扩散体系（精选七篇）
扩散体系 篇1
1 复合体系驱油渗流机理
碱,聚合物,表面活性剂。上述3种化学试剂中无论哪一种单独驱油都能在不同程度上提高采收率,实验表明,复合体系的驱油效率比单一的化学剂驱油效率要高,例如,碱与聚合物的二元复合驱油,每增加一桶油,化学剂的成本比普通化学驱要低。
1.1 亲水多孔介质中复合体系驱油渗流机理
实验观察到,乳化过程并不是完全可逆的,只要界面张力瞬时达到超低,就产生乳化,过后张力又有所上升,乳化的油珠也不易聚并,因而,瞬时界面张力值对于残余油的乳化是重要的。当注入段塞太小时,化学剂被完全吸附,驱替过程就变成水驱油的状况,原来被启动的油就又重新被滞留下来,只改变残余油被捕集的地方。聚合物的加入增加了水相的黏度和油水的界面黏度,既控制了水的流度,又增加了驱替液的携油能力,这些都有助于采收率的提高。
1.2 亲油多孔介质中复合体系驱油渗流机理
水驱残余油以油膜形态存在于孔道表面或在小孔道中,当复合体系注入后,与残油接触,使附着于孔道表面的残余油膜变形,沿孔道表面流动。从岩石颗粒延伸下来的条带状或丝状的油搭在下游的颗粒上,形成油桥,油桥可以断裂,也可以重新接通,从颗粒上延伸下来的油丝也可以在液流中摆动或者断裂。当复合体系继续注入时,残余油被乳化为油包水乳状液,沿孔道表面流动,或形成油桥流动。乳状液可被复合体系夹带,成团状流动。复合体系流动时,可带动孔道表面的乳状液流动。油包水型乳状液可聚,并汇合成大面积的乳状液区。油包水乳状液黏度较大,促使复合体系进入小孔道中或绕流区,驱动这些地方的油,改善波及效率和驱油效率,高酸值的某些原油,乳化的程度更大,并且形成一些多重乳状液。
2 吸附对流扩散的影响实验研究
由于各种化学剂的物理化学性质不同,因而,它们在液液和液固相互作用中的消耗也就不同,在渗流过程中的运移滞后程度也就不同。运移滞后差形成了色谱分离现象[2]。三元复合体系段塞在渗流过程中的流出浓度变化曲线。纵坐标为各化学剂的相对浓度,横坐标为注入孔隙体积倍数。从实验图表可以看出,聚合物、碱及表面活性剂都有自己的流出曲线分布。首先流出液时间不同,相对浓度极值大小不同(这表示渗透过程中消耗不同),相对浓度出现时间不同;横坐标上相对浓度比例不断变化(在整个横坐标上起始点,终点除外),这表明配制好的三元复合体系一旦被注入地下,就会遭到相应环境下不同程度的破坏。
3 化学剂在多孔介质中的吸附对流扩散的作用
在复合驱过程中,化学剂的影响因素有许多,其中包括:扩散、弥散、化学剂在各相中的分配(此三项可示为综合扩散作用)、吸附、化学反应、离子交换及滞留捕集(可归纳为综合吸附消耗)等。
假定在两种液体之间没有扩散现象存在,既得到波动微分方程:
C——扩散剂浓度——液流的真实速度
将(1)式结合三元复合体系驱油实际进行修正,得到:
Cm最大吸附浓度C——吸附浓度K——吸附常数
当K=0时,括号内的值等于1;当K≠0时,括号内的值大于1,它取决于吸附程度。
T——注入一个孔隙流体所需时间。取C=0.5 C0,则V为与C相对应的V0.5,式(3)即为:
这样,式(2)括号内的值为定值,则式(2)可写为:
式(5)的解析式为:
(6)为吸附对流扩散方程解析式,用于预测复合体系驱替过程中不同位置,不同时间的化学剂相对浓度的变化。应用此式处理实验数据,求方程中所需要的参数,再对方程加以变换。
在实验模型的出口端,X=L,同时考虑复合体系驱水的实验数据分布直线,即令:
此时(6)式可写为:
当式子中V=θVp时,C/C0=0.5,因此有
V0.5——相对浓度等于0.5时化学剂注入体积[3]。
实验表明,当有综合吸附存在时,θ值总大于1,也就是当化学剂的浓度到达0.5时的注入流体体积总大于孔隙体积。当吸附作用存在时,碱和表面活性剂在多孔介质中传输必有一定程度的运移滞后。对于聚合物虽然存在吸附作用,但由于存在不可入孔隙体积和摩阻效应,所以它的值往往都小于1。
这是大分子聚合物在多孔介质中传输的一个重要特征。中二区块虽然地层压力不高,但它的饱和压力明显高于其他区快,所以合理流压最高。在实验条件下聚合物的θ值为0.91,碱的θ值为1.24,表面活性剂的θ值为3.65。根据实验数据,求得聚合物的D为0.025,碱的D为0.195,表面活性剂为0.788。
4 结论
结合不同多孔介质中复合体系的驱油特性及驱替液的携油能力,这些都有助于采收率的提高,关乎油井产量递减幅度加大等问题。
通过实验分析三元复合体系段塞在渗流过程中的流出浓度变化曲线及复合体系驱水的实验数据分布均为直线,渗流过程中吸附对扩散的影响。
在复合驱过程中,结合油田实际情况,通过推导理论公式计算出各区域油井吸附对流扩散方程解析式,用于预测复合体系驱替过程中不同位置,不同时间的化学剂相对浓度的变化,体现化学剂在多孔介质中的吸附对流扩散的作用。
参考文献
[1]威连庆.纵向非均质厚油层聚合物驱油影响因素数值模拟研究[M].北京:石油工业出版社,1999.
