分子影像学篇(1)

非小细胞肺癌N2淋巴结转移的危险因素分析

甲状腺功能亢进症患者记忆功能评定及脑灌注相关研究

超声探针是超声分子成像技术的关键

甲状腺结节和分化型甲状腺癌诊治指南

本刊有关文章涉及课题基金项目的标注要求

甲状腺功能亢进^131I治疗后妊娠26例临床分析

关于作者使用远程稿件管理系统的几个注意事项

磁共振分子影像研究现状及展望

关于论著文稿中中、英文摘要的书写要求

本刊对形态学图片的质量和制作要求

脑代谢显像在多系统萎缩早期诊断中的应用

本刊有关文章涉及课题基金项目的标注要求

本刊有关论文中法定计量单位的书写要求

中华医学会核医学分会第八届委员会工作总结

重视神经系统核医学的应用研究

加强SPECT／CT临床应用研究

本刊关于建立“快速通道”的有关规定

2011年本刊可直接用缩写的常用词汇

99Tcm放射性药物的发展与机遇

稿件远程管理系统作者投稿说明

荧光酶联免疫分析技术测定人甲状腺过氧化物酶抗体

18F-FLT体外监测结肠癌细胞早期放射反应

PET预测结肠癌转移潜能的实验研究

胃癌盆腔种植性转移灶摄取99Tcm-MDP一例

常见胸部肿瘤胸骨转移的核素显像特点

关于论文作者单位名称的书写要求

本刊关于建立“快速通道”的有关规定

本刊启用稿件远程管理系统

发挥核医学优势推动甲状腺癌治疗

PET／CT对多发性骨髓瘤的诊断价值

中华医学会核医学分会专业网站已正式开通

脾霍奇金淋巴瘤18F-FDGPET显像一例

中华医学会核医学分会创建网站

骨显像在儿童常见恶性实体瘤骨转移中的应用

关于论文作者单位名称的书写要求

关于论著文稿中中、英文摘要的书写要求

本刊一些常用词汇可直接用缩写

重庆市核医学专业委员会举行换届选举

PET/CT临床应用优化选择的思考

利尿肾动态显像在小儿先天性泌尿系统畸形中的应用

“数码版”核医学继续教育教材的编制

国产腺苷介入心肌灌注断层显像对心肌缺血的诊断价值

Tcm—MIBI显像评价乳腺癌新辅助化疗疗效

DXA骨密度测量质量控制中的精密度和准确度研究

PET和PET/CT对孤立性肺结节的对照研究

用γ探测仪定位法检测胃癌前哨淋巴结

对国内发展正电子放射性药物的建议

分子影像学篇(2)

【关键词】 干细胞； 移植； 心肌梗死； 磁共振成像； 分子影像学； 文献综述

近年来，冠心病的治疗研究进展很快，尤其是干细胞移植治疗心肌梗死(心梗)的实验及临床研究均取得了令人瞩目的进展，骨髓干细胞移植已成为治疗冠心病的热点之一，但干细胞移植仍有许多亟待解决的问题，其中突出的问题是无法在体示踪、识别移植后的干细胞，客观评价其疗效。分子影像学是目前可以在活体状态下在细胞和分子水平对生物过程进行定性和定量研究的新型交叉学科［1］。磁共振 (magnetic resonance，MR)分子影像学可将移植的细胞进行磁性对比剂标记，通过磁共振成像(magnetic resonance image，MR)对其进行可视化追踪，就可得知移植细胞在体内的运动信息及未来命运。MR分子影像技术由于其独特的优势，在干细胞移植研究中具有巨大的潜力。

1 心肌干细胞移植现状

1.1 移植细胞类型的合理选择

目前用于临床移植的骨髓干细胞大体分为骨髓单个核细胞群(bone marrow mononuclear cells，BM- MNCs)、骨髓间充质干细胞（mesenchymal stem cells，MSCs）、造血干细胞（hematopoietic stem cells，HSCs）、内皮祖细胞（endothelial prognitor cells，EPCs）和ACC133+细胞5种。近期，Fraser等［2］研究认为脂肪干细胞（ADSCs）也具有自我更新能力和多分化潜能，从而分化为心肌细胞，改善心功能，这为干细胞移植治疗心梗提供了另一个选择。2005年，Katritsis等［3］于冠脉内同时植入MSCs及EPCs，证实植入两种细胞的方法亦可有效再生梗死心肌。临床上由于移植细胞成分的复杂，各类细胞各有利弊［4］：BM- MNCs 成分丰富，无需体外扩增和诱导分化，但细胞分化鉴定困难；MSCs 取材方便，成本低，增殖能力强，具多向分化潜能，但需要体外扩增、诱导及分化；HSCs具有高度的自我更新和分化能力，但是细胞数量少、分离成本高；EPCs 为单一细胞群，具有增殖能力高、多能性、可自体移植特点，但细胞数量少，需要扩增；ADSCs取材方便，来源充足，但动物试验及临床验证较少。到底哪类细胞移植更有利于心脏功能恢复，骨髓干细胞的哪些组分或组分混合物最适于移植，目前动物及临床试验较少。

1.2 骨髓干细胞移植途径与时间窗选择

目前干细胞移植途径主要包括经心梗相关血管注射、心梗区局部注射和经静脉注射。2006年Freyman等［5］定量、随机比较了此3种途径治疗心梗的疗效，结果显示，心肌内及冠脉内注射MSCs较静脉注射能更有效地改善心功能，而冠脉内注射又优于心肌内注射途径，认为这种经冠脉内注射移植细胞的方法，由于其微创及靶向输送而可成为细胞移植治疗心梗的一种有前途的手段。

