绪论
一、超 声
超声用于医学诊断已超过60个年头,追溯到1880年压电效应的发现,是超声探头工作的基础,1917年逆压电效应的发现,使得超声探测技术得以发展。而真正将超声应用于医学领域是在1942年,奥地利的Dussik研究用超声来探查颅脑的病变,并于1949年成功获取头颅的图像,开创了超声医学诊断的先河。
A超(amplitude-mode ultrasound)是最早应用于临床诊断的一种诊断仪,属幅度调制显示型。探头对人体发射并接收声波,当遇到声特性阻抗不同的界面,便产生反射,探头接收到反射回波,将其转换为电信号,经处理后送显示器显示。A超应用于甲状腺从20世纪50年代开始,仅对甲状腺的囊性、实性病变进行判断。由于它不能直观反映各脏器的解剖特点,对病变的特异性差,到了20世纪70年代已经逐渐淘汰。由于它在厚度或距离的测量上有较高的精度,目前主要应用于眼科测量和诊断。
从A超到B超,这一步走了近二十年。B超(brightness-mode ultrasound)是指用超声探头发射超声波,记录人体内部结构的回波,将回波进行处理而形成灰度图像,以直观反映物体的内部结构,具有实时等优点。B超用于甲状腺的诊断是在1962年,日本的学者对甲状腺肿瘤根据声像图的不同进行了分类,而甲状旁腺的超声检查直到1978年才有报道。随着高频探头的出现及技术改进,尤其是到20世纪80年代彩色多普勒超声的问世,超声在甲状腺及甲状旁腺的应用越来越广泛,目前已成为首选的诊断和筛查工具。
80年代,彩色多普勒超声(color Doppler flow imaging)问世。最初的研究是从超声频移信号中获得心脏瓣膜的信息,它在二维超声的基础上,采用多普勒原理,实时显示感兴趣区域的血流频谱图像,成为一种无创性检查心血管的分流及反流的新技术。而彩色多普勒是将获取的频移信息用计算机进行编码,用彩色色标显像图来表示。Ralls等利用彩色多普勒观察到甲亢病人的甲状腺内部出现丰富的血流信号,把它描述为:“火海”征。随后人们开始研究甲状腺弥漫性病变如:桥本甲状腺炎、Graves病、亚急性甲状腺炎等甲状腺内部及甲状腺上、下动脉血流的改变,良、恶性甲状腺结节内血流频谱参数的差异对鉴别诊断的意义等,使得超声对甲状腺疾病诊断信息不断得到完善。
当然,多普勒血流显像存在一定缺点,即对小血管或低速血流敏感性差。因此,一种借助于造影剂来凸显病变特征的超声技术产生。超声造影目的是利用血流中微泡的共振,所产生的线性或非线性的效应以及强烈的背向散射来取得对比增强的图像。1969年,Gramiak首先提出了超声对比显像的理论,并用吲哚菁绿在心腔内显示了云雾影。第一代的造影剂是游离微气泡,以生理盐水、胶体等无壳气体为主,稳定性差,通常用于右心造影。第二代以包裹空气的血清白蛋白或糖类物质为代表,可以透过肺循环,进行左心显影,缺点是壳薄,易破裂,增强效果不理想。第三代造影剂是包裹惰性气体的新型微泡,具有高散射、低弥散、低溶解性的特点,能在靶器官维持一定的时间及浓度,可以通过冠状动脉,使心肌显影。2001年使用第一代造影剂Levovist对甲状腺内部的彩色血流进行评估,随后又观察良恶性不同病理结节的甲状腺结节的造影增强特点以及时间-强度曲线分析,近年来甲状腺超声造影的研究一直是个热点问题,除了良、恶性鉴别外还包括对肿瘤微血管密度的研究、应用造影来提高细针抽吸细胞学检查(fine need le aspiration cytology,FNAC)的成功率以及三维造影技术的应用等。
医生用“触诊”来感知病变的软硬,从而初步判断它的性质,是否有一项技术来反映这种特征呢?超声弹性成像(ultrasound elastography)应运而生:基于生物组织均具有弹性这一基本属性,而不同组织的弹性系数不同,在施加外力或自身运动后其应变也不同,因而收集被测物体的信号,再以彩色编码成像,来反映组织的硬度。超声弹性成像的概念最早于1991年由Ophir等提出,2005年起应用于甲状腺组织,国内外研究表明其在良恶性病变的鉴别诊断中具有重要价值。针对弹性图的分型,Rago和Asteria等提出的不同的评分法,也是目前较多被应用的。超声弹性成像包括瞬时超声弹性成像、实时超声弹性(RTE)、声脉冲辐射力成像(ARFI)和实时剪切波弹性成像,各有优势和局限性。弹性成像作为一种有效的辅助手段弥补常规超声的不足,被称为继A、B、D、M型之后的 E型超声模式。联合常规超声、超声造影等对甲状腺结节进行多模态诊断是未来的发展趋势。
