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—————————————————————————————————————————————2011-10-20 16:07:57 新浪博客 姜广策
3.4.1关键的挑战和问题
3.4磁共振成像
虽然磁共振成像系统已在临床市场使用一段时间，仍然有一个一些挑战性的技术问题。磁共振成像系统的制造商不能独自解决面对的许多问题。任何供应商–各种系统零件的供应商–也必须注意和解决这些问题。低场磁共振系统受到磁场强度低的局限性，意味着他们无法执行新的应用，包括磁共振成像乳腺癌，心脏和神经成像。这些应用需要更高的磁场强度。所以，必须努力继续优化已经上市的高场系统，并必须发展这些以及其他新兴领域的应用。
生产开放式磁共振成像呈现更多的趋势，因为他们比封闭的磁共振成像系统具有优势。这些好处包括：减少幽闭恐惧症的病人痛苦，医生更容易使病人进入，以及增加儿童的舒适感。然而，同样重要的是使系统更加人性化，当然，安全仍然是一个最重要的问题。例如，必须注意到那些有心脏起搏器和其他类型的植入物的病人安全。
3.4.1.1更好的线圈设计
在磁共振成像系统使用中总需要对线圈设计的改进。例如，更好的线圈提高上肢的，足及乳腺的分辨率。线圈技术的根本是在接收射频信号，使它能够获得图像。早期磁共振系统使用线性线圈技术。在1990年代，分相排列线圈在市场出现。矩阵线圈提供了一些优势，正在取代分相排列线圈。
分相排列线圈通常涉及四个小表面积的线圈，收到同时但独立的信号。它们用来改善信噪比的同时可以大视野的磁场扫描（FOV）。每个线圈有其自己的接收器，限制各自小视野收到的噪音的数量。该技术的速度取决于快速空间编码的执行速度以及回波数据的获取速度。更快更强梯度增加采集速度和加快图像编码次数。添加多个接收通道并行成像技术将成为可能。
不幸的是，分相排列线圈有局限性。梯度转换步骤和硬件限制梯度切换的速度。这反过来限制内部回波空间的最小间距和减少重复多次回声。单独使用梯度技术提高成像速度是很难改善的。如果目标落在线圈区范围以外，线圈必须重新定位。
矩阵线圈是含有多元素的矩阵线圈，包含一定方向的几个级别。每个级别包含三个线圈元件，在右至左的方向。每个线圈组可以接受的信号方式不同。圆极化（CP）模式是与分相排布线圈成像等效的。它在目标中心获得最大的信噪比。一个RF通道从一个线圈组接收信息，由三个线圈元件组成。在双模式中，每个线圈组有2个RF信道。
这种双模式提高了信噪比和对比噪声比（CNF），特别是在外围。这是因为有更多的线圈单元将接收信号。这种模式还允许并行成像技术以提高速度，分辨率，多切面或覆盖和图像质量。在三重模式，每一组有三个RF信道。这种模式进一步提高信噪比和对比噪声比，特别是在图像的周边。
矩阵线圈优点包括：本地线圈全身覆盖以提高图像质量；不需要病人复位或线圈重新定位，高信噪比；在所有可能的方向并行成像；和更快的工作能力。然而，也有局限性：缺乏先进的软件支持——如果要从更独立的接收线圈需获得更快的额外数据则要有更快的软件支持。独立的线圈数是受磁共振成像系统上可用的接收器的频道数量限制的。
另一方面，3T磁共振成像正越来越多地用于临床儿科，主要由于潜在的改善空间和时间的分辨率。这些可以帮助克服对于儿童成像方面的解剖学，生理学和行为学的挑战。增加的空间分辨率改善对小患者的成像能力，特别是对较小的结构，如内耳，臂下，胆道和血管系统。
高场强成像存在有固有的挑战，即改变T1对比，存在伪信号和安全问题，包括具体的吸收率。其中的一些问题可以随着软件和硬件的进步规避，或通过抑制增加的信号。这些挑战为3T系统创造了机会，为磁共振血管造影MR，动脉自旋标记，功能磁共振成像，磁化率加权成像，磁共振波谱改进提供可能——所有这些都可应用在儿科。全身成像也变得更加实际，由于其扫描能力更快。然而，对于3T系统新生儿大脑和小儿脊柱成像仍具体挑战。有几个因素也限制心脏成像。进一步改进线圈技术和新的序列可以帮助克服这些挑战。
