时间:2023-10-07 08:53:59
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无论是门诊医生和护士的应用终端,还是放射科大夫所需要的强大的3D图像后处理工作站,都需要安全稳定、高效兼容的应用终端作为支持。而惠普工作站凭借30多年的研发经验,秉承“专业、创新、绿色”的理念打造的由惠普Z系列台式工作站和EliteBook W系列移动工作站组成的惠普工作站医疗行业解决方案,能全面满足医院不同业务的应用需求。
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总部设在美国的ViTAL Images公司20年来一直专注于医学影像后处理软件的研发,与东芝医疗全球战略性的合作,使得ViTAL产品能够更完美地贴合高精尖CT硬件的应用,且一直走在世界前列。多年来, ViTAL坚持为用户提供一流医学影像后处理工作站产品,惠普工作站以其卓越的性能和领先世界的尖端科技,一直是ViTAL产品高效稳定运行的首选平台。
“ViTAL公司的设计和研发的宗旨,始终致力于让放射科医生用最快捷、最简单的方式完成复杂、繁重的影像处理工作。”ViTAL中国区总经理郭欣亮先生表示,“ViTAL与惠普工作站的合作从早期的产品开发、测试环节就已经开始,惠普工作站的快速稳定和兼容性是ViTAL高性能后处理工作站系统的基石,也是我们全球战略合作的根本。”
北京某大型心血管病专科医院的放射科大夫也曾坦言:“日益增加的病人和扫描数据使我们需要存储和处理的数据成倍增长,这一切都对数据存储和图像处理设备提出了及其严格的要求。ViTAL后处理工作站系统操作简单,加上惠普工作站的稳定兼容,免去了我们对处理设备的后顾之忧,也节约了时间,从而让我们将更多的时间和精力用于为病人服务。”
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【关键词】 小鼠; 神经行为学表现; morris水迷宫; 主成分分析
effects of early postnatal exposure to mtolyl methylcarbamate on spatial learning and memory ability of mice zhang qian, wang qunan, xia yubao, wang zhigang, zhang qingdong. department of toxicology, anhui medical university, hefei 230032, china
【abstract】 objective to observe the effects of early postnatal exposure to lowdose mtolyl methylcarbamate (mtmc) on neurobehavior and spatial learning and memory ability in adolescent and early adult mice, and to dertermine when to affect this ability. methods icr mice pups randomly divided into 5 groups received intraperitoneal injections (i.p.) of different doses of mtmc (5 mg·kg-1,0.5 mg·kg-1,0.05 mg·kg-1), dmso solution and normal saline respectively every other day during postnatal days (pnd) 3~13. the general physiological condition and neural development of mice during experiment were evaluated, and a battery of tasks, i.e. holeboard test, beam walking, open field, morris water maze (mwm), was used to assess their neurobehavior and spatial learning and memory ability in different time. results scores were negatively correlated to the doses of mtmc by spearman rank correlation analysis in beam walking on pnd60 (rs=-0.418,p<0.05). there were no significant differences among all groups in holeboard test and open field. numbers of platformsite crossovers in probe phases of mwm procedure immediately after learning phases and next day about on pnd60 were negatively correlated to the doses of mtmc by spearman rank correlation analysis (rs=-0.361 and -0.277,p<0.05). time in the target quadrant in probe phases of mwm procedure about on pnd90 were negatively correlated to the doses of mtmc by spearman rank correlation analysis (rs=-0.390,p<0.05). noteworthy, principal components analysis showed that spatial learning and memory performance may not be related to performance in any of the three sensorimotor tasks. conclusions postnatal early exposure to mtmc may affect spatial memory ability at least in adolescent mice, which would be the critical cues for the damage of spatial memory ability in adult mice.
【key words】mice; neurobehavioral manifestations; morris water maze; principal components analysis
氨基甲酸酯类农药是继有机氯、有机磷类农药之后发展起来的一种高效、广谱型杀虫剂,农业上广为应用,它们与有机磷类农药一样,能够抑制神经末梢乙酰胆碱酯酶(ache)的活性[1],从而影响神经传导。以往的研究显示接触氨基甲酸酯类农药有一定的发育毒性[2,3],但是对于慢性接触后的神经发育毒性尤其是对神经行为方面影响的研究甚少。速灭威(mtolyl methylcarbamate,mtmc)是目前我国最常用的氨基甲酸酯类农药之一,本小组以前的研究显示[4]出生后早期有限次数接触速灭威对小鼠成年后的空间记忆能力有一定损伤,但损伤发生的时间尚不明确。本次研究选用成组的神经行为学实验,观察出生后早期接触速灭威对小鼠青春期和成年早期神经行为以及空间学习记忆能力的影响,以期探明其发生早期影响的时间。
1 材料与方法
1.1 试剂和仪器 速灭威(纯度99.8%)、二甲基亚砜(dmso)、硫代乙酰胆碱(asch)、5,5-二硫二硝基苯甲酸(dtnb)均购自sigma公司,洞板实验装置和morris水迷宫装置及程序均购自中国药物研究所。
1.2 实验动物及处理 清洁级icr小鼠(8~10周,30~32 g,26~28 g)购自安徽省动物中心。实验前适应性喂养1周,按2∶4(∶)于pm 9:00合笼,次日am 7:00检查阴栓。仔鼠出生后(postnatal day,pnd),每窝仔鼠调整为10只,同时将每窝小鼠随机分为5组:速灭威高、中、低剂量组(5 mg/kg、0.5 mg/kg、0.05 mg/kg),溶剂对照组(dmso)和生理盐水对照组(ns)。每个剂量组内尽量保持雌雄各半。小鼠出生当天定为出生后第0天(pnd0),然后于pnd3、5、7、9、11、13 定时进行腹腔注射染毒,染毒体积为每克体重2 μl,要求注射部位无炎症表现。待仔鼠断乳(pnd21)后,雌雄分笼饲养,每笼4~5只,自由饮水饮食。专人定时监测仔鼠体重,观察其生长发育情况,并进行神经行为学实验。实验期限为pnd0~pnd98。
1.3 行为学实验 包括青春期(~pnd60)和成年早期(~pnd90)两次行为学测试。
1.3.1 洞板实验 在50 cm×50 cm平板上有16个直径3.0 cm的小孔,将小鼠置于板中央,电脑程序自动记录90 s内小鼠的探洞次数。
1.3.2 平衡木实验 在直径120 cm的铁水盆上(内盛有水)放置一根直径1 cm的金属杆,两端设有平台,并固定于水盆边缘。将小鼠放于金属杆中央,观察60 s,视小鼠在杆上移动的距离评分:60 s内从杆上落入水中记为0分;自中央到两侧±15 cm内移动记为1分;自中央到两侧±30 cm内移动记为2分;自中央到两侧±60 cm内移动记为3分;到达两端任意平台者记为4分。每只小鼠测试3次,取其平均得分。
1.3.3 旷场实验 参照文献[5]描述,设计一个旷场程序来测定小鼠的自主探索运动活性和焦虑性。将小鼠置于旷场箱内,让其自由探索3 min,记录小鼠跨越的潜伏期、跨越格子数、站立次数、排便颗粒数以及捋毛次数。每次实验前75%乙醇清除前只仔鼠气味,擦拭干净,乙醇挥发完全后进行下一只动物测试。
1.3.4 morris水迷宫实验 检测小鼠空间学习记忆能力,包括定位航行实验和空间探索实验两部分[6,7]。本水迷宫为一直径120 cm,高50 cm圆形水池,等分为ⅰ、ⅱ、ⅲ及ⅳ象限,在ⅳ象限中间距边缘25 cm放一低于水面1 cm的平台。迷宫上方安置摄像机,用中国药物研究所研制的morris水迷宫程序采集实验数据。训练期间迷宫外参照物不变,水温恒定(21±1)℃,定位航行共进行6 d,每天训练4次,每次小鼠于池边4个固定点面向池壁入水,允许寻找90 s,找到后在平台上保持15 s,如找不到,则引导到平台上保持15 s,每天入水顺序随机改变,记录小鼠登台潜伏期。最后一天定位航行结束后(d6)和次日(d7)进行空间探索实验:撤去平台,小鼠在第ⅱ象限入水点,其余条件不变。记录小鼠入水后60 s内在各象限区的游泳时间和穿越平台位置次数。
1.4 统计方法 文中结果均以±s表示。对于morris定位航行实验的登台潜伏期,采用两因素(性别与剂量组)重复测量方差分析[8],其余资料均采用两因素方差分析。由于染毒剂量资料不符合正态分布,故两变量间的相关分析采用spearman秩相关。为了分析各实验指标之间的关系,采用主成分分析。由于定位航行实验中登台潜伏期在前3 d下降很快,故分别用前3 d和后3 d的平均潜伏期作为变量进入主成分分析。检验水准设为0.05,所有统计分析均在spss 13.0软件中进行。
2 结果
2.1 mtmc对小鼠体重的影响 小鼠出生后各时点体重在各剂量组之间和性别之间无统计学差异(p>0.05)。
2.2 mtmc对小鼠神经行为的影响
2.2.1 洞板实验 pnd60和pnd90各剂量组之间和性别之间均没有统计学差异(p>0.05),其中pnd60时探洞次数见表1。
2.2.2 平衡木实验 pnd60时各剂量组之间和性别之间没有统计学差异(p>0.05),spearman等级相关分析显示,平衡木得分与染毒剂量之间呈负相关关系(rs=-0.418,p<0.05),见表1。至pnd90时,雌雄各剂量组之间和性别之间均无统计学差异。 表1 各剂量组pnd60洞板实验和平衡木实验结果
2.2.3 旷场实验 其中潜伏期和跨越格子数反映自主活动能力,站立次数、排便颗粒数和捋毛次数则反映焦虑情绪。pnd60和pnd90时各指标在剂量组之间和性别之间没有统计学差异(p>0.05)。但小鼠跨越格子数在pnd60时明显高于在pnd90时(p<0.05),见表2。表2 pnd60和pnd90时各剂量组旷场实验中跨越格子数比较note: *p<0.05 vs mean of pnd60