以往的临床研究大多在心梗后1～2周进行干细胞移植。近来Askari等［6］研究发现，急性心梗后梗死区域中具有诱导干细胞归巢作用的基质细胞起源因子1（stromal-cell-derived factor 1，SDF-1）的表达立即上调，但7 d内SDF-1表达就下降，因此认为应在急性心梗后1周内尽早进行细胞移植。2006年，Wang等［7］对20例PCI术后患者及15例冠脉正常患者进行比较，观察术后1、 3、 7、14、 21和28 d干细胞归巢因子、血管生长因子的变化，认为干细胞治疗的最佳时机为心梗后7至28 d。鉴于各研究结果不同，因此有必要寻求一个合适的时间窗，既可以完成干细胞制备，又不至于晚到影响移植的效果，使机体获益最大。

1.3 骨髓干细胞移植临床应用及疗效

2006年Boyle等［8］小结了干细胞移植的临床应用情况，结果，许多临床实验［9-11］表明骨髓干细胞移植具有明显的疗效，使梗死区组织灌注增加，心脏射血分数提高，梗死面积缩小。且众多实验证明，BM- MNCs、外周血单个核细胞和MSCs移植后，心肌安全性良好，未发生与移植有关的心血管不良事件。也有报道发现有发生支架内再狭窄和增加血管钙化的可能。

1.4 亟待解决的问题

(1)哪种细胞更适合心肌细胞再生及血管化，哪种细胞更适合心梗治疗；（2）心肌再生的最佳细胞移植数量；(3)移植的最佳时间；（4）最有效的移植方法和部位；（5）增加的心肌灌注是否可以改善心功能；（6）再生细胞与自体细胞相互作用和融合的局部最佳环境；（7）移 植的效果能持续多久，如何提高移植细胞的存活率；（8）如何标记和示踪移植细胞；（9）发现控制干细胞归巢的分子信号；（10）如何监测临床试验中可能发生的副作用和疗效评价［12］。

以上研究结果表明，对干细胞移植诸多方面的评价，有待于扩大样本量，成立骨髓干细胞临床应用研究协作组，开展多中心、大样本、随机双盲对照研究，同时结合更先进的影像检查技术才能作出最后评定。

2 MR分子影像学

1999年，美国哈佛大学Weissleder等［1］提出分子影像学概念，分子影像学即分子水平的医学成像。分子影像技术可以在分子水平实现生物有机体生理、病理变化的实时、在体、特异性成像。传统的影像诊断显示的是分子改变的终效应，即病理或解剖结构的改变，分子影像学则偏重于疾病的基础变化、基因分子水平的异常，在特异的分子探针的帮助下，分子影像技术可将基因表达、生物信号传递等复杂的过程变成直观的图像，使人们能更好地在分子水平上了解疾病的发生机制及特征，不仅可以提高临床诊治疾病的水平，更重要的是有望在分子水平发现疾病，真正达到早期诊断。

目前应用于分子影像学的技术主要有核医学、MR、光学成像（opticalimaging)3种。MRI在分子影像学应用中具有其他影像学技术不可比拟的优越性，MR分子成像的突出优点在于它的高分辨率，因无电离辐射、高的空间分辨力及软组织分辨力、可进行多次连续成像而更有可能应用于临床试验中。MR分子成像与传统MRI技术的重要区别在于将传统的非特异性物理成像转变为特异性分子成像，它的评价指标不同于传统的MRI指标，MRI不仅具有优良的空间和时间分辨率，而且还能得到血流量、局部和整体心功能以及心肌灌注和心肌代谢等组织学信息，对深部组织的分子影像学特征进行精细、准确的定位、定量分析，在细胞分子水平的功能成像将具有独特的地位和作用，是最理想的分子影像学分析技术之一，因此成为目前心肌干细胞移植疗效评价的首选方法［13］。

3 干细胞的标记及MR示踪

干细胞移植后，如何观察移植细胞的迁徙、分化以及从受体辨别供体细胞，一直是困扰人们的问题。目前有多种影像学方法被用于追踪评价干细胞移植后心脏结构功能的改变，主要包括超声、CT、单光子发射型计算机体层摄影术(SPECT)、PET以及MRI等。相比之下，MRI不仅拥有优良的空间与时间分辨率，其“一站式”扫描能够涵盖包括形态、结构、功能以及分子和基因显像等，尤其是移植磁性对比剂标记的细胞，可达到替代病变细胞而具有治疗作用的目的，同时可解决移植细胞在活体内被MR示踪的一个难题［14］。MR分子影像学标记及示踪在干细胞研究与应用中发挥着极其重要的作用。

MRI检测移植干细胞的研究主要集中在对比剂方面［15］，因为单纯利用细胞自身的结构特征很难产生理想的MRI对比效应。目前标记干细胞的MRI对比剂主要分为两大类：一类是以钆(Gd3+)为基础的对比剂，主要产生T1正性对比效应，但Gd- DTPA体内消除太快，而且体内分布没有特异性，使MR图像对比不能明显改善，同时也需要响应的设备能够快速扫描，其价格也较贵，目前有关的应用报道不多；另一类是以氧化铁为基础的对比剂，如超顺磁性氧化铁颗粒(superparamagnetic iron oxide，SPIO)，或超小超顺磁性氧化铁(ultrasmall superparamagnetic iron oxide，USPIO)［16］，或单晶氧化铁纳米复合物(monocrystalline iron oxide nanocompound，MION)都能够被干细胞吞噬，因此可被用于追踪探测微量的干细胞，其特点是产生较强的T2负性对比效应，大大提高了MRI的敏感性，克服了MR固有的缺点，且具有生物可降解性，能被细胞代谢后进入正常血浆铁池，与红细胞血红蛋白结合或用于其他代谢过程，其表面包被物可以直接与功能集团和配体进行化学结合，易于用光镜和电镜显示［17］。以上特点使氧化铁类对比剂更受关注，是目前较理想的MR靶向对比剂。SPIO不能单独有效地标记非巨噬细胞，近年来，随着分子影像学的发展，国内外对SPIO进行了广泛而深入的研究，采取一些特异方法有效标记需要移植的细胞。