超声医生从二维超声图像中观察组织器官,在脑海中形成三维立体的画面。随着二维阵列换能器的成功研制,超声从二维世界走向三维。三维超声成像的原理是将连续采集到的二维切面图像经过计算机的处理,按照一定顺序重新排列组成器官的三维图像。一个三维重建体,可以在x、y、z三个坐标轴上观察组织及病变,Fernandez等认为三维超声技术能提供更加丰富的声学信息:较完整地显示整体解剖形态,较精确地测量脏器或病变的体积,进行定量诊断;较准确地显示病变的三维形态与空间位置;可以进行血管三维重建,显示血管三维空间结构与走行;尤其是二维超声不能获取的冠状面更有优越性。21世纪初,Reinartz等将三维超声应用于甲状腺体积的测量;1998年李建国等对正常甲状腺、甲状腺弥漫性病变、甲状腺肿瘤的血管三维图像进行分析。因此三维成像在甲状腺弥漫性病变的疗效评估,结节的良恶性鉴别等方面成为二维超声的重要辅助技术之一。
除了影像学诊断外,超声还能做什么?医学的进步,对诊断提出更高的要求,介入超声的开展正是肩负着这样的使命。1983年介入性超声(interventional ultrasound)正式命名,它的目的是在超声的引导下完成各种诊断及治疗,也是将超声从单纯的诊断转型成了诊断及治疗兼顾。甲状腺细针穿刺细胞学检查20世纪30年代已有报道,1944年Lipton等应用细针穿刺涂片,测量细胞核大小来诊断甲亢;80年代初期,美国细胞病理学家进行了5000多例的甲状腺细针穿刺和细胞病理研究,对各类甲状腺疾病提出细胞病理学诊断标准。目前FNAC结果结合超声检查来判断患者是否需手术治疗,可以避免过度治疗带来的浪费和损伤,这一方法在临床获得广泛的认可。
在甲状腺疾病诊断中,二维灰阶超声和多普勒超声是基础,三维超声、超声造影及超声弹性成像作为新的鉴别诊断技术,具有广阔的应用前景,介入性超声可以提供明确诊断的方法。多种超声技术的联合应用可望进一步提高超声诊断的准确率。
二、CT和MRI
(一)CT
计算机体层摄影(computed tomography,CT)是20世纪70年代的新技术,它是自1895年伦琴发现X线以来的重大成就之一。1971年9月,世界上第一台CT原型设备安装完成,同年10月4日,检查了第一位患者。1972年4月,由英国EMI公司制造的扫描机诞生,这是影像医学发展的重大突破。
CT发展初期经历了四代CT的过程。第一代CT球管为固定阳极球管,为直线笔形束,一个探测器,完成一个层面扫描时间为3～6分钟;第二代CT为小角度扇形X线替代了直线笔形束,探测器增加到几十个,扫描时间缩减为十几秒至1.5分钟;第三代CT球管为旋转阳极球管,较大的扇形束X线,探测器多达几百个,扫描时间为1～5秒;第四代的代表为螺旋CT,探测器多达几千个,固定在扫描机架四周,仅X线球管旋转,床面不断前进,即形成螺旋CT,具有扫描速度快、容积扫描的概念,适用于全身各部位的检查。螺旋CT经历了单排螺旋CT、双排螺旋CT、多层螺旋CT,16层螺旋CT是CT发展历史上的又一个里程碑,使CT的扫描真正达到了容积扫描的概念,使甲状腺及其病变多层面重建成为可能。目前CT的发展已进入后64排CT阶段,能谱的开发成为各大公司的焦点,其中,GE公司开发的“宝石”CT在甲状腺能谱分析上的价值已得到很多专家认可。
因各种甲状腺结节的CT表现具有多样性和重叠性,以及CT扫描速度和造影剂注射速度均较慢,包括医务人员在内的很大部分人群均认为CT在甲状腺病变诊断中的价值不大,故20世纪90年代鲜见甲状腺病变CT方面的报道。21世纪以来,随着多层CT的快速发展、团注造影剂技术的应用和后处理技术的成熟,使得CT在甲状腺病变定性和定位诊断中的优势凸显出来,尤其是在甲状腺癌颈部淋巴结转移与周围侵犯的评估、胸骨后甲状腺病变及巨大病变与周围结构关系的判断等。CT灌注成像技术早已运用于脑、肝脏、胰腺等器官,并得到很多学者的认可,在甲状腺方面,李恒国等在2011年率先报道了甲状腺结节CT灌注的价值,相对其他器官,灌注成像用于甲状腺方面的研究较少、较晚,主要与甲状腺为射线的敏感器官有关。在瘤体大小方面,俞炎平等在2010年首先报道了CT在小甲状腺癌(1.0～2.0cm)诊断中的应用,韩志江等于2012年首次提出通过 CT来判断微小甲状腺癌(≤1.0cm)。需重视的是,目前国内、外甲状腺CT检查技术方面缺乏统一的标准,如增强扫描分几期及延迟几秒扫描,从而造成不同学者报道的结果差异较大,故扫描规范的制定与推广是势在必行的。
