻断血液向心肌供应。传统的心电图提供了一个准确的对出现临床症状的初步疾病诊断。然而，CT，超声，磁共振和正电子发射断层扫描PET成像系统的制造商不断发展新的技术，使得在患者出现临床症状前可以探测斑块的形成及心功能异常。
血管造影用于诊断动脉闭塞可应用于荧光透视法或CT。荧光透视也可以用来指引含造影剂的导管进入脊髓和其他区域，引导清除肾结石，并计划放射治疗规划。这些方法都面临着来自CT，磁共振成像，和超声的竞争。此外，传统的X射线对于软组织、大脑或肌肉成像不太有用。替代成像方式包括用超声测量软组织。
钼靶X线检查是用于诊断不同类型的肿瘤和囊肿。只有乳房X线照相术已被证明是减少乳腺癌死亡率的方法。在一些国家，常规年度乳房X线照相术作为鼓励老年妇女用以筛选和早期诊断乳腺癌的方法。在这个阶段，乳腺X线仍然是筛查早期乳腺癌的迹象的选择方式。在某些情况下超声可作为一种辅助。
乳房X线照相术是专门用来成像和诊断血管疾病的方法，包括大脑和心脏。传统上，血管造影是用来诊断血管病理的方法，如斑块形成的堵塞。然而，放射科医师，心脏和血管外科医生用X射线血管造影来实现微创，对血管和心脏动脉进行手术。诊断血管成像图像经常用CT，超声或MR，而X射线血管造影是作为保留性方法。传统的X射线已经失去了它在一些影像诊断市场的份额，部分是由于多层电脑断层穿透，超声，诊断和其他成像方式的替代作用，可以执行扫描速度更快或提供更好的图像清晰度。
3.3成像标记
医药产业和政府多年研发经费的增加并没有阻止一些新的受到监管部门的批准许可药物数量的下降。同时，药物开发成本继续大幅度增加。一些统计估计，如果加上价格标签，那么平均每个批准的化合物的价格范围是在10亿美金左右。该成本的很大一部分代表了失败的项目。降低失败的项目和缩短确认研发失败的时间可以大大降低药物开发的成本。生物医学成像被广泛认为是在研发过程中可以优化药物和降低失败成本的一个最有前途的方法。成像技术的发展并更好地了解分子和细胞过程提出了一些新的促进药物开发的标记。
有了前所未有的精确细节，新颖的生物标记可以呈现疾病的存在或进展；达到建议药物的效果和毒性标准；和对治疗效果的细胞和分子水平上的反映。行业机构、代理商和监管机构，将这些成像生物标志物作为一个新的方法来改进昂贵的临床试验药物目录中的备选药物，以缩短自身测试，并加快监管机构批准。
增强磁共振成像DCE-MRI可以量化肿瘤内的血流量和渗透性。它有益于诊断，如在乳腺癌和前列腺癌案例中，也可能帮助对血管生成治疗效果的监测。随着血管生成抑制剂获得美国食品及药物管理局批准的数量增多，DCE-MRI的临床需求也越来越多。看来，DCE-MRI增强磁共振成像提供了生物标志物可以迅速响应药理活性的变化，该活动是肿瘤中生成的抗血管化合物，并很容易从动物模型转化为临床试验。
在肿瘤的临床试验中，生物标志物可用于评估新药物的临床药理学，或用于选择或使患者分类。磁共振成像提供了生理生物标记物，和形态学的生物标记。生理生物标记物对于阶段1和阶段2特别有用，用以表明一种新的药物对人的肿瘤有急性药理作用，并探讨剂量。与形态学的生物标记不同，生理生物标志物的反应可能在几个小时或几天的治疗时间后，从而能够调查药动-药效关系。
磁共振成像是对癌症诊断和后续治疗的常规临床检测手段。肿瘤响应通常是对生长特性的典型评估。然而，新的靶向肿瘤血管治疗分子不会对早期肿瘤大小产生效果。目前，功能磁共振成像的概念和技术，用于评估微血管特征和对早期药物作用评估和监测的优化。由于体内检测新的治疗方法首先是在小鼠肿瘤模型上进行，磁共振成像协议必须优化定量评估在高空间分辨率时的功能化生物标记物。此外，分子标记体内肿瘤的成像（例如，细胞表面受体的过度表达）已经成为了诊断和开发新的有针对性的药物的一个新兴的热点话题。研究人员正在优化生物标志物的功能磁共振成像用于无创伤性的肿瘤表征和后续治疗。此外，定量的功能磁共振成像生物标志物可用于临床前的模型研究，该模型与人体的恶性骨组织病变研究相当，可用于病变表征与评价治疗反应。