2.3 mtmc对小鼠空间学习记忆能力的影响
2.3.1 morris定位航行实验 随着训练天数的增加,各组小鼠登台潜伏期逐渐缩短,且每个剂量组内各训练日之间有统计学差异(p<0.01),表明各组小鼠经多次学习训练后均已学会寻找平台;但每个训练日时的剂量组之间无统计学差异,说明出生后有限次数mtmc染毒对成年后小鼠的空间学习记忆能力未造成影响,见图1。至pnd90时,各剂量组小鼠在各时点的潜伏期均有所下降,这可能是由于小鼠存在一定参考记忆而引起的。
2.3.2 morris空间探索实验 比较各组小鼠的空间游泳轨迹图(图2)可以看出:对照组小鼠的运动轨迹多集中于第ⅳ象限;染毒组小鼠的运动轨迹则随机分布于各个象限,且剂量越高,轨迹的边缘化越明显。青春期和成年早期空间探索实验的第iv象限时间百分比和穿越平台位置次数在各剂量组之间和性别之间均没有统计学差异(p>0.05)。青春期spearman等级相关分析显示,d6和d7时的穿越平台位置次数与染毒剂量之间均呈负相关关系,且两相关系数之间无统计学差异(p>0.05),说明mtmc染毒对小鼠的工作记忆和参考记忆均有一定影响。至成年早期时,spearman等级相关分析显示,d7时的第iv象限时间百分比与染毒剂量之间呈负相关关系,说明mtmc染毒对小鼠成年早期的空间记忆能力也有一定影响。结果见表3、4。
2.4 pnd60小鼠神经行为学指标的主成分分析 检验变量间偏相关性的kmo统计量为0.651表3 各剂量组pnd60时morris空间探索实验结果表4 各剂量组pnd90时morris空间探索实验结果note: *a mouse was lost in ns control(>0.5),且球形检验中p值小于0.001,说明选择的变量适合主成分分析。本分析根据特征根的大小提取出5个主成分(因子),见表5。morris水迷宫定位航行和空间探索实验中各变量主要贡献于第一主成分,而且它们的因子负荷值相反。洞板实验中的探洞次数和平衡木实验中的得分分别进入第三、五主成分;旷场实验中潜伏期、跨越格子数、站立次数和捋毛次数对第二主成分有贡献,其中潜伏期和其他指标是以相反的因子负荷进入的,而排便颗粒数则对第四主成分有主要贡献。表5 pnd60小鼠神经行为学实验的主成分分析note: *the rotated method used was varimax with kaiser normalization, loading less than 0.20 were omitted. aloading higher than 0.5
3 讨论
本研究从小鼠出生后到断乳,直至青春期(~pnd60)和成年早期(~pnd90),动态观察了出生后早期接触mtmc对小鼠神经行为,特别是空间学习记忆能力的影响。mtmc染毒对出生后小鼠体重没有影响。在青春期的平衡木实验中,虽然各染毒组与对照组比较,在得分上未显示有统计学差异,但染毒剂量与得分之间有呈现出负相关,提示染毒对小鼠的感觉运动能力有一定影响。在旷场实验中,尽管在青春期和成年早期各指标在性别和剂量组之间均未发现有统计学差异,但是反映自主活动能力的跨越格子数在pnd60时明显高于pnd90时,提示年龄因素可能对染毒小鼠的神经行为有一定影响。
morris水迷宫定位航行实验是评估啮齿类动物空间学习能力的经典程序。在青春期,随着训练天数的增加,各组小鼠的登台潜伏期逐渐缩短,表明各组小鼠都具有通过学习找到平台的能力;但各剂量组之间直至成年早期(~pnd90)时均无统计学差异。结合以前的研究[4],到pnd120时各时点登台潜伏期在组间仍无统计学差异。这说明出生后早期接触mtmc对小鼠至少到成年期(~pnd120)的空间学习能力尚未造成影响。
morris水迷宫空间探索实验可以评价啮齿类动物空间记忆能力,其中定位航行结束后(d6)的空间探索主要反映其工作记忆或试验依赖性记忆,而结束后次日(d7)的空间探索主要反映其参考记忆[7]。在青春期空间探索实验中,随着剂量的升高,小鼠在d6和d7时的穿越平台位置次数均有减少的趋势。到成年早期时,d7时的目标象限(ⅳ象限)时间百分比随染毒剂量升高也呈下降趋势。直到成年期(~pnd120)时,在目标象限游泳时间百分比和穿越平台位置次数显现出统计学差异[4]。这提示出生后早期接触mtmc导致的小鼠成年后空间记忆能力损害的进展过程较为隐匿,但在青春期(~pnd60)已经开始出现线索,即表现出了其工作记忆和/或参考记忆能力的下降趋势。
主成分分析(因子分析)以往被应用于区分老年鼠不同学习记忆实验测量因子的研究[9]。近来,chen等[10]又将其应用到区分不同学习记忆实验和基于感觉运动及焦虑实验的测量因子研究中。本研究中显示,morris定位航行实验中登台潜伏期与空间探索实验中各指标以相反的因子负荷同时进入第一主成分,且解释了总变异的27.43%;反映自主活动能力的探洞次数与反映感觉运动能力的平衡木得分分别出现在第三、五主成分中,旷场实验中反映自主活动能力的潜伏期和跨越格子数以相反的因子负荷出现在第二主成分中,这提示洞板实验和旷场实验可能检测了自主活动能力的不同方面。同样,反映焦虑情绪的站立次数、捋毛次数与排便颗粒数分别出现在第二与四主成分中,可能也是焦虑情绪在不同方面的表现。这提示出生后早期有限次数接触mtmc后的小鼠空间学习记忆能力可能不受其自主活动能力和感觉运动能力以及焦虑情绪的影响。
综上所述,出生后早期有限次数接触速灭威导致小鼠成年后空间记忆能力损害,在青春期时已经开始出现工作记忆和/或参考记忆能力下降的信号。
【参考文献】
[1] cambon c, declume c, derache r. foetal and maternal rat brain acetylcholinesterase: isoenzymes changes following insecticidal carbamate derivatives poisoning [j]. arch toxicol, 1980,45(4):257262.
[2] rath nc, huff we, huff gr, et al. induction of tibial dyschondroplasia by carbamate and thiocarbamate pesticides [j]. avian dis, 2007,51(2):590593.
[3] holy j. chlorpropham [isopropyl n(3chlorophenyl) carbamate] disrupts microtubule organization, cell division, and early development of sea urchin embryos [j]. j toxicol environ health a, 1998,54(4):319333.
[4] 王志刚,王取南,张玉媛,等. 出生后早期接触速灭威对小鼠神经发育的影响 [j]. 安徽医科大学学报, 2007,42(6):652657.
[5] deacon rm, croucher a, rawlins jn. hippocampal cytotoxic lesion effects on speciestypical behaviours in mice [j]. behav brain res, 2002,132(2):203213.
[6] morris r. developments of a watermaze procedure for studying spatial learning in the rat [j]. j neurosci methods, 1984,11(1):4760.
【关键词】护理干预;老年;高血压;治疗依从性
高血压在我国老年人群中为常见的心血管疾病,能够诱发严重的心脑血管疾病,是造成脑卒中、冠心病以及心肌梗死的最主要原因[1]。近年来,随着人们生活水平的不断提高,我国老年人群中高血压发病率也呈逐年增长的趋势。目前,临床上主要通过长期口服降压药进行高血压疾病的控制。本文选取我院2012年5月――2013年5月收治的120例高血压老年患者为研究对象,探讨分析护理干预对老年高血压患者出院后治疗依从性的影响,报告如下。
1资料与方法
1.1一般资料选取我院2012年5月――2013年5月收治的120例高血压老年患者为研究对象,其中男85例,女35例;年龄58-85岁,平均(66.5±3.4)岁;所有患者均符合世界卫生组织制定的高血压诊断标准,即收缩压≥160mmHg,舒张压≥95mmHg。其中Ⅰ期高血压患者50例,Ⅱ期45例,Ⅲ期25例。将120例患者随机分成A组与B组,A组患者50例,B组患者70例,两组患者在年龄、性别、病情分期等方面比较,差异无统计学意义(p>0.05),具有可比性。
1.2方法A组50例患者给予常规护理;B组70例患者在常规护理基础上给予治疗护理干预,具体护理措施见下。
1.2.1心理护理护理人员要积极了解患者心理特点,关注高血压老年患者的心态变化,耐心倾听患者的倾诉,采取针对性的措施对患者进行及时心理疏导,使患者正确认识服药期间的药物毒副作用,减轻患者心理负担,消除患者及其家属的疑虑,帮其建立战胜疾病的信心。
1.2.2临床用药护理针对老年患者的具体情况合理用药,老年人由于机体的逐渐退化,其记忆力也相应的减退,在服药时容易造成漏服或者错服情况,故护理人员在确保高血压药物药效的前提下,尽量减少医源性对患者用药信心的损害,根据患者的血压水平等综合考虑后适当减少药物种类、服用剂量以及服用次数,减少患者服用不良反应发生率;护理人员要建立和患者及其家属的良好关系,在患者用药前要向患者及其家属宣讲使用降压药进行治疗的必要性以及长期治疗的重要性,提高患者对高血压相关知识的认知,改善患者治疗心态,从而提高其治疗的依从性。
1.2.3临床护理对策在如何提高患者服药的依从性方法上,护理人员可以综合考虑,可以自制一些较醒目的标签,如较大的红色字体标签等贴在药瓶上和患者明显能看到的地方,以提醒患者按时服药;可以采用闹钟或者饭前便签等形式提示患者按时服药,逐渐帮助患者养成规律服药的习惯;对于发生面部肌肉麻痹症状的患者,其口腔内容易残留药物,在患者服药后要及时对其口腔进行检查,避免漏服的情况发生;对于部分容易发生误咽的患者,可以先帮其将药物碾碎后放在水中溶解后给予其口服。
1.2.4日常生活护理根据高血压患者的疾病特点,帮助患者建立良好的生活习惯。高血压患者的日常饮食尽量要保持清淡、低盐低脂肪,少食用动物脂肪以及含有高胆固醇食物,多食用含维生素较高的水果、蔬菜,叮嘱患者戒烟戒酒,平时进行适当的锻炼,规律作息。
1.3评价标准根据患者住院期间以及出院后6个月的用药情况评价依从性:按医嘱定时、定量服药;遵医嘱合理进食、作息及合理锻炼身体;定期进行随访调查、按时复查。以上3项均符合的为依从性良好,少于3项的判定为依从性差[2]。
1.4统计学方法采用SPSS17.0统计软件进行数据分析,计数资料采用t检验,X2检验,P
2结果
A组50例患者在住院期间依从性良好的有49例,占98.0%,出院后半年依从性良好的有40例,占80.0%;B组70例患者在住院期间依从性良好的有70例,达100%,出院后半年依从性良好的有69例,占98.6%。A组患者与B组患者在住院期间依从性相比,差异无统计学意义(p>0.05),但是在出院后半年内,B组患者依从性明显较A组高,差异具有统计学意义(p
3讨论
老年高血压患者的用药依从性较差,其原因主要是由于老年患者的记忆力逐渐减退,其认知分辨能力逐渐减退,故常常导致患者出现对降压治疗药物的名称、使用剂量、服药时间、使用方法等记不准确;患者家属对患者的督促工作做不到位,不能及时督促患者按时按量进行服药而造成误服、漏服和多服的情况;临床用药剂量、用药次数的增加,容易造成患者过量服用或者服用量过少等情况,血药的控制效果不理想等都能对患者坚持用药情况产生影响。另外,服用的一些药物会产生一定的毒副作用,会引起患者发生头晕、恶心呕吐、嗜睡以及低血压等不良反应[3],给患者的生活质量产生较大的影响,这会导致患者对药物服用的畏惧心理,故也会表现出较差的依从性。
本研究中,护理干预组患者在住院期间均表现出较良好的治疗依从性,出院后半年依从性良好的占98.6%。这充分说明了对高血压患者实施积极有效的护理干预和日常生活指导,能够逐步提高患者的自主用药意识,显著改善患者的治疗依从性,对患者的预后改善具有较为重要的临床意义,值得推广应用。
参考文献
[1]叶永秀,丁丹晨.社区护理干预对老年高血压患者治疗依从性的影响[J].齐鲁护理杂志,2011,5(5):56-58.