[2]陈涛平,胡靖帮.石油工程[M].北京:石油工业出版社,2000:213-230.
扩散体系 篇2
关键词：LED扩散板,扩散性能,柔和舒适,能源高效的利用
0 引言
LED产业是广东省三大战略性新兴产业之一，而佛山作为广东商业照明重地，在照明领域拥有天然优势。LED作为一种新型节能高效光源，佛山目前共有300多家企业从事LED产品生产和配套，大部分企业都是从传统照明转入了LED领域。300多家企业都在转型升级，急需LED产品的创新。
1 国内同类产品和技术现状分析
目前佛山市LED照明产业规模以上企业近300家，工业总产值超过200多亿元，从芯片研究、装备制造、LED外延片和芯片制造、大功率封装、应用产品开发、中试及生产、产品检测到市场流通的LED全产业链已经初步形成，南海区和禅城区的LED产业集聚趋势特别明显。
但产品的欠缺创新设计，缺乏高科技的元素，产品的“创新”。LED日光灯、LED灯泡等，其照明效果与传统照明产品相比还有很大差距，只是打着LED名号，没有真正发挥LED在室内外照明的长处。主要原因就是很多生产厂商没能正确认识常规照明灯的照明方式和要求的特殊性，只是依葫芦画瓢，按照常规照明灯具的模样制作，认为：外观相同就是灯、发光体就是灯、照明节能就是灯。这样单纯的想法完全忽略了LED照明的优势，LED扩散板只是运用PMMA、PC、PS板起遮盖和保护作用。行业内尚无LED扩散板光扩散的性能评价体系。
2 LED扩散板光扩散研究的前景与预测
研究的顺利实施，将提高LED产品的美观性，扩大LED灯产品的运用范围；大大的降低能耗，有效的利用电能。
研究成果产业化的研究重要成果之一就是一个经过测试和试用合格的产品，具有产业化的先决条件。参与研制的企业技术力量雄厚，勇于创新，不断开拓，获得了多项殊荣，当中包括：广东省高新技术企业、消费者信赖品牌、佛山市科技进步奖、联合国指定供应商等，并获得了十多项产品专利。有较强的科研能力，拥有一体化的生产流水线和仪器设备完善的产品测设备，保证产品的质量，为产业化打下坚实的基础。
3 研究LED扩散板光扩散的性能评价的实践探索
3.1 具体研究开发内容
研究LED扩散板光扩散的性能评价和利用。首先，用LED灯替代传统灯具。在相同照明效果下，LED灯比传统照明灯具节电60%以上，而且寿命长，属于典型的绿色照明光源。根据室内环境的艺术要求，用户的功能性需求，选择灯具的造型和LED灯具扩散板和扩散板的参数，达到LED灯技术上的创新。（如图1)
其次，用研究LED扩散板光扩散的性能，实现“按需照明”。一盏额定功率12W～16W的LED灯在无人无车时维持基本亮度，功率仅2W；当人或车靠近灯一定距离时（一般为5米左右），LED灯即满负荷工作。设计新型LED扩散板，让客户觉得方便、经济，而且有艺术性。开展本课题研究的明确方向：LED灯具的LED扩散板光扩散的性能创新设计是解决LED产业转型急需解决的瓶颈课题。
3.2 重点解决的技术关键问题
本研究重点解决的技术关键问题：加入真球体微粉粒子（Spherical Polymeric Beads）、PMMA微粉粒子、MS(MMA-Styrene copolymer）微粉粒子提高扩散板的扩散度；技术关键问题：加入真球体微粉粒子提高扩散板的扩散度，但降低扩散板透光率。
4 研究的特色和创新之处