与此同时，非酒精性脂肪性肝病（NAFLD）的发生，尤其在儿童中呈现上升趋势。不幸的是，肝活检发现脂肪变性，最早的NAFLD指标是危险和昂贵的，而且并不总是精确。威斯康星大学医学院和GE医疗合作将继续发展成像的方法来诊断和量化脂肪。成功的发展磁共振成像生物标记物将提供在病程早期医生介入治疗的机会。
生物标志物成像诊断瘤将有助于血管手术，以减少与传统的侵入性检查方法的风险，如导管插入。三维微超声成像用于非侵入性评价小动物实验是一种新技术，它能够定量测量活生物标本。西大略大学，伦敦大学，加拿大大学的科学家阐释，三维微型超声可以用于小鼠动脉瘤形态的模型的量化。他们通过将几何尺寸与传统的组织学记录结果比较验证了这一方法。
此外，帝国理工学院的研究者们正在进行一项前瞻性的研究，通过研究设计观测超声图像的共同基准和随着时间的推移超声图像随着疾病进展之间是否有相关性。研究人员还想看看超声可以用来作为一工具预测进展类风湿关节炎患者的早期疾病谁没有生物制剂治疗。此外，科学家也希望调查是否超声可用于预测早期类风湿关节炎的进程，这些患者没有做过生物治疗。并且，科学家们也希望调查外周血液生物标志物是否可预测早期类风湿关节炎的糜烂进展，并打算测试最有前途的生物标志物在未来临床试验中的应用。
3.3.1 优化药物开发
一般来说，生物标记物成像的适当应用提供了一个较小的，更便宜的，和更有效的临床前研究和临床试验的应用前景。在疗效方面，它能够对药物化合物的早期有效性作出判断，可以证明化合物已达到和结合其目标部位。这意味着从动物到人类的实验又多了更好的选择，以及减少实验数量和失败成本。生物标志物成像，可以帮助确定治疗响应性，而不只是确认化合物结合靶向目标的情况。成像可以表明治疗目标已经改变，减少，或消除。
高灵敏度成像技术，如超声造影，可以在疾病明显的很早以前确定疾病的迹象。除了改善病人护理，也可以提供化合物对早期阶段疾病有效性的信息。探针可以达到和绑定目标形为图像，它可以提供化合物治疗的一个有效范围，只影响靶细胞和附近细胞。这是对于癌症特别重要，癌症疗法是有毒的，一个主要的挑战是让药物进入大脑跨越血脑屏障达到大脑中。
药物获得许可的标准——临床终端——包括死亡率和发病率。这些都是长期测量指标，测量指标—发病率——有非常主观的成分。生物标记法能产生更快和更客观的实证结果而承诺终端效果，如果验证合格则可以加快临床试验和药物的批准的速度。越来越多的人有兴趣关注新医学生物标志物，尤其是在成像领域，正创造一个新的重点方向和成像研究。这项研究结果是推动新的生物标记物发展的因素。
而且，生物标志物成像极大的承诺了阿尔茨海默病的临床终端效果。更好的改善病人的选择和人类临床试验设计和动物的数据之间关系，以及帮助患者治疗中风。而且，血管内超声成像可确定心血管疾病的标记情况。此外，超声已被用来评估关节炎和提供损伤状况的分数表，这基于糜烂愈合和其他标志性的组织修复情况。
有针对性的超声造影剂可作为分子显像剂观察内皮分子表达——生物标记。在小鼠肿瘤模型中，三个标志物用于肿瘤血管靶向超声造影成像和高频超声成像系统。三个标记物作为跟踪目标：1，VCAM-1，selectins
(P and
E),和血管内皮生长因子受体。目标可以通过结合造影剂的超声成像而确定，对应于肿瘤大小不等3至40平方毫米。根据肿瘤大小不同，靶向超声造影剂肿瘤血管可能导致重大信号增强。每一个有针对性的造影剂可以有其自己在肿瘤的生长过程中的积累水平，表明目标分子的不同表达模式。有针对性超声造影的高频率成像可以提供分子的动力学和定量信息，介绍肿瘤脉管系统概况。这可以开启患者配对治疗的可能性，并可以提供监测疗法是否有预期效果。
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发表于 2012-1-10 23:04:17