【摘要】 目的 探讨缺血预处理(IP)对大鼠肝移植缺血再灌注(IR)损伤后肝CyclinD1和CyclinE表达的影响,以了解移植肝再生能力和功能不良的影响因素。方法 将SD大鼠90只随机分为缺血预处理组(IP组)、对照组(OLT组)和假手术组(SO组)3组;用全自动生化分析仪来检测肝功能;通过免疫组化S-P法来测定移植肝CyclinD1和CyclinE的变化。结果 对照组中大鼠移植肝缺血再灌注损伤后血清中丙氨酸氨基转移酶(ALT)、天冬氨酸氨基转移酶(AST)明显升高,CyclinD1和CyclinE的百分含量较低,提示移植肝细胞再生不良;实验组经缺血预处理后血清中ALT、AST稍升高,幅度
【关键词】 大鼠肝移植;缺血再灌注;缺血预处理;CyclinD1;CyclinE
【Abstract】 Objective To approach expressed influence of CyclinD1 and CyclinE in period of ischemia-reperfusion(IR) post injury of liver transplant by ischemia-pretreatment (IP) in rat, with a view to comprehend influence factor of transplanted liver regeneration capacity and dysfunction.Methods Ninety SD rats were randomly pided into three groups:ischemia-pretconditioning group (IP group),control group (OLT group) and sham operation group (SO group);to detect hepatic function by automatic biochemistry analyzer;to determine changes of CyclinD1and CyclinE of transplanted hepatic cell by immunity histochemistryS-P method.Results Serum ALT,AST obviously stepped up of control group rat of transplanted liver ischemia-reperfusion postinjury, percent content lied low comparatively;to hint dysregerated of transplanted hepatic cell.Serum ALT, AST sightly heighten, and content little to control group,in experiment group rat of being ischemia-pretconditioned, percent content express quite hight,to hint transplanted hepatic cyothesis active.Conclusion Ischemia- pretconditioned can switch on corresponding mechanisms of endogenous conserve transplanted liver,be able to promote synthesis of CyclinD1and CyclinE,to stimulate hepatocelluar multiplication and regeneration.
【Key words】 rat transplanted;ischemia-reperfusion;ischemia-pretconditioning;CylinD1;CyclinE
缺血再灌注(IR)损伤普遍贯穿于肝移植始终,它是临床上肝移植术后原发性移植物无功能的首要因素。Sasaki等证实IR损伤可使鼠移植肝细胞凋觯?],近年来的研究也表明肝脏再生能力的大小也是IR损伤后移植肝功能恢复的关键环节。缺血预处理(IP)是公认的对肝脏IR损伤有保护作用[2]。为研究移植肝IR损伤程度与肝细胞再生能力的关系,本实验以移植肝IR损伤后CyclinD1和CyclinE的表达作为细胞增殖指标,以检测IP对IR损伤后移植肝细胞增殖的影响,从而进一步探讨肝移植术后肝功能不良的原因。
1 材料与方法
1.1 实验动物与分组 纯系Wistar雄性大鼠90只,体重280~320mg,由湖南农业大学实验动物研究中心提供。普通喂养,自由进食,术前12h禁食,将大鼠随机分为3组:(1)取样缺血预处理组(IP组):即在供肝冷转灌注前缺血处理10min,10min再灌注,循环2次,然后行双袖套法原位肝移植术。术后2h、6h、24h各时间点取肝脏标本和经下腔静脉采血4ml待测。各时间点分别取样6只。(2)对照组 (OLT组):即单纯行双袖套法原位肝移植术,术后2h、6h、24h各时间点取肝脏标本和经下腔静脉采血4ml待测。各时间点分别取样6只。(3)假手术组(SO组):即血流阻断与复流及原位肝移植外,其余处理同上。分别取样6只。
1.2 实验器械与试剂 肝功能检测用全自动生化分析仪(AU800 Olympus)。免疫组化试剂CyclinD1单克隆抗体(兔抗大鼠),购于北京中杉金桥生物技术有限公司;CyclinE单克隆抗体(兔抗大鼠),购于上海长岛生物技术有限公司;DAB显色试剂购于福州迈新生物技术有限公司。
1.3 方法
1.3.1 原位肝移植模型的建立 按照Kamada[3]和孙君泓[4]报道的术式建立大鼠原位肝移植模型:即不重建肝动脉的双袖套法大鼠肝移植术。
1.3.2 标本的制备和测定方法 取移植肝组织用4%的复合甲醛固定待制石蜡标本,行光镜学检查及行免疫组化S-P法检查,同时将所采静脉血2ml,11000r/min离心5min取血清置于-70℃深低温水箱保存检测转氨酶。
1.4 结果判断标准 由两位病理医生在光镜200倍视野下,每张切片取5个视野,用HPIAS—1000型彩色图像分析仪系统测定CyclinD1和CyclinE表达情况,结果用阳性细胞率来表示:阳性细胞率(%)=视野中阳性细胞数/视野中总细胞数× 100%。
1.5 统计学方法 所有数据以均数±标准差(x±s)来表示,以SAS统计软件包分析处理,多个样本均数间比较用重复测量设计方法分析和单因素方差分析,IP组与OLT组比较用t检验。
2 结果
2.1 一般情况 该部分供肝手术时间、血管袖准备时间和受体手术时间分别为(30±3.30)min、(11±3.83)min和(31.5±3.20)min。其中无肝期为18~22min,平均(19.67±1.63)min,手术成功率94.1%。未处死的大鼠1周存活率达88%,最长存活72天。
2.2 各组血清ALT、AST含量 见表1。OLT组各时间点ALT、AST较SO组显著升高,且随再灌注时间延长而逐步升高,以移植肝再灌注2h升高最为明显,以后升高幅度降低。IP组各时间点ALT、AST升高幅度远低于OLT组,与之相比较,P
2.3 移植肝细胞周期蛋白CyclinD1、CyclinE标记阳性细胞率 SO组CyclinD1、CyclinE均未发现阳性表达。IP组各时间点CyclinD1、CyclinE阳性细胞率均高于OLT组,尤以6~24h升高明显;而IR组6h细胞凋亡显著升高,增殖低下,24h仍维持很低水平。24h CyclinD1与CyclinE阳性细胞率分别为0.47±0.23、0.44±0.21与OLT组0.21±011、0.20±0.08比较,差异具有非常显著性(t=7.57,P
注:同时间点IP组与OLT组相比较,P
注:IP组与OLT组相比较,P
2.4 光镜下肝脏病理组织学变化与SO组肝脏组织相比较 OLT组(见图1、图2)中肝脏细胞广泛水肿,以中央静脉周围为主,肝组织结构混乱可见小滴样脂肪变性,肝窦内大量中性粒细胞浸润;灌注后24h可见部分肝窦狭窄,并有红细胞残片,界板破坏。而IP组(见图3、图4)仅有轻度肝细胞水肿,肝窦内有少许中性粒细胞散在,小叶结构基本完整。
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3 讨论
IR引起损伤已在多种组织器官缺血再灌注模型中得到证实。Borghi[5]等观察16例临床原位肝移植术后细胞凋亡情况,发现IR后肝细胞发生一系列代谢、结构和功能的改变, 导致转氨酶升高,酶泄漏的发生,线粒体功能受损,活性氧化剂的增多,由此认为肝细胞的凋亡与肝IR损伤有关。本实验血生化结果证实了这种变化,并观察到OLT组随着再灌注时间的延长, 转氨酶(ALT、AST) 呈进行性升高。6h血清ALT、AST迅速升至最高,提示细胞严重受损,酶泄露严重;24h ALT、AST升高幅度开始回落,细胞修复能力加强;组织病理学检查有明显变化,并随灌注时间延长而加重。说明肝缺血再灌注损伤引发的细胞凋亡为一种动态过程,其原因可能是在不同阶段参与损伤的因素不同,是由多种因素综合作用的结果所致。Schlossberg[6]等观察小鼠肝IR损伤后细胞凋亡和组织修复的相关指标时发现细胞凋亡在肝叶IR后6h达峰值,且持续升高到20h以上,并在IR损伤急性期(1~3h)和亚急性期(6~20h)由不同的受体途径介导。在实验中,OLT组中CyclinD1、CyclinE的表达达最低值。
IP减轻肝IR损伤后肝细胞凋亡和增强细胞再生能力,目前已广泛证实,但其机制十分复杂;它与腺苷、一氧化氮、热休克蛋白、蛋白激C酪氨酸激酶依赖性信号系统、K+ ATP通道的激活等诸多因素有关[7]。本实验发现IP可通过上调(肝细胞抗凋亡基因bcl-2)活性来下调Fas凋亡途径中Fas-mRNA的表达和抑制caspase-3的活性[8],使细胞内容物(如DNA)避免氧化损伤,促使细胞周期中G1/S的转化启动,从而完成细胞再生[9]。Kuo[10]观察临床肝移植术后细胞凋亡情况时发现肝细胞凋亡与IR造成的生化损伤及病理学损伤参数改变呈正相关。实验中IP组肝移植前给予10min缺血,10min再灌注2次,血清转氨酶幅度较OLT组明显降低(P
增殖性细胞周期分为DNA及蛋白质合成准备期G1期、DNA合成期S期、有丝分裂准备期G2期、有丝分裂期M期。凋亡细胞的细胞周期常阻滞于G1/S期和(或)G2/M期,尤其G1末期限制性调控点“R”点的阻滞[11]。IP能够增加bcl-2活性,并于IR损伤后6h达高峰[8],bcl-2能够保护细胞避免各种形式释放NO诱导的凋亡,下调P53基因,干扰caspase-3活性(caspase-3是细胞凋亡效应分子,是Fas凋亡途径下游操作底物酶解的关键酶,被称为“凋亡执行者”);增加细胞周期基因及生长因子的调控能力[12]。作为细胞周期正性调节蛋白CyclinD1是肝细胞进入细胞周期G1期的显著标志,并随着细胞生长因子的增减而增减。CyclinD1能与CDK4和(或)CDK6(细胞周期依赖性激酶,与调节因子合称细胞周期引擎)特异性结合,形成CyclinD1-CDK4/CDK6复合物在G1中期激活,可使细胞周期中“R”限制点附近的抑制蛋白(如P503、Pb)磷酸化而失活,并释放转录因子E2F致使G1期缩短,同时加速G1/S的转换[13]。E2F又协同DP1启动G1/S转换相关基因的表达(如:CDK基因、CyclinE),在G1后期CyclinE与CDK2结合并激活CDK2形成CyclinE-CDK2复合物,使细胞通过“R”限制点,进入S期;同时减少细胞对生长因子的需要量,推进DNA复制和细胞的2倍增殖。由于细胞周期领带CyclinE的表达受转录因子E2F介导,而后者通过PRb被 CyclinD1依赖性激酶超磷酸化而激活,故CyclinE的表达依赖于CyclinD1依赖性激酶的活性,同时还受myc、Ras等基因调控。在本实验中笔者发现CyclinE的表达程度低于CyclinD1的表达,但表达时限基本相同[14]。据Meujoe[14]等报道,BACA/C大鼠肝IR损伤后12h CyclinD1RNA表达开始升高,在24~48h达最高峰,但术后2h比较差异无显著性,可能与细胞周期启动因子INF-α、IL-6、EHGF等调控在IR损伤术后4~6h才开始启动有关[15]。
IR 损伤和IR后的肝细胞增殖涉及到许多复杂的机制,从以上实验结果来看:IP作为移植肝IR损伤的内源性保护机制,增强bcl-2活性,抑制caspase-3及Fas-mRNA的表达,提高正性调节蛋白CyclinD1、CyclinE的调控能力,抑制细胞凋亡,促进再灌注早期肝细胞再生能力增强,从而使移植肝在灌注后肝脏功能迅速启动,为临床上预防肝移植术后原发性移植肝无功能及功能不良提供了新的理论依据。但IP如何使细胞增殖顺利通过G2/M期的机制尚需进一步研究阐明。
1 Kume M, Yamamoto Y, Saad S, et al. Ischemic preconditioning of the liver in rat:implications of heat shock protein induction to increase tolerance of ischemia-reperfusion injury.J Iab Clin Med,1996,128(3):251-258.