根据科学家Ma，Q.Y.硕士和新泽西时代医疗共同创始人Metuchen医学博士说明，在2008年九月，来自哥伦比亚大学的科学家，哈佛医学院与香港大学报告说，他们创造了一个高温度超导体（HTS）线圈磁共振成像系统。该技术可以大大提高医疗诊断的成像质量，提供幅度大约为300%到500%。线圈对于一些0.2T以上的磁共振成像系统是可用的。马说，新的线圈将增加0.3T低磁场磁共振成像的分辨率至1.5T系统的水平而不增加磁场强度，意味着改进的3T系统不需增加磁场可以达到或超过6T系统的分辨率。
此外，克利夫兰的Tursiop技术公司利用专有的纳米材料发展核磁共振线圈设备，这将产生更高的图像质量和更快的扫描时间，从而显着提高任何安装的磁共振成像系统的功能能力。线圈可以用来穿过磁共振成像系统的整个范围，从低场到高场系统。科学家发现，施加一定的纳米材料——该材料一次建造一个原子——到常规线圈上，能提高线圈的电气性能。纳米材料可大大提高磁共振成像图像并最终可能使制造商可以以较低成本实现较小的扫描。
3.4.1.2优化磁体
磁共振成像磁体是磁共振成像系统中最大和最昂贵的组件。用于扫描仪的磁铁是超导磁体。磁铁的价格在成百上千美元。如何配置有助于确定磁共振成像磁体系统架构和直接解决病人的舒适性，生命周期成本与功能等问题。磁共振成像系统要求的磁铁是由一系列系统需求，技术要求和市场力量结合决定的，再加上需要减少磁性获取成本和总购买成本。购买反过来包括安装，操作和服务。
磁共振成像磁体已经发展到目前的紧凑结构以满足市场需求，更服务于患者的舒适度和降低成本。两个磁体和梯度线圈的磁屏蔽性已显著降低成本和提高功能。磁共振成像制造商已编制优化磁体尺寸以改进系统设计和开发开放式系统。早年的磁共振成像，一个系统的磁铁重量为10吨和12吨，他们过去近2米长度。今天，平均磁重约3.5吨，小于1.56米长度。此外，低温改善了超导磁体可以降低操作和服务费用直至最终用户的成本降至最低。要求更多的物理访问给磁体设计提出挑战，为此需要生产超过永久和耐久磁铁实际磁场能力的更贵的新配置。
磁体相关研究正在继续。西北大学的物理学家已深入了解高温超导体可以使用类似于MRI的技术但获得分辨率高出10000倍的效率，因而公司可以制造这种可能有利于医院的磁共振成像系统。目前，医院使用低温超导于磁共振成像，而高温超导体，一个比较新的发现，可能是一个更好的选择。它们需要较少的冷却，从而降低成本。为了在未来改进技术改进其潜在的应用，科学家首先需要理解这些高温超导体的物理性质，以及在存在非常大的磁域时的表现状况。目的是为了得到更好的分辨率以改善诊断-分辨率更好，分析更详细。
与此同时，西门子的科学家们希望通过新的磁共振成像使他们能够作出新的理解高度和治疗癌症或脑疾病，如阿尔茨海默病和帕金森病。在2008年，在德国海德堡癌症研究中心安装了7T磁场强度扫描——创造了癌症研究的世界记录。一个更强大的磁场强度为9.4T——将近地球上磁场强度200000倍的磁场——2009年德国研究中心由一个磁共振断层扫描仪产生。该系统还包含一个正电子发射断层扫描仪，提供了大脑的代谢过程中详细的图片。
而1.5T和3T磁共振成像扫描仪直到现在只能够对大于1毫米的结构实现可视化，新的扫描显示度比1毫米小得多。断然更大的磁场强度也大大降低了扫描时间。这意味着，例如，代谢或脑的肿瘤可在第一时间直接观察。甚至具有生物活动的单个细胞的行为也可以跟踪。
3.4.1.3提高的产出量，病人友好性