(二)MRI
自1980年MRI开始应用于临床以来,MRI已经逐渐从神经系统应用到其他系统,如腹部、骨骼和肌肉、颈部小器官及肺部等。近10年来,有学者开始尝试通过MRI对甲状腺病变进行系统研究,其结果虽然尚缺乏足够的循证医学证据,但与CT比较,MRI的一些优势已经逐渐体现出来,并被临床及影像科医生所认可:①对一些CT不易发现的小囊变很容易显示,表现为T2WI高信号;②对肿瘤出血的发现也要明显地高于CT,并且根据T1和T2的信号特点,推测出血的期龄;③MRI可多方位成像、扫描面广,有利于对颈部淋巴结转移的发现;④小部分甲状腺肿瘤的病人常伴有甲状腺功能亢进,因而不能用含碘对比剂,MRI增强用不含碘的对比剂;⑤MRI动态增强扫描及弥散加权成像在甲状腺和颈部淋巴结病变中的价值已经得到很多学者的认可,并成为影像科目前研究甲状腺方面的焦点。MRI也存在很多不足,尤其是对钙化不敏感,而后者是判断良、恶性病变的重要依据。由此可见,只有充分掌握CT和MRI的优势及不足,取长补短,才能更好地服务于临床。
三、核 医 学
核医学又称原子医学,是采用核技术来诊断、治疗和研究疾病的一门新兴学科。它是核技术、电子技术、计算机技术、化学、物理和生物学等现代科学技术与医学相结合的产物。自1896年Becquerel首次发现放射现象至今,核医学已有一百多年的历史,多位诺贝尔奖获得者如居里夫人(Marie Skłodowska Curie)、海韦希(Hevesy)、Berson、Yalow等人的科学贡献都与核医学的发展息息相关。核医学分为实验核医学和临床核医学两类。实验核医学利用核技术探索生命现象的本质和物质变化规律,广泛应用于医学基础理论研究,其内容主要包括核衰变测量、标记、示踪、体外放射分析、活化分析和放射自显影等。临床核医学是利用开放型放射性核素诊断和治疗疾病的临床医学学科,由诊断和治疗两部分组成。诊断核医学包括以脏器显像和功能测定为主要内容的体内(in vivo)诊断法和以体外放射分析为主要内容的体外(in vitro)诊断法;治疗核医学则是利用放射性核素发射的核射线对病变进行高度集中照射来达到治疗目的。临床核医学与临床其他学科紧密结合并互相渗透,按器官或系统可分为心血管核医学、神经核医学、消化系统核医学、内分泌核医学、儿科核医学和治疗核医学等。20世纪70年代以来随着单光子发射型计算机断层(SPECT)和正电子发射型计算机断层(PET)技术的发展以及放射性药物的创新和开发,核医学显像技术取得突破性进展。核医学显像与CT、磁共振、超声技术等相互补充、彼此印证,极大地提高了对疾病的诊断和研究水平。核医学显像已成为近代临床医学影像诊断领域中一个十分活跃的分支和重要的组成部分。
甲状腺、甲状旁腺是人体重要的内分泌器官。核医学检查对于甲状腺和甲状旁腺疾病的诊断具有举足轻重的作用。体外放射免疫分析测定血液中甲状腺激素的水平、功能试验及核医学显像已成为诊断甲状腺及甲状旁腺疾病的主要手段。核医学显像不仅可以反映甲状腺和甲状旁腺的形态学变化,更为重要的是能够提供有关功能的信息,这是其他影像学诊断方法所不具备的最大优势。无论是哪种甲状腺或甲状旁腺疾病,评价腺体的功能状态都是至关重要和必不可少的。通过甲状腺摄碘率测定、甲状腺和甲状旁腺核素显像等检查,可以实现评估甲状腺摄碘功能、区分甲状腺功能亢进、减退及甲状腺炎、评估甲状腺结节的功能状态、寻找异位甲状腺、探查甲状旁腺功能亢进病灶等诊断目的。
放射性核素用于甲状腺疾病的诊断,是由1934年Fermi发现放射性碘,1938年Hertz以及随后的Ham ilton等应用放射性碘进行甲状腺功能的研究开始并发展起来的。1942年放射性131碘首次用于治疗甲亢。131碘放射出的β射线能选择性地破坏甲状腺腺泡上皮而不影响邻近组织,使甲亢得以治愈,达到类似甲状腺次全切除手术的目的,因此131碘治疗被称为“不开刀的甲状腺手术”。1946年放射性131碘首次用于甲状腺癌的治疗。甲状腺癌近年来发病率呈全球性增高趋势,受到越来越高的关注。绝大部分起源于甲状腺滤泡上皮细胞的分化型甲状腺癌保留了摄碘功能,与正常甲状腺组织相似能高度摄取131碘。聚集在病灶内的131碘可通过发射β射线有效地抑制和破坏肿瘤细胞达到治疗目的。131碘作为治疗分化型甲状腺癌的最佳靶向药物已成为甲状腺癌术后的重要辅助治疗手段。但对于甲状腺髓样癌和未分化型甲状腺癌,由于不具备摄131碘能力,故不适合放射性碘治疗。
(包凌云 陈文辉 赵春雷)