2 Glavien PA, Yadav A, Sindram D, et al. Protection effects of ischemia precondition for liver resection performed under inflow ocdusion in humans. Ann Surg,2000,235:155-162.
3 Snover DC, Freese DK, Sharp HL, et al. Liver allograft rejection.Am J Surg,1989,21(1):2397.
4 孙君泓,吴孟超,曾琪华.300次大鼠原位肝移植.中华器官移植杂志,1990,11(1):19.
5 Borghi SG. Apoptosis after ischemia-reperfusion in human liver allografts. Liver Transpl Surg,1997,3:407-415.
6 Schlossberg H, Zhang Y, Dudus, et al. Expression of c-fos and c-jun during hepatocellular remodeling following ischemia-reperfusion in mouse liver. Hepatology,1996,8:1546-1555.
7 Peralta C, Hotter G, Glosa D, et al. Hepatic preconditioning in rat is defined by balance of adenosine and xanthine. Heaptology,1998,28(3):768-773.
8 Lazennec JY, Pouzet B, Rammare S, et al. Anatomic basis of minimal anterior extraperitoneal approach to the lumbar spine. Surg Radiol Anat,1999,21(1):7-15.
9 Kadaw SS, Sindram D, Pretty DK, et al. Ischemic preconditioning protect the mouse liver inhibition of apoptosisthroughcaspase dependent path way. Hepatology,1999, 30(5):1223.
10 Kuo Pc, Drachenberg CI, De la Torre A,et al. Apoptosis and hepatic allograft reperfusion injury. Chin Transplant,1998,12(3):219.
11 Hunter T, Pines J. Cyclins and cancer I:cyclin D.and CDK inhibitors come of age. Cell,1994,79:573-582.
12 Yang J, Lin XS, Bhalla K, et al. Prevention of apoptosis by bcl-2 release of cytochrome C from mitochondria blocked. Science,1997,275:1129-1132.
13 江国春,袁莉珍,魏康.细胞周期蛋白D.国外医学·遗传学分册,1998,21(4):173.
关键词:心肌缺血再灌注;脑利钠肽;后处理;高迁移率族蛋白1
中图分类号:R542.2R285.5文献标识码:A
doi:10.3969/j.issn.16721349.2015.01.020文章编号:16721349(2015)01005503
Effect of Btype Natriuretic Peptide Postconditioning on Myocardial Ischemiareperfusion
Huang Xingyue,Hu Gangying,Huang Tingting,Xie Qing,Li Dan,Hu Xiaorong,Jiang Hong
The People’s Hospital,Wuhan University,Wuhan 430060,Hubei,China
Corresponding Author:Hu Xiaorong
Abstract:ObjectiveTo explore the effect of Btype natriuretic peptide (BNP) preconditioning on myocardial ischemiareperfusion (I/R) injury and the expression of high mobility group box 1 protein (HMGB1) in rats.MethodsAnesthetized male rats were ischemia for 30 min,and then were treated with BNP in 15 min before reperfusion until the end of reperfusion,and followed by reperfusion for 4 hours. Lactate dehydrogenase (LDH),creatine kinase (CK),tumor necrosis factorα (TNFα),interleukin6(IL6) and infarct size were measured. HMGB1 expression was assessed by immunoblotting. ResultsThe Results showed that treatment of BNP postconditioning could significantly decrease the infarct size and the levels of LDH and CK after 4 h reperfusion (all P
Key words:myocardial ischemia;Btype natriuretic peptide;postconditioning;reperfusion;high mobility group box 1 protein
高迁移率族蛋白1(high mobility group box1 protein,HMGB1)是一种无染色体核的蛋白质,通常被坏死细胞、凋亡细胞或者被激活的非特异性免疫细胞(如巨噬细胞和单核细胞)抵抗性的大量释放[1,2]。 在一些心血管疾病中,HMGB1已经被证实是一种新型的促炎性细胞因子[36]。最近的研究显示HMGB1作为一种早期促炎性细胞因子在心肌缺血再灌注过程中持续存在,与传统的早期促炎性细胞因子例如肿瘤坏死因子α(TNFα)和白介素6(IL6)一样,而且还能够促进TNFα和IL6的释放。然而,HMGB1 A box 缩氨酸(一种特殊的HMGB1拮抗物)可以减少心肌缺血再灌注损伤并抑制TNFα和IL6的释放[3]。炎症反应被认为是心肌缺血再灌注损伤的关键因素[7,8]。
B型钠尿肽(BNP)的预处理和后处理能够减少心HMGB1在心肌缺血再灌注损伤中有着重要的影响。
肌缺血再灌注损伤,包括减少心肌酶的增加、梗死面积和细胞凋亡[912]。本研究通过大鼠心肌缺血再灌注模型,来验证BNP后处理是否可以通过抑制炎症反应(包括HMGB1的表达)来减少心肌缺血再灌注损伤的假设。
1材料与方法
1.1动物准备和实验设计SPF级雄性SD大鼠(250 g~300 g),随机分成3组。假手术组(SO)10只:只开胸,不结扎冠状动脉;缺血再灌组(I/R)15只:结扎冠状动脉左前降支(LAD)30 min,再灌注4 h;脑利钠肽后处理组(BNP I/R)15只:结扎冠状动脉左前降支(LAD)30 in,再灌注4 。在再灌注前15 min给大鼠输入溶解于无菌盐水中的BNP 0.03 μg/(kg・min)[11]静脉恒速维持至再灌注结束。
用3%戊巴比妥钠(45 g/kg)腹腔麻醉大鼠,后背位固定,气管插管连接动物呼吸机,频率70次/min,潮气量(3~4)mL/100 g,连接心电图机,持续记录心电图变化。紧靠胸骨正中于左侧第23肋间打开胸腔,暴露心脏,剪开心包膜,于左心耳与肺动脉圆锥之间,用穿有50缝合线的3/8弯针钩绕LAD,下垫一带凹槽的细小塑料管,待心电图恢复稳定后连同细管一起结扎,以结扎后心电图Ⅱ导联ST段明显上抬及心脏表面相应区域发绀和苍白表明缺血成功;30 min后沿凹槽剪断结扎线,以ST段下降1/2以上、心脏表面缺血区发绀和苍白恢复表明心肌组织成功恢复再灌注。
1.2梗死面积评估再灌注4 h后,经股静脉注入1%依文思蓝2 mL,冰PBS液冲洗之后,立即置于-20℃冰箱中冷冻15 min,垂直心脏左心室长轴将每个心脏切成厚(1~2) mm 5个薄片,置入1%2,3,5氯化三苯基四氮唑溶液(TTC溶液,浓度为0.1 mol/L的磷酸盐缓冲液PBS,pH7.4)中,37 ℃避光恒温孵育15 min。非缺血区为蓝色。缺血区内的非梗死区心肌组织含有的脱氢酶将无色氧化型染料TTC还原成砖红色,而梗死区心肌细胞由于细胞膜损伤,脱氢酶漏出,不能将TTC还原,因此为灰白色。孵育结束后,取出心肌组织置于10%甲醛中固定12 h,分离缺血区和梗死区,用天平精确称重,计算梗死区重量与缺血区重量的比值,即梗死面积百分比。
1.3心肌损伤评估再灌注4 h结束后,经颈动脉取血2 mL,以3 000 r/min离心15 min,提取上清,按试剂盒说明采用紫外分光光度法测定CK和LDH的活性(中国南京建成生物工程研究所)。
1.4TNFα和IL6的测量在心肌组织上层的TNFα和IL6,按试剂盒说明应用酶联免疫吸附法进行测量(中国南京建成生物工程研究所)。
1.5HMGB1蛋白表达检测左心室的局部缺血样本被冷冻后应用Western blot分析HMGB1的蛋白表达量,HMGB1单克隆抗体检测HMGB1蛋白含量[13]。(Santa Cruz,USA),用光密度仪扫描分析,以内参GAPDH蛋白条带光密度值作为标准,计算HMGB1蛋白表达的相对量。
1.6心肌组织MDA和SOD的检测再灌注4 h结束后,取缺血部分心肌组织按试剂盒说明测定MDA和SOD的活性,分光计分别测定532 nm 和550 nm时的吸收率。心肌组织匀浆样本中所有蛋白质浓度采用考马斯蓝方法测定(南京建成生物工程研究所)。
1.7统计学处理应用SPSS16.0 软件进行分析。计量资料以均数±标准差(x±s)表达。梗死面积比较采用t检验;多组比较采用单因素ANVOA或KruskaleWallis H检验,两两比较采用StudentNewmanKeuls检验或MannWhitney U检验。以P
2结果
2.1梗死面积在4 h再灌注后,与I/R组(52.8±4.4)%相比,BNP后处理组能够明显减少心肌梗死面积(28.9±3.7)%(P