国外已有一些动物实验证实，MRI可有效在体示踪SPIO标记的心肌干细胞。其动物实验多采用MRI引导下梗死心肌局部注射的方法来示踪标记细胞。Dick等［18］使用铁荧光颗粒（IFP）与骨髓干细胞共同孵育18～24 h后也获得成功标记的MSCs，利用1.5 T 场强的MRI系统先在心梗部位确定注射靶位，然后使用MR兼容的导管将IFP标记的MSCs准确、安全地在心肌靶位处注射并实时显像证实注射成功，并可追踪标记细胞的潜在疗效。Kraitchman等［19］应用Feridex及荧光染色剂与MSCs共同孵育24～48 h后，将标记的400×106个细胞局部注射至猪梗死心肌区，系列MR检查示注入细胞的低回声区逐渐变弱，病理检查发现低回声区普鲁士蓝染色阳性，证实MRI可有效检测MSCs的定位及迁徙；Hill等［20］利用IFP作为体内MR的示踪剂来标记MSCs，体外培养证实标记细胞保持活性并且标记可保持达3个月之久，并利用连续的MRI技术进行在体动物实验，证实在跳动的心脏中，MRI可准确地追踪到移植在正常及梗死心肌处的被标记的MSCs，病理荧光检查证实了相应部位标记细胞的存在。2005年Bulte等［21］应用Feridex标记的MSCs，采用MRI观察其对梗死杂种犬心肌的分化能力，心肌内注射（30～150）×106个MSCs，证实了MR导向细胞移植在移植后8周仍可示踪到MSCs，并证实了Feridex标记人、犬及猪的MSCs有效性。2003年，Baklanov等［22］经冠脉窦及冠脉途径注入Feriedex标记及未标记的BM-MNCs，然后行Gd- DTPA增强扫描，结果显示，Feriedex标记的细胞在梗死区周边细胞聚集处呈模糊的低信号区，增强后可见细胞聚集区呈现较增强前清晰的低回声信号，而未标记细胞组未出现低回声区，仅表现为梗死区心肌变薄，证实可利用MR技术及Gd- DTPA增强在心梗区追踪有磁性标记的MSCs。

尽管利用MR分子影像学示踪标记细胞，被认为是目前研究心梗干细胞移植的首选方法［13］，但我们还应该看到，MR分子影像学的研究仅处于初步阶段，还没有形成规模，目前国内在这一领域研究进行较少，还有众多的问题需要解决。目前应用的对比剂因其本身的伪影，难以精确定量检测干细胞及移植细胞数量；如何消除金属移植物产生的伪影，如何保证检查的安全性成为一个难题；就MR本身而言，实现更有效的MR引导下的心肌内干细胞注射，也需要设备的进一步发展。但在心肌干细胞移植领域，心脏MR已经成为不可缺少的部分，并且毫无疑问将会得到更广泛的应用与发展［23］。

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分子影像学篇(3)

1999年，美国哈佛大学Weissleder［1］首次提出分子影像学的概念，2005年、2007年北美放射协会和美国核医学和分子影像学协会进一步拓展其含义［2－3］：分子影像学是可在分子或细胞水平观察、定性并定量分析人类及其他生命体的生物学过程，一般包括二维或三维图像及随时间变化的信号定量图谱。分子影像学的兴起，打破了传统影像学主要反映解剖结构变化的局限，使现代医学影像学深入到了生命有机体的微观层面，实现了结构影像向功能影像的延展，为精准医学的疾病诊断提供了有效途径。分子影像学的发展，主要依赖于两个方面，其一是各种医用成像设备的不断改进和创新，如新的MR序列的开发、CT探测器敏感度的提升等；另一方面是能够提升成像敏感度、特异度的各类新的分子成像探针的研发。

由于目前医学影像学的成像手段主要为CT、MRI、核医学、超声及光学成像等，虽然这些成像技术随着现代物理学和医用电子技术的快速发展而不断改进，但目前其分辨率还远达不到单个细胞或分子成像的水平。因此，设计和开发具有信号放大效应、组织或生物微环境高度特异性的分子成像探针，对分子影像学的实现和发展至关重要。纳米材料科学的兴起，特别是其在生物学领域内应用研究的飞速发展，一个集多学科交叉的新兴学科———纳米医学随之诞生。纳米医学不仅为临床治疗学提供了质的改变，更为以精准诊断为目的的分子影像学探针的设计和构建提供了可能。分子影像学探针的设计原则必须包括两个基本条件，即明显提升的成像敏感度和高度特异的靶病灶诊断效能，同时也应满足较小的分子量、较长的体内半衰期、无细胞毒性等生物应用要求。目前，分子影像学纳米探针的分类尚无统一标准，根据不同的成像手段，可分为CT探针、MRI探针、核医学探针、超声探针及光学探针，以探针本身的特点分类，可分为靶向型和智能型，而后者更能反映分子影像学的理念和纳米探针的设计原则。靶向型探针包括主动靶向型和被动靶向型。