不同功能、不同位置使用的LED灯具配以不同的扩散板，达到较佳的光效益和经济效益，让LED灯具的艺术性和功能性统一。设计、制作出分散度和相对透过率达到较佳效果的扩散板。LED、白炽灯、荧光灯的配光分布各不相同。所谓配光分布是指光源的方向以及各方向的发光强度。即使是相同光束的光源，如果配光分布不同，照度分布也会不同。有时也会出现本来想要照射的地方照度减小，其余部分反而照度增加的情况。（如图2)
本研究研制的LED扩散板有良好的耐温性能和较强的抗老化性能。提供一个行业内无LED扩散板光扩散的性能评价体系。局部定位的市场是巨大的，本研究的产品可以在多个领域应用，具有广阔的市场前景。预计1年的销售量3000万左右。本产品有一定的技术优势，我们有广阔应用空间的市场。本研究研究成果的产业化将提高LED产品的美观性，扩大LED灯产品的运用范围；大大的降低能耗，有效的节约电能；这项技术的成功研制也填补了行业内无LED扩散板光扩散的性能评价体系的一个空白。
参考文献
[1]苏胜君,陈祥熙,施伟斌等.基于大功率Lsj的汽车多椭球前照灯设计[J].半导体技术,2007,32(8):673-676.
[2]张宝详.我国LED显示技术和发展展望[J].技术综述,2005,6(5):6-10.
扩散体系 篇3
瓦斯的解吸-运移规律与煤层气开采有着密切的联系,煤层钻屑瓦斯解吸指标是我国广泛使用的瓦斯突出防治指标,研究颗粒煤瓦斯解吸规律对煤矿安全生产和煤层气高效开采有着重要的意义。国内外学者对颗粒煤瓦斯解吸规律进行了大量的研究工作。秦跃平等[1,2]认为处于吸附态的瓦斯几乎不参与流动,游离态的瓦斯是瓦斯流动的主体,瓦斯流动速度与压力梯度成正比,即符合达西定律。由于颗粒煤以直径小于10-7m的微孔、小孔为主,多数学者依据大量瓦斯解吸实验数据提出在颗粒煤中瓦斯运移速度和瓦斯浓度梯度成正比,认为扩散定律能够较好地描述颗粒煤瓦斯解吸-运移规律[3,4]。扩散系数是描述颗粒煤瓦斯解吸-运移的重要参数,求解扩散系数的方法有多种,目前应用最广泛的求解扩散系数方法主要有三种:巴雷尔式[5],ln[1-Qt/Q∞]~t式[6]和ln[1-(Qt/Q∞)2]~t式[3]。
煤岩是一种非均质材料,内部孔隙裂隙结构非常复杂,既有纳米级的微孔也有微米级的大孔[7]。瓦斯扩散系数受孔隙率、孔隙结构、孔隙连通性等诸多因素影响,大孔径煤粒的扩散系数往往要大于小孔径煤粒的扩散系数。
因此通常实验中所得到的由不同粒径组成的颗粒煤体系的瓦斯扩散系数实际上是一种等效扩散系数,由等效扩散系数计算得到的瓦斯解吸量与实际瓦斯解吸量之间会存在较大误差[7]。本文基于经典Fick扩散定律建立颗粒煤的多扩散系数瓦斯解吸模型,利用非负约束最小二乘反演算法,通过分析数值试验和颗粒煤瓦斯解吸实验结果来验证所建瓦斯解吸模型的可靠性,以期丰富完善颗粒煤瓦斯扩散理论,为进一步研究煤矿现场瓦斯涌出规律和煤与瓦斯突出机理提供参考。
1 单一扩散系数的瓦斯解吸模型
颗粒煤瓦斯扩散是瓦斯气体在浓度梯度作用下由内及外的运移过程,其扩散规律符合Fick定律:
式中:J为质量扩散通量,kg/(m2·s);D为扩散系数,m2/s;C为质量浓度,kg/m3。
如忽略浓度C对扩散系数D的影响,基于质量守恒定律可得出球坐标下的瓦斯扩散第二定律:
式中:r为球坐标半径,m。