2.2LDH和CK值在4 h再灌注后,I/R组血清中LDH和CK水平明显较SO组0.182增加(P
2.3TNFα和IL6值4 h再灌注后,相比SO组,所有再灌注组的TNFα和IL6水平明显增加(P
2.4HMGB1表达再灌注4 h后,I/R组心肌组织HMGB1表达明显较SO组增加(P
2.5MDA和SOD的表达在4 h的再灌注后,与SO组相比,I/R组心肌组织MDA表达明显增加,而SOD表达明显减少(P
3讨论
所有的预处理和后处理在心肌缺血再灌注损伤中都有着保护作用[14]。本研究发现,BNP后处理可以减少心肌梗死面积和心肌激酶,这也符合以往的研究结果[9,10]。BNP后处理可以减少TNFα,IL6和HMGB1的表达。而HMGB1在心肌缺血再灌注时表达增多,且促进TNFα和IL6的表达,用HMGB1处理过的大鼠心肌缺血再灌注损伤将更严重,而抑制HMGB1的表达可以减少这种损伤并减少TNFα和 IL6的表达[3]。Hu等[13]证实HMGB1可以促进细胞凋亡,而细胞凋亡在心肌缺血再灌注损伤中的影响至关重要。Wu等[10]报道BNP后处理可以减少心肌细胞凋亡。
活性氧可能与HMGB1的释放有关,BNP处理能够抑制氧化应激[14,15]。Tang等[16]证明活性氧之一的过氧化氢可以促进巨噬细胞和单核细胞释放HMGB1。Tsung 等[17]发现培养肝细胞释放HMGB1依旧是由活性氧控制的。Zhang等[18]发现抗氧化物可抑制HMGB1表达并减少急性重症胰腺炎大鼠的胰腺损伤[19,20]。因此,抑制活性氧的产生可能抑制HMGB1的表达。Sun等[12]证实BNP可通过抑制活性氧的释放来减少心肌缺血再灌注的损伤。BNP后处理可以通过抑制心肌缺血再灌注引起的活性氧来减少损伤,而活性氧正与HMGB1的表达有某种关系。本研究表明BNP后处理可以通过抑制HMGB1的表达来减少心肌缺血再灌注损伤。
参考文献:
[1]Scaffidi P,Misteli T,Bianchi ME.Release of chromatin protein HMGB1 by necrotic cells triggers inflammation[J].Nature,2002,418:191195.
[2]Bell CW,Jiang W,Reich CF,et al.The extracellular release of HMGB1 during apoptotic cell death[J].Am J Physiol Cell Physiol,2006,291:C13181325.
[3]Andrassy M,Volz HC,Igwe JC,et al.Highmobility group box1 in ischemiareperfusion injury of the heart[J].Circulation,2008,117:32163226.
[4]Hu X,Jiang H,Bai Q,et al.Increased serum HMGB1 is related to the severity of coronary artery stenosis[J].Clin Chim Acta,2009,406:139142.
[5]Andrassy M,Volz HC,Riedle N,et al.HMGB1 as a predictor of infarct transmurality and functional recovery in patients with myocardial infarction[J].J Intern Med,2011,270:245253.
[6]Hu X,Zhou W,Bai Q,et al.Increased serum high mobility group box 1 protein in patients with atrial fibrillation[J].Biomed Aging Pathol,2011,1:5255.
[7]Frangoginis NG,Smith CW,Entman ML.The inflammatory response in myocardial infarction[J].Cardiovasc Res,2002,53:3147.
[8]Hu X,Fu W,Jiang H.HMGB1:A potential therapeutic target for myocardial ischemia and reperfusion injury[J].Int J Cardiol,2012,155:489489.
[9]Burley DS,Baxter GF.Btype natriuretic peptide at early reperfusion limits infarct size in the rat isolated heart[J].Basic Res Cardiol,2007,102:529541.
[10]Wu B,Jiang H,Lin R,et al.Pretreatment with Btype natriuretic peptide protects the heart from ischemiareperfusion injury by inhibiting myocardial apoptosis[J].Tohoku J Exp Med,2009,219:107114.
[11]Ren B,Wu H,Yin R,et al.B type natriuretic peptide pretreatment attenuates heart ischemiareperfusion injury in rats[J].Transplant Proc,2010,42:44964498.
[12]Sun Y,Deng T,Lu N,et al.Btype natriuretic peptide protect cardiomyocytes at reperfusion via mitochondrial calcium uniporter[J].Biomed Pharmacother,2010,64(3):170176:2010,64:170176.
[13]Hu X,Zhou X,He B,et al.Minocycline protects against myocardial ischemia and reperfusion injury by inhibiting high mobility group box 1 protein in rats[J].Eur J Pharmacol,2010,638:8489.
[14]Hausenloy DJ,Yellon DM.Survival kinases in ischemic preconditioning and postconditioning[J].Cardiovasc Res,2006,70:240253.
[15]Gottlieb RA,Engler RL.Apoptosis in myocardial ischemiareperfusion[J].Ann N Y Acad Sci,1999,68:412426.
[16]Tang D,Shi Y,Kang R,et al.Hydrogen peroxide stimulates macrophages and monocytes to actively release HMGB1[J].J Leukoc Biol,2007,81:741747.
[17]Tsung A,Klune JR,Zhang X,et al.HMGB1 release induced by liver ischemia involves tolllike receptor 4 depedent reactive oxygen species production and calciummediated signaling[J].J Exp Med,2007,204:29132923.
[18]Zhang ZW,Zhang QY,Zhou MT,et al.Antioxidant inhibits HMGB1 expression and reduces pancreas injury in rats with severe acute pancreatitis[J].Dig Dis Sci,2010,55:25292536.
[19]Yasuda T,Ueda T,Takeyama Y,et al.Significant increase of serum highmobility group box chromosomal protein 1 levels in patients with severe acute pancreatitis[J].Pancreas,2006,33:359363.
关键词:PACS;数据回传;后处理技术
Abstract:Objective Use the data transmission technology and a series of post processing technology to meet the need of the clinical practice in teaching,diagnosis、scientific research and so on .Methods Based on C-MOVE's tripartite communication mechanism,and all image data obey the form of DICOM3.0,use the PACS that is research and development by ourselves,take the image data in the facility,workstation and PACS sever group to transmission and back.According to our need,the data also can have a series of post processing then back to the facility、workstation and PACS sever group.Results The back image data that after post processing can meet the need of the medical imaging diagnosis,research and teaching to the image data and image pictures.Conclusion The data transmission technology have a great help in improving the accuracy of medical imaging diagnosis 、realizing the networking,digitizing of teaching and ensuring the scientificalness、conscientiousness of research .