现代的高强磁场共振成像系统能执行平均约40分钟或更少的扫描检查。这是可以计算的核磁共振成像系统通产出量的方法，通过除以扫描时间可用于计算每星期在这一设备上的可进行的扫描成像数量。如果一个设备的每次扫描超过1小时，它可能是由于谨慎的审查而延迟了时间。
如果生产厂商发现用户遇到病人检查时间超长是由于图像质量的问题，这可能是优化新设备提高磁场强度的时机。新型新的高温开放式设备已经投入市场。此外，设备现在扫描更快和有更大的敏感性。制造商继续利用自动化的发展，研发磁共振成像系统使更容易操作使得培训有素的技术人员不需要总去花时间来运行调整。在这一点上，需要提高用户界面和优化软件算法。
3.4.1.4费用和回报
毫无疑问，成本往往是决定购买或磁共振成像系统平台升级的一个关键问题。过去，一般封闭的磁共振成像系统有不等的价格从80万美元经济应用系统（1.5T）到约110万美元的中档磁系统（1.5T），再到约140万美元的高端应用系统（1.5T）。3T封闭系统约200万美元的价格。开放系统价格范围从大约50万美元低场系统（0.2T到0.35T系统），到大约120万美元为中场系统（0.6T到0.7T系统），再到约为200万美元1T高场系统。价格必须下降以帮助市场成长。随着2008经济衰退，价格下降了约15%。
具有较高的强度的磁共振成像设备具有更高的价格标签。行业与供应商可以找到新的技术，使更高的电场强度系统对于客户更经济。
部分促进未来价格和磁共振成像数量的增长的因素是对这一系统的回报程度。少的政府补偿可能导致更少的临床扫描，更少的新系统需要，并最终，降低这些系统低价格。医疗成像机构关注的是美国国会和奥巴马政府准备应付日益上升的医疗支出。许多成像运用者担心政府可能重复最近的历史，大幅度削减成像补偿。他们担心像2005年减少赤字法案再度重复（DRA），当国会削减医疗保险成像服务开支，这已经是较少使用成像和扫描数据的后时代时期。许多人还认为，奥巴马政府可能要削减一些地区的医疗保险成本和医疗补助以腾出资金在其他领域，如扩大护理开支。
在2009年二月，据报道，奥巴马政府向国会提交一项预算，依靠放射行收益来降低成像机构成本，这反映了去年夏天由政府问责办公室（GAO）发布的建议。一个为2010财年的项目预算于2009年2月27日通过白宫送达国会，要求“保证医疗保险制度适当的通过使用放射收益为成像服务付款。”
预算通过使用五年期7000万美元储蓄以及通过运用事先授权10年期2.6亿美元储蓄。
美国放射学院计划在国会建议预算办公室（CBO）可能削减成本政策以影响医疗成像方式。大学政策专家担心报告可能是未来付款削减的起点。国会预算办公室的报告，预算方案第一卷：医疗，发布于2008年十二月。它为奥巴马政府和第一百一十一次代表大会提供包含超过100个政策选择，其中有些是直接针对先进医疗影像服务的。
这些建议包括几个选项：
要求在先进成像服务方面向医疗保险和医疗补助服务中心支付事先授权。
实施特定消费对象。
提高设备利用率以评估使用费用。
国会预算办公室估计，事先授权可以节省医疗保险肥2亿美元10亿美元在5到10年。国会预算办公室还支持事先授权和其他私营部门的手段以容纳消费。医学成像的支持者反对预先授权而建议使用适当的标准和专业认证。在2008年，学校院所通过努力最终通过了患者医疗保险改善和供应商法案2008（HR
6331）。新的规定法要求在2010开始对试验测试的适当性作出标准和并在2012年前强制性认证。2007年儿童的健康和医疗保护法案，由众议院提出，载有分国会授权的可持续增长率公式规定，医疗保险领域在六个不同的类别中使用一个转换因子对医生支付进行管理。国会预算办公室选择，但是，将使成像成为一个具有独自的转换因子的医疗服务类别。运用这一计算体系成像行业将面临每年支付减少5%。