主动靶向型探针是借助纳米载体及各类成像剂（荧光素、核素、顺磁性复合物等），将对靶病灶具有特异性亲和力的靶向剂（抗体、肽、小分子化合物等）与之连接，通过探针与组织靶点的直接结合而成像。合适靶点的选择是该类探针成像的关键。如超小超顺磁性氧化铁（USPIO）标记的精氨酸－甘氨酸－天冬氨酸（arg－gly－asp，RGD）序列可被恶性肿瘤细胞和新生血管过表达的整合素αvβ3识别并与之结合，实现了肿瘤的特异性MR成像［4］；放射性核素124I标记的抗血管内皮生长因子（vascularendothelialgrowthfactor，VEGF）单克隆抗体HuMV833可有效结合肿瘤内过表达的VEGF，完成肿瘤血管生成评价的PET成像［5］；双靶向功能的多肽（Angiopep－2）与掺杂Gd3＋的转换发光纳米晶体结合，可在有效穿越血脑屏障的同时，与脑胶质瘤特异性结合，实现了双靶向条件下的MRI／荧光双模态成像［6］。被动靶向型探针是利用组织、器官或靶病灶区特定的生理或病理生理特点，如网状内皮吞噬系统的巨噬细胞或肝细胞的特异性识别和吞噬、肿瘤新生血管的不完整性和淋巴功能缺陷所产生的高通透性和滞留（enhancedpermeabilityandretention，EPR）效应，设计合成相应的分子探针，在不借助靶向剂的条件下，达到在靶组织或病灶区被动富集的目的。被动靶向型探针最早用于肝脏特异性成像，并已成功地用于临床（Eovist?和MultiHance?）。肿瘤EPR效应的发现为被动靶向纳米探针的研发提供了更多的空间，且纳米探针尺寸为70～200nm更容易实现。有研究者［7］将被动靶向纳米探针用于心血管疾病的特异性成像，通过设计具有较高T1弛豫率，且可被动脉粥样硬化斑块区巨噬细胞识别并吞噬的超小NaGdF4纳米探针，成功实现了动脉粥样硬化斑块的特异性成像。但靶向型探针在分子影像学中的应用也具有一定的局限性。首先，主动靶向型探针较易被体内的免疫监控系统发现，并在其靶向剂表面形成“蛋白冠”，极大地影响了探针与靶点的结合效率；其次，靶向型探针仍存在背景噪声高的缺点，因此需要一段时间将血液中的探针完全清除后才可更好地显示与靶组织结合的纳米探针的信号。

智能型探针又称可激活型探针、感应型探针，是一类可特异性响应组织微环境变化，并通过影像学信号改变进行成像的分子影像学探针的统称。与靶向型探针比较，因智能型纳米探针仅在被特定的分子事件激活时才会产生或明显放大成像信号，其成像的信噪比明显提高。可引起智能型探针信号变化的组织微环境或分子事件主要有：肿瘤组织pH值的降低，H2O2含量的增加，发生肿瘤、肝损伤、阿尔海默兹病等，病变区还原性巯基化合物谷胱甘肽（GSH）含量增加，细胞早期凋亡事件发生，胞浆内半胱天冬酶－3（caspase－3）的激活等。有研究者［8］以PEG为壳，磷酸钙限制的Mn2＋为核构建了一种可用于肿瘤乏氧区成像的分子探针，当探针进入肿瘤后，肿瘤乏氧区更低的pH值可引起磷酸钙的溶解，从而释放出其限制的Mn2＋，引起局部T1弛豫率的明显升高，进而成功绘制出肿瘤内乏氧区的地图，为临床提升肿瘤治疗效果提供有效帮助。此外，将探针内引入双硫键并被体内增加的GSH所打断的设计，成功实现了反映病变区氧化还原状态的分子水平成像（荧光、19F－MRS、MRI等）［9］；通过引入可被caspase－3识别并切断的氨基酸序列，探针能够在激活的caspase－3作用下实现小分子单体间的聚集，引起成像信号的明显放大，进而可反映细胞早期凋亡事件的发生［10］。前述两类分子探针的研究介绍尚不能完全囊括分子影像学探针研发的全部工作，在此基础之上，将分子影像学探针的功能进一步拓展，如同一体系的多模态成像、影像介导下的治疗协同增效等，均取得了较好的效果。介入分子影像学的发展，进一步拓宽了分子影像学探针的应用研究范围，使非靶向型探针应用于分子影像学成为可能，并有望克服光学分子成像探针组织穿透深度的局限，促使其向临床应用转化。但目前分子影像学探针的研究基本处于细胞或动物实验水平阶段，实现临床转化还任重而道远，因此需要研究者不断积极地求真探索。

作者：王培军 沈爱军 单位：同济大学附属同济医院影像科

分子影像学篇(4)

关键词：医学影像技术；实际应用；技术改进

【中图分类号】R541.4【文献标识码】B【文章编号】1672-3783(2012)07-0119-01

引言：医疗影像技术的进步是离不开现代科学经济的进步，网络时代的革新掀起了各行各业在技术上的突破，医学影像学是医疗领域重要的医疗技术，通常应用于放射科、B超，彩超、CT、核磁共振等科室。而现阶段很多医院仍处于使用最多的常规X线机，只是医学影像技术的模拟方式，除了部分使用了影像电视X线机外，绝大多数都只能用胶片记录，对拍摄的图像处理、存储传输都受到极大的限制，给医生诊断病例上也带来很大的困难，为此，在医学领域中，医院应该在医学影像技术方面有所突破，把医学影像技术和计算机网络相结合，让医学影像以数字方式输出，使这些影像数据可直接用计算机技术进行处理、传输和存储，从而导致医学影像诊断技术的革命性变化。