Key words:PACS;Data transmission;Technology of post processing
医学影像归档与通信系统(Pictures Achieving and Communication System,PACS)是应用网络技术,计算机技术和通讯技术,遵循DICOM唯一标准,实现医学图像的数字化显示,存储和传输的综合性系统[1]。图像回传后处理技术是PACS系统在编辑患者影像图像是常用的技术,由于图像后工作站的存储容量有限,随着时间推移,早期患者的影像资料就会从工作站上被自动删除,因此,想要重新后处理这个患者的图像就变得不可能了。数据回传技术是PACS系统的一项新技术,通过网络连接将保存在影像服务器中的数据回传给设备后处理工作站,从而实现无时间限制的后处理能力。本研究基于数据传输与回传技术,通过PACS系统平台,利用计算机软、硬件技术,构建数据回传技术,以研究数据回传技术在临床中的应用。
1 资料与方法
1.1一般资料 研究材料为我院影像中心荷兰飞利浦、德国西门子,美国GE、日本东芝等多家公司多种型号检查设备,以PHILIPS Brilliance 64排CT做典型代表分析。PC应用环境采用Microsoft Windows 7中文版或Windows XPx Professional操作系统。图像采集与传输采用医学数字影像通讯标准DIC0M 3.0,影像数据库采用SQL Server Rv5数据库。
医院局域以太网网络,操作系统是微软WINDOWS7专业版,服务器操作系统是Windows Enterprise Server 2008,数据库操作系统是Sql Enterprise server2008,程序设计开发工具是Microsoft visual studio 2010专业版。
1.2方法 PACS系统的核心是PACS服务器组,它接收影像检查设备传来的DICOM3.0格式的影像数据并存储,将影像数据文件头中包含的患者信息与HIS系统中的患者信息进行匹配,完成图像信息与患者信息的关联,借助数据库对图像进行管理,同时为多个用户和图像使用设备提供影像数据的查询和发送[2]。
2 结果
PACS系统有七个连续不断的运行过程组成(图1所示)。图像回传技术的运作也是基于这七个过程完成的。DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)医学数字成像与通讯标准[3]:DICOM应用实体的运行与交互是基于客-服务器模型的。SCP(service class provider)服务提供者,相当于客户-服务器模型中的服务器,SCU(service class user)服务使用者,相当于客户-服务器模型中的客户[4]。在DICOM标准中,DIMSE-Service(DICOM message service elements),即DICOM消息服务单元与相关信息对象IOD结合成一个SOP类。
DIMSE服务组包括C-ECHO、C-FIND、C-MOVE、C-STORE。其中C-MOVE是基于两个TCP连接的三方服务,关于C-MOVE的三方通讯机制如图2所示。C-MOVE可以实现从一个AE将DICOM文件发送给另一个AE。关于C-MOVE SCP需要同时实现C-STORE SCP的问题,特此说明一下。并非一定要求C-MOVE SCP来实现C-STORE SCP服务,C-MOVE服务本身并未要求是双方交互,有可能是多方交互。比如A作为C-MOVE SCU向B发出C-MOVE-RQ请求,此时作为C-MOVE SCP的B在查询到结果后可以向C发出C-STORE-RQ请求,只要C提供了C-STORE SCP服务,就可以接收由B发送过来的图像。因此C-MOVE服务可以使三方之间的交互。
数据回传技术使用的是可以实现三方之间交互传输的DIMSE服务组中的C-MOVE服务。数据回传技术是设备(Facility),工作站(work station)和PACS服务器三者之间相互的影像数据之间的传输和回传,三者之间的影像数据均遵从DICOM3.0格式,设备、工作站及PACS服务器三者中任何一方可以为SCU,也可以是SCP。我院采用自主研发的PACS系统,进行数据回传时,首先启动云PACS服务,在远程服务器中首先新建一个新的服务器(例如服务器名称为MRI,既将指定患者的MRI图像进行回传),找到需要处理的患者的信息,提取影像资料到本地服务器,提取之后打开编辑,对影像进行一系列处理以达到想要实现的效果,例如进行匿名化处理发送至学校的教学PACS系统内进行教学,从而保护患者隐私;进行特殊标记处理把想要突出说明的地方标记出来用于科研、临床病例讨论等;对图像进行三维重建、多平面分析、局部放大、调整窗宽窗位等后处理,以协助影像科医生更好的阅片和做出更准确的诊断。最后把编辑好的图像在发送至远程服务器里一开始新建的服务器中去,这样就完成了一次数据的回传。见图3。
PACS数据回传系统的应用,为医学影像科医生的分析及诊断提供了更加清晰的思路,提供了多平面图像重建的可能,而且同意患者图像可多次打印,提高了影像诊断的准确率。
2.1提高医学影像学的诊断水平 准确性是所有诊断手段和工具的立身之本,影像科医生或者临床医生诊断时常常需要结合患者的多种影像资料做出综合诊断,需要看到患者的多种影像资料和报告结果,甚至需要看到患者以往的影像资料。 数据回传技术的应用改变了原有的诊断方式,提高了诊断准确性。以往诊断科室和临床科室医生所接触到的都是由技师调整好窗宽和窗位后的胶片,如果医生认为不能满足需要,还要请医技科医生重新出片,这势必会造成不必要的麻烦和浪费。
而应用数据回传给技术之后,传送的图像经后处理工作站的一系列处理,如对比、标注、测量、缩放、调整窗宽窗位、三维重建、多平面成像等,得到的图像较原始图像更加具体,更能突出问题,为医生的诊断及教学提供更为准确的证据和详尽的资料,帮助医生更准确的定位病灶,减少误诊率。由于存储容量的限制,先前的影像后处理工作站对这种时间过去很久的患者是不能做任何后处理的,甚至是找不到相应的影像资料的,利用图像回传技术,可以不受时间的限制,处理任何时间的患者的图像。加之PACS系统可以将不同类型的设备所产生的影像,通过计算机以太网络,按国际标准的DICOM协议,联为一体,实现全医院的影像资料的集中管理和资源共享[5]。结合PACS系统的这种资源共享性的特点,影像医生和临床医生可以查看患者以往多种的影像检查结果,并可以在同一界面分析比较。与HIS系统集成后,医生还可以通过PACCS系统查看患者的医嘱、电子病历以及检查申请单等临床信息,这就大大丰富了诊断依据[6]。
2.2使影像教学更加生动具体 医学影像学是一门形态学科,其特点是通过对影像资料的观察、对比和分析进行疾病的诊断,从而完成由感性到理性的认识,那种被动而传统的教学模式已不能满足当今高科技时代师生的需求。近年来,随着计算机多媒体技术、可视化技术和网络通讯技术的飞速发展,医学影像归档与通讯系统(pictures achieving and communication system,PACS)的普及与应用为基于PACS的医学影像学远程教学的发展提供了广阔的空间,数据回传技术的应用使这一教学方法更加人性化和形象化。传统医学影像学教学模式基本上采用书本联合影像胶片的方式进行,但由于通过书本和胶片所获得的影像图像数据较为陈旧并难以及时更新。因此,这一传统教学模式已经明显落后于现代化教学的需求。随着计算机技术的发展,使用多媒体幻灯片形式来获取所需的影像图像的现代化教学模式日益成为当前时代的主流选择。虽然后者相较前者与较大的进步,但由于工作量大而繁琐及储存空间不足等问题,因此一种新的快捷而高效的教学模式成为各大医学院校教学追逐的焦点。
远程教学就是在医院PACS服务器、医院远程教学服务器与学校远程教学服务器之间铺设光缆,构建一条专用的h程教学数据通道,利用数据回传技术,将医院PACS服务器上经过一些列处理的影像图像,如比较人性化的保护患者隐私的匿名化处理,突出重点的标注等等,传输到学校远程教学服务器上, 学生通过客户端即可访问远程实训系统点播视频、浏览影像图片、在线与老师互动交流学习。这一动态的教学模式有助于增强教学的直观性与生动性,增强了学生学习的积极性与主动性,并且有利于学生思维能力的训练与培养,明显提高了教学质量。
2.3使科研更加严谨规范 正如著名超声学家应崇福先生所说的:"做科研不一定需要多高的智商,但一定需要有科学严谨的态度,踏踏实实的干劲,一步一个脚印的朴实,戒绝浮躁之风,科学容不得一点掺假"。严谨是科研的必要条件,做医学科研更是应该如此。随着网络技术、存储技术以及计算机技术的发展,医疗领域的PACS/RIS的应用进入了高速发展的时代,并最终实现了医学影像资源的共享,这就为影像科室及临床科室的读片工作以及针对某一领域的科研工作的影像资料的获取提供了非常便捷的方式,数据回传技术则是保证了这些工作更加准确严谨,科学规范。不论是平时科室内部进行的病例讨论,对实习同学进行的读片教育工作还是科学严谨的科研工作,都需要保证影像资料有代表性,图像清晰,突出重点,这些在原始图像上面很难全部反应出来,而应用数据回传技术则可以对图像进行一系列后处理,如调整图像的密度和对比度,对病灶进行标注(大小、CT值等),局部放大,三维重建等等,这些是的病例图像更加形象具体,突出重点,初学同学容易理解,标注清晰,有理有据,科研更加具有说服力。
3 讨论
PACS系统(图像存档和传输系统)是顺应着计算机技术,医学影像技术和网络技术的进步应运而生的,目的是解决医学图像的获取,显示,存储,传送和管理。它以高速计算机设备为基础,以网络连接各种影像设备和相关科室,利用高容量存储技术,以数字化的方式存储,管理,传送和显示医学影像及其相关信息,具有影像质量高,存储,传输和复制无失真、传送迅速、影像资料可共享等突出的特点,是现代医学影像信息管理的重要条件。在我国,经过近几年的应用及不断创新,目前PACS系统已经比较成熟,它为实现医学资源共享提供了极大的帮助。
数据回传技术是近几年新型的一门图像后处理及分析的新兴交叉学科。通过网络连接将保存在影像服务器中的数据回传给设备后处理工作站,从而实现无时间限制的后处理能力。借助图形、图像技术等有利手段,医学影像的质量和显示方法得到了极大的改善,从而借助于图像处理和分析手段使得诊疗水平大大提高[7]。这不仅可以基于现有的医学影像设备来极大地提高医学临床诊断水平,而且能为医学培训,医学研究与教学,计算机辅助临床外科手术提供数字实现手段,为医学的研究与发展提供坚实的基础,具有不可估量的价值[8]。
作为一门新兴的交叉学科,数据回传技术为影像的质量及医生的诊断都带来了很大的帮助,同时也带来了很多新的技术让我们探索和学习。但作为一个新兴的技术,其必定有其局限性,例如回传工作站的指定性,回传操作的相对复杂性等等,这些技术都有待于以后不断的解决和创新,以建立一个更加科学、有效,实用的影像辅助技术。
4 结论
通过我们回传回去的数据和图像,能够完全满足影像科医生更好的做出临床诊断,为提高临床诊断水平,提高图像质量等方面做出了极大的贡献。
参考文献:
[1]许元甫,黄延磊.基于WEB服务的DICOM应用实现[J].医院数字化,2010,25(04).
[2]刘仲明,郑小林.医学影像归档与存储系统中影像数据长期存储问题的研究[J].第三军医大学报,2005,11:1123-1126.
[3]Ramsdell B,Digital Imaging and Communications in Medicine[S].RFC 3240,1999.
[4]吕晓琪,王磊,赵建峰,基于DICOM俗嫉TLS网络安全传输技术研究与实现[J].生物医学工程杂志,2012,29(1):23.
[5]原卫民,冯卫华,徐文坚.PACS/RIS系统在放射科工作流程优化中的作用[J].医学影像学杂志,2010,20(11).
[6]郑涛,王武,李传东.我院PACS/RIS在放射科质量控制中工作中的应用价值[J].科学管理,2011,26(08).