CMS目前计算设备利用率为50%。也就是说，CMS认为所有医疗器械是占医生的办公开放的一半的时间在使用。国会预算办公室建议改变该比率为75%或95%。75%的据说将节省未来10年医疗保险费估计达10亿美元到19亿美元以弥补医疗服务的技术零件损耗。
在美国大学放射学希望看到未来的立法在一个订单输入系统要求使用适当的标准以审查成本和适当的问题，涉及医学影像，不享受放射补助的机构。适当的使用标准可以解决无法控制的医生和病人问题，大学官员说。它也将保留与以往2008年通过的病人医疗保险改善和供应商法案相一致的工作。该法案的预案要求从2010年起试点使用调整的标准。
3.4.1.4.1设备利用效率
2008年十二月一个国会预算办公室的报告提出对医疗影像服务的医疗保险付款政策进行一些变化。该报告列出115个备案以减少，或在少数情况下，增加，联邦医疗开支。备案具体属于医疗成像包括改善设备的利用率和需要先进的影像服务事先批准授权。
该设备利用率基本上是医疗保险和医疗补助服务中心对设备在一个医疗实施时间内运行百分比的评估。根据报告，该利用率是50%，但如果因素是提高了，它会由于更多提供的服务而加快摊销设备的成本，从而导致每次服务有较小的回报。例如，如果该设备的利用率从50%提高到75%，医疗保险将在2010年节省1.3亿美元，从2010到2014年节省9.7亿美元。如果比率提高到95%，医疗保险将在2010年节省2亿美元，以及从2010到2014年节省14.5亿美元。
为支持该备案，国会预算办公室指出，在2006年六月医疗保险支付咨询委员报告国会核磁共振成像扫描仪使用率平均为91%，电脑断层扫描CT的平均使用率为73%。MedPAC推荐在其2009年3月向大会报告时将使用率从50%提高到90%。影像服务是一个容易达到的目标。成像是在越来越多的医疗保健领域支出最快的，政府成像支出从2000年的70亿美元上升为2006年的140亿美元。根据国会预算办公室，即平均年增长率13%。花费在先进的成像程序上如磁共振成像和电脑断层扫描CT的支出增长更快，在美国以一年17%的速度增长。
改进的设备利用率对医疗成像设备回报有最大的影响，对独立影像机构是其次的打击，他们遭受DRA下的费用减少。这种影响变化是如此之大，影响获得成像服务评估，正如在国会预算办公室的报告中提到那样。报告指出，农村从业人员可能会被阻止提供影像服务，因为他们可能不经常使用设备，往往不够偿付其资本成本。
国会预算办公室的报告还提到需要预先核准授权成像服务。虽然不受影像供应商的欢迎，这个概念从政府监管机构开始赢得更多的注意力，他们试图采用前瞻性方式减少成像使用，这是一种比已经测试后降低扫描补偿更好的方案。国会预算办公室的报告指出，私营付款人已经使用预先核准，通过雇佣享有医疗保险优惠的放射科，这样放射福利代表其作为决定是否为一个特定的成像服务批准付款。报告指出，通过实施预先核准医疗保险可以在2011年节省2000万美元开支，以及从2010到2014年节省2.2亿美元开支。
支持者试图亮明观点，大部分成像使用的增长来自于办公室医师自我推介，而非放射科医生则采用成像技术。CMS作了一些努力来解决自我推荐问题，如在2007年通过建立的反对规则，直到2009年才生效。该规则指示，在某些情况下，医生不能通过一个测试要求产生试验费用来从中获益。但例外的规则已经变得如此普遍，许多医生设法逃脱其影响，至少在关于影像服务技术相关的方面。CMS已就此提议修改规则。
另一个可能减少医师自我转介的建议是，要求需要医疗成像的医生群体注册为独立的诊断测试机构（IDTFs）才可以主观判断符合标准。这包括对人员执照，作为监督医生的能力要求，和禁止共享，租赁，或转租设备的规定。有些观察家相信很多非放射性实施做法可能导致停止提供共同成像而不是浪费时间通过作为IDTFs资格。磁共振成像制造商和部件供应商应该继续努力提高效率和病人使用，因为数量和产出量效率可以弥补更低的政策行偿还。