1医学影像技术的实际应用

医学影像技术在医学领域里有其重要的作用，在实际应用方面也可分为三类分析：一是，医学影像技术室医院信息系统的基本组成部分，无论是在农村医疗条件差的地方，也可远处医疗通过医学影像技术，及时传患者的信息、医学图像和诊疗信息等，实现了远程医疗的发展。二是，用在医院放射科部门。医院的放射医疗室最需要有足够的图像显示技术，通过医学影像技术可以在高速通信网络的辅助下，实现把影像和静止图像同传的能力。三是应用在医院内部的图像分发系统里，特别是在急诊室和特护房。随着网络计算机的信息系统的引入，医学影像技术将信息集成在操作模式中，在信息提取中更为便捷。无论医学影像技术在那个方面的实际应用都能起到它关键的作用。

2医学影像技术方面的技术改进

X射线是医学发展技术中最早的图像装置，应用中可以让医生顺利观察到人体内部结构，为医生诊断疾病提供重要的信息。但影像技术也在不断的探索中进行改进，超声、磁共振、单光子等断层成像技术和系统的大量涌现，在医学影像技术上也有所突破，让医生在出示诊断中提供更为详细、精确的信息依据。随着计算机的发展，数字成像技术越来越广泛，正逐步替换传统的屏片摄影，医学影像技术的得到了全新的突破和发展，实现将数据远距离传输，远程诊断，提高了患者诊断病例的效率，而现阶段，医学影像技术的改进还是需要的，新型的分子影像技术，正在一点点渗入到医学影像技术革新中，分子成像的出现，为新的医学影像时代到来带来了曙光，为治疗彻底治愈某种疾病提供了可能；同时磁源成像技术也是医学影像技术的一个改进，用于检测心脏或脑，从而得到心磁图，脑磁图；单光子发射成像和正电子成像也是核医学的两种技术，也是根据医学的放射性示踪原来景象体内诊断；对人体加电压，检测电极间流动的电流，得到阻丝电导率变化的图像，也叫阻抗成像，因其分辨率高，对人无害的特点，开始实现其实际应用；还要光学成像等等，以上的几种技术都是医学影像技术的研究热点，是要以最安全、最大经济效益出发点，将医学影像技术达到更为先进的技术，造福人们。

3结语

通过对以上医学影像技术的分析，可以看出医学影像技术的发展仍需要一个渐进的推广过程，近年来，临床手术和治疗方面正在朝着微创或无创的方向发展，这种技术的实施是离不开医学影像技术的辅助的，为，微创、无创手术或治疗的精准定位打下了基础，通过接下来的医学影像技术的不断完善、改进，一系列的如磁共振谱（MRS）、正看电子发射成（PET）、单光子发射成像（SPECT）等等技术的发展，将会对医学治疗技术有更大的突破，对脑、肺等各个部位的成像都能提供更多有用的信息，不仅给医生一个很大的治疗帮助，同时还让患者在治疗过程中，省时省力，减少患者在治疗中的痛苦，提供了治疗效率。

参考文献

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分子影像学篇(5)

关键词：GIS；矢量数据；遥感影像；线状地物；边缘检测

中图分类号：TP751 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）01-0039-02

1 引言

线状地物是地类调查的重要内容，是图斑划分的重要依据。线状地物提取对于遥感影像解译、GIS数据更新具有非常重要的意义。根据线状地物在地图上的宽度，可将其分为单线型和双线型：宽度大于等于2mm属于双线型，否则是单线型。在GIS数据和遥感影像配准的基础上，根据线状地物对应矢量数据的类型，分别采取不同的提取策略。

2 相关研究

线状地物提取方法分为基于单一遥感影像和基于多源数据。Shao等[1]通过局部排序和判断方案检测道路中心点；Rodríguez-Cuenca等[2]提出三阶概率标签松弛法在分类后提取线状特征。后者又可细分为基于相同的数据源和基于不同类型的数据源。Wei等[3]基于不同时段的影像生成目标掩模，通过分类、形态学操作和直线识别提取大尺度的人造线状地物。线状地物有对应的矢量，用已有的GIS数据为向导能有效简化地物检测、识别等过程。董明等[4]用矢量数据构造缓冲区检测道路。上述研究主要针对单线型线状地物，本文研究GIS辅助下的双线型线状地物提取方法。

3 GIS辅助下的双线型线状地物提取

3.1 数据配准

遥感影像普遍采用以像元为单位的栅格格式存储，而GIS数据主要以点、线、面为单元的图形矢量格式存储，两者结合的首要问题是数据配准。矢量地形图由正射影像得到，已经过正射校正。因此，只需对遥感影像进行相对几何校正，即可完成配准。通过选取控制点，计算矢量坐标和影像坐标之间的仿射变换参数；超过5个控制点时，对卫星影像可使用严格几何模型计算初始外参数，对于航空影像可通过粗略空间后方交会计算初始外方位元素。利用外参数将矢量图层反变换到影像空间。

3.2 双线型线状地物提取

在遥感影像上，不同地物具有不同的光谱特征。为了更好区分具有一定宽度的双线线状地物，先进行像素聚类，然后选取种子点在矢量数据形成的缓冲区内实施区域生长，再执行数学形态学的膨胀、腐蚀进行优化，最后利用边缘检测算子提取双线线状地物的边缘。