一、系统概述
本院放射科PACS及RIS系统于1999年11月正式开通运行,现已正常运行18个月,同步实现了放射科医学影像学检查工作流程和医学影像数据流程的全面计算机化及网络化管理和操作。系统应用的工作站类型和分布见表1。
二、系统结构与组成
工作站系统从逻辑上分为2大类:PACS工作站和RIS工作站。PACS工作站主要为影像诊断工作站,其提供医学影像诊断所必需的软拷贝(softcopy)显示和影像处理操作功能。在PACS的工作站系统中包括了CT、MR、数字胃肠(RF)、DSA诊断和常规X线影像诊断,以及高分辨影像显示3类不同应用要求的工作站,此外,另配置有3台专用的影像后处理工作站(GEAW3•1和2•1);RIS工作站因执行的功能范围较宽而具有较多类别:如登录、检查安排及执行、报告打印及分发、管理、诊断报告等。
结果
一、工作站系统的配置与实现
根据不同的应用目的和功能的需求,以及实际的投资状况,笔者对不同的工作站类型采用了各异的配置和实现方式。
(一)常规影像诊断及报告工作站此类工作站作为PACS和RIS系统应用操作的前端,在系统应用环境中处于同一位置,笔者采用了单机双屏的方案将PACS和RIS工作站合而为一,实现了PACS和RIS应用前端物理上的集成。1•CT、MR、DSA影像诊断工作站:工作站主机采用HPKayaka影像工作站和HPD8169VectraVE商用机,每台主机配置2台17in(1in=2•54cm)的彩色显示器。2•常规X线影像诊断工作站:工作站主机采用HPP2781BVectra商用机,各配置2台21in的彩色显示器,以便于操作DR(directradiography)和数字X线摄影(digitalradiography)设备产生的大幅面影像显示)。
(二)高分辨影像诊断工作站共3套双屏肖像式(portraitformat)专业医学影像工作站,其每一屏灰阶显示器可提供2K×2•5K×12bits显示分辨率,用于常规X线影像(如DR)诊断。
(三)影像后处理工作站包括2台GEAdvantageWindows3•1(SUNUltra60/内存512MB/UNIX)和1台GEAdvantageWindows2•1(SUNSPARC20/内存128MB/UNIX),提供医学影像后处理服务和支持功能。
(四)其他RIS工作站主要应用于RIS登录、查询、检查安排及执行、诊断报告打印及分发登记、管理等目的和位置,由于未涉及医学影像的操作和处理,对这类工作站配置参数要求不高,全部采用HPD8935ABrioBA400家用机:PIICeleron433/内存32-64MB/15in彩色显示器,操作系统为Windows98或WindowsNT4•0。
二、工作站系统的功能实现
(一)影像诊断工作站与诊断报告工作站的物理整合影像诊断工作站与诊断报告工作站在功能和逻辑上分别属于PACS和RIS,但两者在功能执行时应处于同一物理位置,即放射科医师产生影像诊断报告的节点。笔者基于操作系统(Windows98/WindowsNT/Windows2000)支持多屏显示(multipledisplay)的能力,采用一机双屏物理集成了PACS工作站与RIS工作站。实现了单一节点、单一主机、诊断报告与影像操作界面分屏显示,或双屏同时用作影像显示。
(二)基于影像类型和需求决定工作站配置门诊读片室主要操作常规X线影像(产生于DR和数字X线机),一般要求提供17in×14in影像显示幅面。笔者全部配以21in的双屏显示,尽可能地提供足够的影像显示和操作的空间,同时配备3台双屏肖像式灰阶显示器的高分辨影像工作站提供对常规X线影像诊断的支持服务。对于操作较低分辨率和较小幅面的CT、MR读片室,工作站全部为17in显示器。
讨论
工作站系统是医学影像学科数字化运行管理模式实现的基础环节,同时,工作站硬件及参数的选择和配置不仅关系到系统投资,同样也直接影响影像诊断质量,在医学影像学信息系统的设计和实现过程中,必须给予足够的关注。笔者认为应该遵循的原则是:既要满足影像诊断的基本需求,同时也应基于实际可能的投资水平,制定出符合实际的解决方案。以下对医学影像学信息系统工作站设计和配置的几个相关因素进行讨论。
一、兼顾投资水平的前提下确保必要的影像显示分辨率支持
医学影像诊断不仅影响临床诊疗过程,亦涉及法律、伦理等社会学领域,对数字化医学影像学信息系统而言,其关键的因素是保证提供足够的数字影像软拷贝显示分辨率[2-5]。美国放射学院(AmericaCollegeofRadiology,ACR)将不同类型的数字化医学影像分别定义为largematriximage(高矩阵影像,如CR、DR等影像)和smallmatriximage(低矩阵影像,如CT、MR、US、DSA等),并分别对其必要的影像分辨率作了明确的规范[4,5],largematrix影像要求提供≥1024×1024×10bits分辨率,smallmatrix影像要求提供≥512×512×8bits分辨率。对于smallmatrix影像,普通的彩色显示器分辨率已足够,这类工作站的设计和实现不成问题;问题在于如何规划用于largematrix影像类型的显示工作站,理想的状况是全部采用专业的高分辨(2K×2•5K×12bits)医学影像灰阶显示工作站,但其昂贵的价格导致的投资压力,绝大多数国内医疗单位难以承受。笔者根据本院的具体情况和实际投资水平,以及常规X线影像检查尤其胸部检查影像诊断正常的频率较高等特点,采用了以双屏大幅面(21in)彩色显示器工作站装备为主,辅以3套(共6屏)高分辨专业医学影像灰阶显示工作站用于复杂病例诊断支持和保障的配置方案,力求兼顾缓解投资压力的目标,同时满足提供必要的高分辨医学影像显示的分辨率要求。对于影像后处理工作站而言,其功能的执行主要取决于其后处理软件,显示分辨率方面则并无特殊要求。这类工作站多由特定的医学成像设备厂商提供,为了保证其能够兼容其他提供商的影像设备产生的影像,应该要求后处理工作站提供必要的DICOMSOP(serviceobjectpair)遵从,譬如,至少应支持后处理软件可操作的影像类型所对应的storageclass的支持。
二、单机双显配置为医学影像诊断工作站设计的首选
由于医学影像诊断工作站应能同时提供影像浏览(PACS)和产生诊断报告(RIS)的双重服务和功能,采用单机双显配置应为最佳选择。一些计算机操作系统(如Windows98和Windows2000)提供了对多显示器配置(在1台主机配置多个显卡及显示器)的直接支持,WindowsNT4•0通过特殊的双接口显卡(如MatroxG400)亦可容易地实现单机双显的配置,这为设计医学影像学信息系统的工作站结构提供了灵活性和较大的选择序列和范围。单机双显的实现方式取决于所采用的操作系统,Windows98仅支持双显卡方式;WindowsNT4•0仅支持单显卡(双接口,如MatroxG400)方式;惟Windows2000支持上述2种方式。需要提请注意的是,若采用单卡双口实现方式,应避免购买和使用显卡被整合在计算机主板内的机型,以免增加配置时的难度和消耗系统额外资源。我院的所有影像诊断工作站在系统运行初期分别采用的Windows98(双显卡)和WindowsNT4•0(单显卡双口)构型,尔后为了便于管理和系统安全控制的考虑,全部升级为Windows2000Pro。单机双屏配置除了使用方便和显示空间大、投资节省等优点外,还可使实际影像软拷贝屏幕显示区增加1倍,因为上述的双屏实现实际上是虚拟双屏,需要时可将影像视窗扩大至占据全部双屏显示区域,这对CT、MR等序列影像的显示和浏览尤为有利。
信息技术的快速发展,让医疗影像的区域共享得以实现。PACS从科室、医院逐渐向外延伸,走向区域。区域PACS的出现,以及在其基础上的医疗信息共享和医疗行为对平衡医疗资源、缓解“看病难 ”问题等均有积极意义。
目前,国内多地都在进行区域PACS的尝试,借鉴现有的区域PACS模式,探索适合自己的区域影像协同模式,是各地方医疗行政部门和大型医院都应考虑的问题。
医学影像的发展
1895年,德国一位叫伦琴的科学家发现了X射线,他当时一定没有想到这个发现日后对医学发展的巨大推动。不久后,X射线即被用于人体疾病的检查,形成了传统的X线诊断学,奠定了医学影像学的基础。
20世纪50年代~60年代,随着超声和核素显像技术的日益成熟,出现了超声成像和γ闪烁显像。20世纪70年代末,CT、MRI和ECT的出现,医学影像学检查手段、检查技术和检查内容都发生了革命性的改变,医学影像图像由过去的单一方向、单一角度观察转变为多角度、多方位观察。
融合,是近年来医学影像学领域的一个热门词汇。中国医科大学附属盛京医院院长、前中华医学会放射学分会主任委员郭启勇说:“医学影像过去想融合,现在在融合,未来被融合”。融合,已经成为医学影像学发展的必然趋势。
中华医学会副会长戴建平也曾指出,影像融合需要更好地融合包括X 线、超声、核学、光学和成像在内的各种医学影像诊断技术,充分发挥不同影像技术的作用和优势,弥补了单项检查成像的不足。
随着科技的进步、设备的更新换代,PACS本身的概念也在经历着变化。PACS是Picture Archiving and Communication Systems的简称,翻译过来是医学影像存储通信系统。这个词由心血管放射医师Andre Duerinckx博士在1981年使用,1983年发表。从字面上看,当时的PACS只是影像的存储和传输。
到上世纪90年代初,随着应用软件、图像处理软件技术的发展,专业医用显示器被发明出来,医生可以不用把影像打印出来,直接在电脑上进行影像诊断,PACS增加了诊断的功能。上世纪90年代末,PACS又实现了影像三维后处理的功能。至此,现代PACS系统事实上具有影像存储、影像传输、影像诊断和影像后处理等四种功能,已远远超过了当初简单的存储和传输功能。
国家食品药品监督管理局曾在2009年《关于医学影像诊断系统等产品分类界定的通知》,其中对“医学影像诊断系统”的界定如此描述:对于符合DICOM标准的医疗设备的图像进行获取、显示、存储、图像分析和处理、三维图像提取和重建、打印及传输等功能的软件。作为Ⅲ类医疗器械管理。
从以上界定可以看出,“医学影像诊断系统”更接近现代意义上的PACS的定义。因PACS处于信息学和影像学的交叉地带,双方都试图从自己的角度对其进行概念阐释,但到目前为止似乎还未有一个彼此都认可的定义。
结合以上所述PACS的功能衍进,本刊认为可以对现代PACS系统进行如下定义:可以实现对符合DICOM标准的医学影像的分析、处理和诊断,并可以进行图像三维后处理的医学影像系统。
与区域PACS相关的几个定义
PACS行业已经在全球发展了数十年,期间经历了多个阶段的变化,从最初的单机版PACS系统,到科室级PACS系统(Mini PACS),到全院PACS系统(Enterprise PACS),目前正朝着区域级、甚至国家级PACS系统(Regional PACS)的方向发展,这一发展趋势一方面是由医疗影像和信息技术的飞速发展所推动,另一方面也符合我国卫生部“十二五”新医改政策中建设区域医疗中心、加强跨医疗机构协同合作、影像检查结果互通互认的要求。
随着医学影像检查设备的飞速发展和普及,在日常诊断过程中各类影像检查的重要性也越来越突出,随之而来的是医学影像数据量的急剧增长,据相关机构的统计,影像数据量已经占到整个医院业务数据量的80%以上,这就对医学影像数据的传输、存储、管理和应用提出了更高的要求。我们看到在过去的几年间国内越来越多的医院都已经或计划建设本医院内的PACS/RIS系统,实现本医院内的医学影像及相关医疗数据的数字化采集、传输、存储、处理和共享,利用数字化、信息化的手段改善影像检查工作流程、提高影像诊断服务质量、提升医院影像业务的整体效率。