3.4.1.5良好的制造规范
没有针对具体的磁共振成像系统的制造准则。然而，美国食品药物管理局要求所有生产的医疗设备在设计和制造医疗设备时需遵循质量体系条例（良好生产规范）联邦法规法典第820部分第21条。
与X射线医疗诊断技术不同，磁共振成像不使用电离辐射，被认为不那么危险。因为磁共振成像不能被骨阻塞，这特别有益于脑和脊髓线的成像。磁共振成像也有独特的能力获得众多的平面上的图像而无需重新定位病人。可以得到三维重建解剖结构。这些特点使磁共振成像非常有效和成为了软组织成像的重要工具。
然而，有一些参数可以影响磁共振信号，并且元器件厂商应该了解这些影响。某些患者体内植入器件，如不同品种的颅内动脉瘤夹禁忌磁共振成像，由于扭矩和位移产生的系统结果可能撕裂软组织。其他植入物，如某些心脏起搏器，是众所周知的即使在相对弱磁域功能也不稳定。对于心脏起搏器，磁共振成像是列为禁忌。植入心脏起搏器的个人，不论是否受起搏器影响，禁忌进入磁共振房间或在5高斯扫描线周围以内。一般，带有任何类型的电，磁或机械活跃设备—如心脏起搏器，神经刺激器和输液泵——应保持在5高斯扫描线周围以外。
磁共振成像元件供应商和MRI组装厂应该知道，成型或弯曲的材料可显著改变其磁特性。这些变化可以非常明显，而散装材料可能最初是磁惰性的，它一旦形成一个医疗设备后可能经历的扭矩和反转力量不够导致引入磁共振环境时存在安全隐患。因此，所有设备完成最终产品生产时对强静磁场的抵抗性应该测试。
另一方面，电流可能诱发导电金属植入物，如患者颅骨板和髋关节假体。当病人使用磁共振扫描时发生导电，没有循环导体特别重要。导通的携带导体或设备，如用于脊柱固定装置光环，可以接受射频能量，产生感应电流，加热材料。结果可能潜在的严重烧伤病人。为进一步降低潜在烧伤，建议从病人的磁体孔热绝缘隔离导电材料。
3.4.2超声
今天超声制造商面临许多挑战。这些一般涉及提高图像分辨率，同时保持可承受性基础上的系统扩展。提高图像的质量和发展消毒传感器可能对某些程序有助于节省成本，如腹腔镜手术。
超声苦于缺乏标准化的扫描协议，与CT和MR相比，不容易通过恒定的记录重复性的评估研究结果。总是需要在传感器技术方面改进。还需要优化重建算法和用简单的方法来分析数据。此外，商业可用性的超声造影剂对于超声用户构成挑战。需要确定试剂对应的最相关的临床应用，也包括如何利用超声技术对比用于，例如，提高对比组织的检测。此外，超声的声誉受到放射性使用者诟病，受制于其低偿还性和和缓慢的技术进步。慢节奏的技术进步与其他方式相比是不利于在该领域的专业化的。研究人员寻找新的技术作为新发现和理论成就的突破口，而这种机会可能超声技术是缺乏的。
大型肿瘤出现了可能无法克服的技术挑战，即使最先进的内窥镜检查法也无法解决。大型肿瘤存在于溃疡，隐窝深处，并包含空气。任何处于被困空气的深处结构使探针无法达到而不能超声成像。探针附近的溃疡地区的粘膜被视为回声信号，它伴随一个深色阴影，和在该地区的溃疡深处的典型空气。大型肿瘤对于高频扫描也面临有限的渗透等问题，有时候他们不能被全面评价。其深度大于高频超声在超声内镜中相对有限的渗透。实际上，这些地区没有被检查，因此没有超声信息可以产生。改进超声技术可以用在这方面，这些肿瘤可以拍摄。
诊断超声的相对安全性已收到了大量的关注。至少需要保证的是，超声换能器和超声系统正常运作的安全性和疗效应事先检查。因此，随着阵列数组元素降低潜在的误诊增加。过去的关注重点聚焦于预防性超声系统的本身维护，往往很少关于测试探针。随着引进先进的传感器阵列传感器技术变得更加复杂，更需要准确和定量评估探针的功能。较新的空间复合加工等技术严重依赖于一个功能齐全阵列以产生高分辨率没有杂音的图像。