（1）模式分类。K-均值法以确定的类数和选定的初始聚类中心为前提，使各模式到其所属类别中心的欧氏距离之和最小。本文采用按批修改法，在所有待分类模式按最小距离原则划分类别后，再计算各类的中心。采用K-均值法对地物分类的结果如图1所示。

（2）区域生长。区域生长先对每个待分割的区域找一个种子像素作为生长起点，然后将种子周围与其性质相同或相似的像素合并到种子所在区域，把新增像素当作新的种子重复上述过程，直到再没有满足条件的像素可被包括进来。本文手工选取种子点，以旧矢量地形图向两边各拓展一个缓冲区形成的多边形作为区域生长范围。由于影像已分类，灰度阈值可取1。为说明聚类的必要性，图2给出了对图1执行区域生长的结果，两条细线是旧矢量向左右各拓展一段距离形成的缓冲区。从原始影像上可以看到，实际的河流变窄了，河流与两边的河床均有一段距离，而图2（a）的区域生长结果有一侧贴近河床，明显错误，图2（b）正确。

（3）形态学操作。数学形态学是根据集合代数与拓扑论而提出的新的图像处理方法，它将对象模型化，对集合进行研究。数学形态学的两种主要运算是腐蚀和膨胀。影像分类并执行区域生长后，存在着许多类似“椒盐噪声”的白色斑点，为了方便后续提取边缘，需要去除噪声，这里使用形态学处理方法，对图2（b）进行膨胀、腐蚀各一次，结果如图3所示。膨胀操作“抹去”了大量的白色斑点，为了保持原有地物的形状，用腐蚀操作抵消因膨胀造成的面积增大。

（4）边缘提取。在形态学处理的基础上用Roberts算子提取河流边缘，结果如图4所示。

4 结语

本文提出了一种在GIS数据辅助下的双线型线状地物提取方法，先对遥感影像预处理，配准两种不同类型的数据，然后进行K-均值分类，实施区域生长，通过形态学操作优化区域生长结果，最后采用Roberts算子提取边缘。实验结果表明，该方法能够准确地检测出双线型线状地物的边缘，是一种有效的遥感影像线状地物提取方法。

参考文献

[1]Shao Y， Guo B， Hu X， et al. Application of a Fast Linear Feature Detector to Road Extraction From Remotely Sensed Imagery[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing， 2011， 4（3）： 626-631.

[2]Rodríguez-Cuenca B， Malpica J A， Alonso M C. A Spatial Contextual Postclassification Method for Preserving Linear Objects in Multispectral Imagery[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing， 2013， 51（1）： 174-183.

分子影像学篇(6)

关键词：影像分割；面向对象；高空间分辨率

1. 引言

高分辨率遥感影像包括高空间分辨率、高时间分辨率和高光谱分辨率。其中，高空间分辨率影像能够为我们提供丰富的地物形状、纹理等信息，因此对于提升地物识别的精度有很大帮助，如今，多颗卫星都可以有偿提供空间分辨率高达米和亚米级的遥感影像数据，本文的高分辨率遥感影像主要是指高空间分辨率的遥感影像。

近年来，面向对象的遥感影像分析和处理方法得到广泛应用，这种方法与传统的基于像元的分析方法不同，它是将若干像元按照一定的规则合并为“对象”，再对对象进行分类的方法。显然，如何合理地把像元合并为对象，是面向对象方法成败的关键。把像元合并为对象这一过程，在遥感中，称为影像分割。影像分割是指将影像分割为若干对象区域，每个对象区域内的像元之间具有较好的相似性，同时保证对象区域之间有较大的异质性。这种相似性通常是指灰度、色彩、形状和纹理等特征。在计算机视觉领域，已经产生了很多种图像分割算法，但是这些算法往往难以直接应用到遥感影像上，这是因为遥感影像的成像方式具有特殊性。对于高分辨率遥感影像而言，其空间分辨率高、纹理信息非常丰富，但是其光谱信息相对不足，再加上遥感影像的分析通常要从不同的尺度着手，因此如何更好地对高分辨率遥感影像进行分割是亟待解决的问题。本文主要总结了适合高分辨率遥感影像的分割方法，并在此基础上提出了未来的热点和发展趋势。

2. 高分辨率遥感影像分割方法

遥感影像的分割方法大体上可以分为两类：自上而下型和自下而上型。自上而下型又称为知识驱动型，是根据知识规则和先验模型来直接指导分割过程。自下而上型又称为数据驱动型，是根据影像数据自身的特征直接对影像进行分割，通常所说的遥感影像分割多属于这一类型。

然而，更多学者倾向于从分割原理入手对分割算法进行分类。按照分割原理来分，可将遥感影像分割方法分为四类：一是传统的基于像元的分割方法，包括阈值法、最近邻法、聚类法等；二是基于边缘检测的分割方法，包括Canny算子，Sobel算子等；三是基于对象或区域的分割方法，包括像元合并等；四是基于物理模型的分割方法，这类方法由于原理复杂，通常较少采用。除此之外，在这些方法的基础上，又衍生出一些新的数学方法，也获得了广泛的应用。由于遥感影像通常是多波段的灰度图像，因此灰度图像分割方法扩展到彩色空间即可应用于遥感影像[1]。

2.1 基于像元的分割方法

阈值法是最简单的图像分割算法，一般单波段影像是由不同灰度级的像元所组成的，这一点可以从图像的直方图上明确看出，不同的灰度级都有对应的像元数量，选择合理的阈值就可以将图像分割为若干对象区域[2]。这种方法原理简单，不需要先验知识，设计容易且速度快，特别是当影像上感兴趣目标所在区域的灰度值与周围相差很大时，能有效地执行分割。但是当影像中像元间的灰度差异较小，或者灰度范围重叠较大时，这种方法的结果往往不够理想。根本原因，就是阈值法只考虑了像元灰度这一单一属性，忽略了其他诸多信息，所以这种方法在对高分辨率遥感影像进行分割时，难以扩展到多波段彩色空间，因此较少被采用[3]。