与此同时,随着国家新医改政策的推进,区域卫生信息化建设浪潮扑面而来,作为区域卫生信息化建设的核心组件之一的区域PACS系统的建设也受到了越来越多的关注。与全院PACS系统在医院信息化建设中的重要地位相似,区域PACS系统的建设也是整个区域卫生信息化建设的核心支柱之一。
区域PACS目前还尚未有一个明确的定义,结合上文PACS的定义,本刊拟对区域PACS进行如此定义:覆盖多家医疗机构的,可同构也可异构的,能够实现区域内患者影像资料的统一管理,实现区域内规范的医学影像服务,包括存储、调阅和重现。支持远程医学影像业务,是区域卫生信息系统的组成部分。
与区域PACS相关的定义包括远程医学和远程放射学。勃兰斯敦(Prestom)对远程医学作了如下描述:“远程医学是利用远程通讯技术,以双向传送数据、语音、图像的方式开展的远程医学活动。”
1 医学影像融合的必要性
1.1 影像的融合是技术更新的需要 随着计算机技术在医学影像学中的广泛应用,新技术逐渐替代了传统技术,图像存档和PACS的应用及远程医疗的实施,标志着在图像信息的存储及传输等技术上已经建立了新的模式。而图像后处理技术也必须同步发展,在原有的基础上不断地提高和创新,才能更好更全面地发挥影像学的优势。影像的融合将会是后处理技术的全面更新。
1.2 影像的融合弥补了单项检查成像的不足 目前,影像学检查手段从B超、传统X线到DSA、CR、CT、MRI、PET、SPECT等,可谓丰富多彩,各项检查都有自身的特点和优势,但在成像中又都存在着缺陷,有一定的局限性。例如:CT检查的分辨率很高,但对于密度非常接近的组织的分辨有困难,同时容易产生骨性伪影,特别是颅后窝的检查,影响诊断的准确性;MRI检查虽然对软组织有超强的显示能力,但却对骨质病变及钙化病灶显示差;如果能将同一部位的两种成像融合在一起,将会全面地反映正常的组织结构和异常改变,从而弥补了其中任何一种单项检查成像的不足。
1.3 影像的融合是临床的需要 影像诊断最终服务于临床治疗;先进的检查手段,清晰的图像,有助于提高诊断的准确性,而融合了各种检查优势的全新的影像将会使诊断更加明确,能够更好地辅助临床诊治疾病。
2 医学影像融合的可行性
2.1 影像学各项检查存在着共性和互补性为影像的融合奠定了基础 尽管每项检查都有不同的检查方式、成像原理及成像特征,但它们具有共同的形态学基础,都是通过影像来反映正常组织器官的形态、结构和生理功能,以及病变的解剖、病理和代谢的改变。而且,各项检查自身的缺陷和成像中的不足,都能够在其他检查中得到弥补和完善。例如:传统X线、CT检查可以弥补对骨质成像的不足;MRI检查可以弥补对软组织和脊髓成像的不足;PET、SPECT检查则可以弥补功能测定的不足。
2.2 医学影像的数字化技术的应用为影像的融合提供了方法和手段 现在,数字化技术已充分应用于影像的采集、存储、后处理、传输、再现等重要的技术环节。在首要环节即影像的采集中,应用了多种技术手段,包括:(1)同步采集数字信息,实时处理;(2)同步采集模拟信号,经模数转换装置转换成数字信号;(3)通过影像扫描仪和数码相机等手段,对某些传统检查如普通X线的胶片进行数字转换等;将所采集的普通影像转换成数字影像,并以数据文件的形式进行存储、传输,为进一步实施影像融合提供了先决条件。
3 医学影像融合的关键技术
信息融合在医学图像研究上的作用一般是通过协同效应来描述的,影像融合的实施就是实现医学图像的协同;图像数据转换、图像数据相关、图像数据库和图像数据理解是融合的关键技术。(1)图像数据转换是对来自不同采集设备的图像信息的格式转换、三维方位调整、尺度变换等,以确保多源图像的像/体素表达同样大小的实际空间区域,确保多源图像对组织脏器在空间描述上的一致性。它是影像融合的基本。(2)影像融合首先要实现相关图像的对位,也就是点到点的一一对应。而图像分辨率越高,图像细节越多,实现对位就越困难。因而,在进行高分辨率图像(如CT图像和MRI图像)的对位时,目前借助于外标记。(3)建立图像数据库用以完成典型病例、典型图像数据的存档和管理以及信息的提取。它是融合的数据支持。(4)数据理解在于综合处理和应用各种成像设备所得信息,以获得新的有助于临床诊断的信息[1]。
图像融合的方法主要有4种:(1)界标配对:界标作为两种图像相对应的融合点且决定融合的一些参数,它被广泛应用于放射治疗和立体外科学[3];(2)表面相合(SFIT)法:SFIT法又称头和帽法。其原理:所有融合影像上可识别的同一解剖结构表面之间的均数平方根(RMS)距离最小,其中,可用手工或半自动的边缘探测规则从每种影像的一系列图片得到的器官外部轮廓就是表面;头代表从较高分辨率影像中获得的表面模型;帽子代表从较低分辨率影像中获得表面的一系列独立的点[4];(3)空间力矩配对:协调中心点和主轴(PAX),使PAX惯性力距最小,融合时包括计算偏心和旋转以协调PAX和比例[5];(4)交叉相关法:此法基点是两种影像的相关系数值最大(接近)。主要用于同一种显像方式影像的融合[6]。以上4种融合方法可分为两大类:(1)前瞻性融合法:在显像采集时使用特别措施(如协调器具,外部标志等);(2)回溯性融合法:在显像采集时不采取特别措施。
近年来,有学者从另外的角度将融合技术归纳为单模融合、多模融合和模板融合[2]。(1)单模融合:是指将同一种影像学的图像融合,多用于治疗前后的对比、疾病的随访观察、疾病不同状态的对比、运动伪影和设备固有伪影的校准等方面;(2)多模融合:是指将不同影像技术的图像进行融合,包括形态和功能成像两大类,多模图像融合主要是将这两类成像方法获得的图像进行融合,其意义在于克服功能成像空间分辨率和组织对比分辨率低的缺点,发扬形态学成像方法各种分辨率高、定位准确的优势,最大限度地挖掘影像学信息,直接进行不同成像方法之间的比较,多用于神经外科定位手术、制定治疗计划等方面;(3)模板融合:是指将患者的图像与模板(解剖或生理图谱等)图像融合,这种方式也适用于不同患者的图像融合,主要用于正常结构的统计测量、不同患者同一类病变的比较、监测生长发育和衰老进程等方面。
4 医学影像融合的临床价值
利用计算机技术对获取的影像信息进行处理,并将其成果应用于临床已成为现代医学影像学发展的主要方向。通过影像的融合,将多项检查成像进行综合分析、处理,再现出全新的、高质量的影像,对于临床的价值主要体现在3个方面:(1) 对影像诊断的帮助:融合后的影像能够清晰地显示检查部位的解剖结构及毗邻关系,有助于影像诊断医生全面了解和熟悉正常组织、器官的形态学特征;通过采用区域放大、勾画病变轮廓、增添病变区伪彩色等手段,能够增加病变与正常组织的差异,突出显示病灶,有助于诊断医生及时发现病变,尤其是早期不明显的病变和微小病变,避免漏诊;在影像中集中体现出病灶在各项检查中的典型特征,有助于诊断医生做出更加明确的定性诊断,特别在疑难疾病的鉴别诊断中,作用更为显著[7]。(2) 对手术治疗的帮助:在影像的融合中,采用了图像重建和三维立体定向技术,充分显示出复杂结构的完整形态和病灶的空间位置,同时清楚地显示出病变与周围正常组织的关系;对于临床制定手术方案、实施手术以及术后观察起了重要作用[8]。(3) 对科研的帮助:影像的融合集中了多项检查的特征,同时体现了解剖结构,病理特征,以及形态和功能的改变,并对影像信息做出定性、定量分析,为临床进一步研究疾病提供了较为完整的影像学资料。
5 医学影像融合的应用前景
目前,图像融合主要应用于体层成像。随融合技术的不断发展,其在非体层成像方法中的应用逐渐增多。已有研究将血管内超声与二维X线血管造影图像进行融合,认为融合图像能克服超声显示冠状动脉形态的局限性、准确重建出血管的解剖结构、反映血管的真实弯曲[9]。
以医学成像技术为基础,结合影像诊断、影像导航、介入治疗和外科等学科所形成的计算机辅助科学是计算机在医学应用新的发展方向。图像融合技术有助于计算机辅助科学的成熟,特别是三维图像融合的研究与开发。
随着PACS在医院逐渐推广应用,为多种影像学技术的综合应用提供了广阔空间,加速了图像融合的发展。有人利用图像融合建立自动识别警告系统,校正PACS进行图像存储及归档的错误[10]。
远程医学是网络时代产物,是实现医学资源全球共享的方式。图像融合在远程医学中有广阔的应用前景。如进行远程手术,将多模图像融合成多参数、仿真人体模型,配准到术中真实器官上,可有效指导制定远程手术计划,有助于顺利实施手术[11]。
综上所述,医学影像的融合是利用计算机技术将多项检查成像的特征融合在一起,重新成像;影像融合既保留了原有的后处理技术,又增添了新的内容;它是信息融合技术、数字化技术、计算机技术等多项技术的综合和在医学影像学应用的深入和扩展。医学影像的融合将会带动医学影像技术的又一次更新,并将是影像医学新的发展方向。
【参考文献】
1 康晓东.计算机在医疗方面的最新应用.北京:电子工业出版社,1999,46-70.
2 Hill DL.Medical image registration.Phys Med Biol,2001,46:R1-R45.
3 Liehn JC,Loboguerrero A,Perault C,et al.Superimposition of computed tomography and single photon emission tomography immunoscintigraphic images in the pelvis:validation in patients with colorectal or ovarian carcinoma recurrence.Eur J Nucl Med,1992,19:186-194.
4 Turkington TG,Jaszczak RJ,Pelizzari CA,et al.Accuracy of registration of PET,SPECT,and MR images of a brain phantom.J Nucl Med,1993,34:1587-1594.
5 Alpert NM,Bradshaw JF,Kennedy D,et al.The principal axis transformation:a method for image registration.J Nucl Med,1990,31:1717-1722.
6 Bacharach SL,Douglas MA,Carson RE,et al.Three-dimensional registration of cardiac positrom emission tomography attenuation scans.J Nucl Med,1993,34:311-321.
7 丁里,朱之庄,武绍远,等.标准化神经影像融合技术及临床应用研究.中国医学影像技术,2000,16(2):88.
8 汪家旺,罗立民,舒华忠,等.CT、MRI图像融合技术临床应用研究.中华放射学杂志,2001,35:604.
9 Cothren RM,Shekhar R,Tuzcu EM,et al.Three-dimensional reconstruction of the coronary artery wall by image fusion of intravascular ultrasound and bi-plane angiography.Int J Card Imaging,2000,16:69.