只有在128元阵列中有连续两个无功能点阵可负面影响任何检查的整体质量和临床疗效。六个或更多的无功能点阵将极大地改变功率强度模式，造成相应的图像、超声的多普勒敏感性，峰值速度和流动方向损失。
制造商及其零部件供应商应调查新技术，这将有助于有效地测试传感器性能参数，以实现可重复的，可靠的，有成本效益的，和定量的模式。
3.4.2.1造影剂
超声图像可通过使用造影剂提高效果，虽然这些功能原理不同于使用造影剂的其他成像方式，如X射线。造影剂吸收X射线的能力是提供一个良好的图像的决定性因素。超声，造影剂的目的是增加折射和反射超声波。一个办法是由成千上万的小气泡组成造影剂，每个气泡反射声波。大小小于10μm的小小气泡是通过在一个可生物降解壳稳定。没有这个壳，气泡会只稳定几秒钟，不稳定的泡沫会很快合并成较大的气泡。除了对病人有潜在的危险，大气泡有不同和不适合的反射性能。通过填充血流的超声造影剂有可能显著增加从血液充满心腔的反射，使显示器上分室的图像可以清楚地与那些心肌肉本身区别。
一个区域的紧张感涉及到灌注心脏超声造影的发展，使心脏病的测量可以显示心脏肌肉被局部血液供应的情况和评估心脏功能。这将使超声可用于诊断心肌梗死。健康的心脏肌肉接收丰富的血液供应——对比媒介——显示浅颜色，而心肌部分，得到很少或没有血供则保持黑暗。
行业和学术专家看到超声未来作为一种心脏病和功能异常的成像工具。超声灵敏度和灵活性使它成为最敏感的微泡成像方法，因为它主动打破模式和产生非常强和高度特征的瞬态效应。德国AG公司与其他公司进行研究几种使用超声气泡实现体内分子成像的类型。该手段和技术满足理想分子级别的显像剂的要求，由于其有高度的特异性，快速接近目标（可以检查不久后即开始测试，安全性，和高信噪比的比率。
商用超声造影剂面临新的挑战。人们不断需要确定最相关的临床应用性，以及如何利用现有的超声技术对比产生最大的细节。一些限制超声成像的规定使可应用造影剂，包括具有高浓度空气泡流体的减少。
一些超声造影剂已获监管机构批准，包括Levovist（拜耳先灵制药），Optison（GE医疗），Definity（Lantheus医学成像）和SonoVue（布拉科诊断）。在2008年四月，Acusphere已提交美国食品和药物管理局一个新的成像药物。
3.4.2.2病人大小
超声似乎是受的肥胖影响最严重的方式。从多少肥胖程度开始妨碍医生正确地使用诊断成像设备诊断没有被定义。但敏感的超声设备显示随着身体体型的大小增加，图像质量呈现降低趋势。设备是越来越好，因此医生可以看到更多，但如果患者肥胖仍有限制。因为声波的物理学特性超声系统对病人的大小更敏感。声波传播通过的组织越多，声波反射回来的回声越弱。
在超声系统中，脂肪厚度和波束衰弱程度之间有一个几乎直接的关系。一个提高测试质量的常见技术包括通过推进探针深入皮肤降低目标深度。为了解决影响肥胖患者的超声问题，东芝公司是商业化鉴别组织谐波成像市场化的公司之一，其目的是改善图像分辨率和允许在肥胖患者或难以成像部位更大的渗透。
肥胖，尤其是病态的肥胖，大大限制了超声检查胎儿的可视化。肥胖会继续引起保健专业人员关注，尤其是因为胃绕道手术促使肥胖的患者更多地求医。对于肥胖的人，超声束不能达到器官或让他们充分正确的成像。图像看起来像暴风雪。虽然许多肥胖患者意识到他们的状况使他们处于心脏病，癌症，糖尿病危险，他们仍然不知道体型大小可以大大影响诊断和治疗的规划，这应该由超声零部件制造商解决。
待续
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发表于 2012-1-11 23:05:12