2.2 基于边缘检测的分割方法

基于边缘检测的分割方法通常是寻找影像中灰度值突变的地方来确定局部区域的边缘。这种突变可以通过对影像灰度变化求导来检测到边缘位置，例如一阶导数的峰值点和二阶导数的零点位置。常用的一阶算子有Roberts， Prewitts， Sobel算子等，二阶算子有Laplacian，Canny等。由于这些算子对噪声异常敏感，因此在对图像进行边缘检测前要先进行影像滤波，但实际上滤波会在一定程度上降低边缘检测的精度。边缘检测法的另一个难点是在于生成一个封闭边界，特别是在边界模糊或者边界过多时，很难获得一个理想的闭合边界。

2.3 基于区域的分割方法

基于区域的分割方法主要是依据像素之间的相似性来形成局部区域，从而获取分割结果。这类方法按照分割方向可分为两类，一类是区域生长，另一类是区域分裂（与合并）。区域生长是从影像中选取若干像元作为种子，然后从这些种子出发，选取适当的相似性度量，来对种子邻域的像元进行判断，将相似的邻域像元与对应种子连接，如此重复，直到所有像元被归并到相应的种子区域中。而区域分裂是从整幅影像出发，将同质性较差、异质性较强的区域分裂开，形成子区域，然后继续对子区域进行区域分裂，如此重复，直至所有子区域都被视为满足条件的同质区域，则分裂停止，在分裂的基础上，也可以结合区域合并共同应用。基于区域的方法对噪声不敏感，而且容易扩展到多波段的遥感影像上，因此，这类方法在遥感中常常被采用。

该类方法随着德国Definiens Imaging公司商业化遥感影像处理软件易康（eCognition）的诞生，而引起了广泛的关注。易康软件中基于面向对象的思想提出了一种分形网络演化算法（FNEA），结合模糊分类的理论，通过多参数的调节来不断的优化多尺度分割的结果，是目前该类算法中效果最好的。

2.4 基于物理模型的分割方法

影像的物理模型是从影像的成像过程得来的，物理模型描述了影像数据与真实地表特征、大气作用、光照条件及成像硬件设备等因素之间的关系。对于高分辨率影像而言，由于其丰富的地表细节信息，使得外界条件变化，包括太阳光照射、阴影等因素，对其成像过程产生较大影响，加之“同物异谱”和“异物同谱”现象的存在，使得获取较好的影像分割结果变得异常困难。因此，通常的基于物理模型的方法，都要求满足一定的约束和条件，因此在应用中受到很大局限。但是，由于物理模型具有严格的解析意义，因此仍然是一个值得研究的方向。

2.5 其他方法

数字影像在实际处理中，往往被视作一幅影像矩阵，因此，可以结合矩阵论的思想来对基本分割方法进行扩展，以此提升分割结果的准确性。

基于数学形态学运算的分割方法已经被广泛应用到遥感影像中，包括腐蚀运算、膨胀运算、开运算和闭运算等。但是这种方法显然只能应用于单波段图像处理，因此往往要对多波段遥感影像获取主成分，然后对包含所需信息最多的主成分进行形态学运算。形态学最著名的分割方法就是分水岭算法[4]，其实质就是一个对二值图像进行连续腐蚀的过程，速度快但是容易产生过分割现象[5]。

基于马尔科夫随机场的分割方法，从统计学角度对原始影像进行重建，例如提取影像的纹理特征参数等[6]。

基于小波变换的分割方法，可以将数字信号转换为频率进行运算处理，可以较好地保持影像数据的结构信息。

深度学习的方法近来也被应用到影像分割中。深度学习是基于神经网络的方法，神经网络很早以前就被应用到图像处理和模式识别中。深度学习是将影像分割转化为其他问题，例如分类和能量极化等。但是深度学习方法需要大量的训练样本，而且训练时间较长，对于数据量较大的遥感影像，其效率会很低。

3. 结论与展望

遥感影像分割一直是遥感预处理过程中重要的一环，尤其是在进行影像分类时，如何提高分割精度始终是个难点。本文在调研了国内外诸多遥感影像分割方法的基础上，对其进行了归纳总结。事实上，对于高分辨率遥感影像而言，一个好的分割算法应该具有如下特点：首先，依据不同的应用目的，能够获得准确的地物边界；其次，在不同的尺度上，都能获得相对一致的界；第三，能够利用遥感影像的多维特征，例如空间、光谱、时间特征等；第四，算法效率较高，毕竟遥感影像的数据量较为庞大。

近年来，遥感技术的不断发展，使得遥感影像的空间分辨率已经进入亚米级时代，很多传统的分割方法已经无法满足高分辨率影像信息提取的要求。因此，遥感影像分割的未来发展方向应集中于以下几点：第一是在像元基础上，形成多尺度以及多层次的对象或区域，利用多尺度和多层次来丰富可用的影像特征；第二是将不同数据源的分割结果利用数据融合方法有机统一起来，形成更准确的分割结果体系；第三是将单波段的方法较好的扩展到多波段的彩色空间，甚至到高光谱数据中。

参考文献：

[1] V. Dey， Y. Zhang， and M. Zhong， A review on image segmentation techniques with remote sensing perspective： na， 2010.

[2] J. Jiang， Z. Zhang， and H. Wang， "A new segmentation algorithm to stock time series based on PIP approach，" in Wireless Communications， Networking and Mobile Computing， 2007. WiCom 2007. International Conference on， 2007， pp. 5609―5612.

[3] Y. Tarabalka， J. Chanussot， and J. A. Benediktsson， "Segmentation and classification of hyperspectral images using minimum spanning forest grown from automatically selected markers，" Systems， Man， and Cybernetics， Part B： Cybernetics， IEEE Transactions on， vol. 40， pp. 1267―1279， 2010.

[4] Y. Tarabalka， J. Chanussot， and J. A. Benediktsson， "Segmentation and classification of hyperspectral images using watershed transformation，" Pattern Recognition， vol. 43， pp. 2367―2379， 2010.

分子影像学篇(7)

【文献标识码】A

【文章编号】2095-6851（2014）04-0526-02

传统的血管造影作为金标准可以观察管腔狭窄程度，但不能评价管壁，不能较好的显示非钙化斑块的稳定性，而许多急性冠状动脉事件是由斑块的成分决定的，并非单纯取决于管腔的狭窄程度。因此需要其它影像学方法观察冠状动脉管壁和斑块的类型，包括有创检查，如血管内超（IVUS），光学相干断层成像（OCT），还包括无创性的检查方法，如多层螺旋CT（MSCT）和磁共振成像（MRI）。

先前研究中，大多通过病理检测内膜剥离术或尸解标本中斑块内新生血管，评估斑块的稳定性，因此在临床应用中受到一定限制。而人们新生血管在动脉粥样硬化中重要作用的认识促进相关影像学的发展，理想状态的一种显像技术应是无创的，可重复性较高，适用于各部位（包括浅表血管、心脏、腹部血管等），时间、空间及对比分辨率应相对较高。但现有技术（主要包括MRI，CT，PET，超声）均各有所长；迄今为止，还有某一技术完全满足上述条件。

（二）超声 超声是一无创的、空间及时间分辨力均较高的影像学技术，已广泛应用各部位动脉粥样硬的检查。常规超声可通过对斑块回声及形态等方面的简单分类方法来发现潜在不稳定斑块，但常规超声对溃疡斑和斑块内出血的检测并不可靠，其敏感性分别约17%-43.5%和44%-100%，而且该技术对操作者的主观性依赖较强；对深部血管（例如主动脉或冠状动脉壁）显像质量欠佳；并不能直接探测斑块内的新生血管。

2 CTCT是用X线束对人体某部一定厚度的层面进行扫描，由探测器接收透过该层面的X线，转变为可见光后，由光电转换变为电信号，再经模拟/数字转换器（analog/digital converter）转为数字，输入计算机处理。图像形成的处理有如对选定层面分成若干个体积相同的长方体，称之为体素（voxel）。扫描所得信息经计算而获得每个体素的X线衰减系数或吸收系数，再排列成矩阵，即数字矩阵（digital matrix），数字矩阵可存贮于磁盘或光盘中。经数字/模拟转换器（digital/analog converter）把数字矩阵中的每个数字转为由黑到白不等灰度的小方块，即像素（pixel），并按矩阵排列，即构成CT图像。所以，CT图像是重建图像。每个体素的X线吸收系数可以通过不同的数学方法算出。

3 MRI MRI应用于冠状动脉成像已有l0多年的历史，主要的技术障碍是呼吸和心脏的运动伪影，空间分辨力不高及在管腔、管壁及周围组织需要形成较高的对比。 目前使用的是呼吸导航（Navigator）技术，允许自由呼吸的条件下采集数据，加上3 D实时的定位扫描，不仅允许更准确的抑制呼吸运动伪影，而且大大提高了空间分辨力。克服心脏运动伪影的方法是在舒张中期（心脏运动幅度最小的时期）采集信号。为了确定特定患者的触发延迟和采集窗，正确的探测R波非常重要，此可通过ECG门控解决 。空间分辨力的提高，必然会导致扫描时间的延长。提高空间分辨力的主要方法是缩小成像的FOV，所面临的问题是出现卷褶伪影。目前，在活体冠状动脉MRI成像的平面内最高的空间分辨力为0.46mm×0.46mm，离体冠状动脉MRI最大的空间分辨力是0.1mm×0.1mm。冠状动脉成像大多采用12准备脂肪抑制分段K空间3D梯度回波成像（SSFP），即白血技术，使冠状动脉表现为高信号。但是，高信号并不代表真正的管腔，而是代表血流状态。对于血流信号中断或减弱的患者，可能是冠状动脉狭窄造成的，也可能是血流动力学的紊乱造成的，对于这部分患者，增强MRA有助于区分真正的管腔狭窄和血流动力学的异常。

4 放射性核素显像 放射性核素显像能探测出器官组织的早期和细微病变，它通过应用放射性核素相关标记化合物（即示踪剂）和体内示踪技术，可在很短的时间内准确、灵敏地对放射性分布变化进行定量分析；而局部组织摄取示踪剂的量和速度与其血流量、功能状态、代谢率或受体密度等密切相关。因此该技术可对组织器官的功能状况进行显像；但因其具有放射性，价格较昂贵，空间分辨率相对较低，在临床应用中受到一定限制。近年来正电子发射型计算机断层扫描显（Positron Emission Tomography ，PET）已用于肿瘤内血流情况的评估。 PET/CT 是把PET 与CT 两种影像诊断技术有机结合在一起。它不仅能诊断出器官组织的早期和细微病变，且可诊断出病变区的精确解剖位置和形状，是目前最佳的肿瘤酶成像分子影像技术。