假设吸附平衡时瓦斯压力为p时的颗粒煤内部瓦斯浓度为C0;在1个大气压条件下,颗粒煤表面瓦斯浓度为C1,颗粒煤内部瓦斯浓度为C0(C0>C1)。则此时颗粒煤瓦斯扩散问题的边界条件和初始条件为:
式中:C0为吸附平衡时瓦斯含量,kg/m3;C1为一个大气压下瓦斯吸附量,kg/m3;R为颗粒煤半径,m。
显然式(2)是一个抛物型偏微分方程,可利用分离变量法求解出该问题的解析解[8,9]:
式中:Q∞表示t→∞时的极限瓦斯解吸量,ml/g;Qt表示t时刻瓦斯解吸量,ml/g。
令B=π2D/R2[9,10],式(4)则变为:
扩散系数是煤层瓦斯运移难易程度的重要指标之一,在式(5)中,只要能得到B的值就能很快求出扩散系数D的大小。目前颗粒煤瓦斯扩散系数的求取方法有多种,一般是基于Fick扩散定律,通过瓦斯解吸量与解吸时间的变化曲线,拟合计算出扩散系数。聂百胜等[11,12]通过分析颗粒煤瓦斯扩散数学模型的解析解,认为ln[1-Qt/Q∞]与解吸时间t满足以下关系式:
以聂百胜为代表的一些学者[11,13,14]认为可以通过线性拟合ln[1-Qt/Q∞]~t曲线的斜率λ和截距ln A,进而求得等效扩散系数D值,此方法也得到了很好的推广应用[11,14,15]。
2 多扩散系数的瓦斯解吸模型及反演算法
2.1 多扩散系数瓦斯解吸模型
煤岩是一种含有复杂孔隙结构的非均质材料,瓦斯扩散系数受孔隙率、孔隙结构、孔隙连通性等因素影响,实验证明对于同一矿区不同煤样渗透率有着较大差别[16],同理即使是粒径相同的颗粒煤,其扩散参数B一般也不相同,在煤样颗粒煤数量巨大时,其扩散系数满足一定的分布规律。设一组煤样的扩散参数B有n个值,则颗粒煤瓦斯解吸量Qt为:
瓦斯吸附平衡压力和煤岩瓦斯扩散能力都是影响瓦斯解吸量Qt的重要因素。扩散参数为B的颗粒煤质量占总煤样质量的比例f与瓦斯压力无关,则颗粒煤中第i类组分瓦斯扩散参数Bi和与之对应的质量比例fi便构成了瓦斯扩散参数的B谱。
第i类颗粒煤质量占煤样总质量的比例为fi满足以下关系式:
将式(8)代入式(7)可得:
由式(10)可知,若想求解各类扩散参数为B的颗粒煤质量占总质量比例f则需知道瓦斯极限解吸量Q∞。由于瓦斯极限解吸量是t→∞时的瓦斯解吸量,一般较难获得,因此利用式(7)求得各类扩散参数B的极限瓦斯解吸量之后,再由式(9)求得各类瓦斯扩散参数Bi和与之对应的质量比例fi,完成对瓦斯扩散参数B谱的求解。
2.2 扩散系数反演算法
本文采用非负约束最小二乘法(NNLS)对多扩散系数颗粒煤瓦斯解吸模型的扩散系数进行反演分析。瓦斯解吸量Q(t)的全部采样值构成的向量Q可以写成如下矩阵形式:
式中:
式中:m是解吸实验采样点数,n是B布点数,Q(ti)是颗粒煤瓦斯累计解吸量Q(t)在ti时刻的采样值。
从物理意义上讲Q是非负的,所以式(11)还需增加一个非负约束条件,即Q>0。于是,求解颗粒煤瓦斯解吸问题就转变为由带非负约束条件的式(11)并结合式(9)反演求参数B谱的问题。根据B谱便可对原煤瓦斯解吸能力进行评估分析。对B谱的反演实际上是一个非适定问题的求解过程,测量数据的微小变化都有可能导致解的剧烈波动,尤其是在施加非负约束条件后,求解方程的病态程度会变得更加严重。求解这类病态方程问题的有效数值方法是奇异值分解算法[17]和非负约束最小二乘法(NNLS)。
为了避免上述反演模型解的多样性,需加入先验信息,即预先假设解是平滑的,且其范数最小。于是可将上述反演模型的方程转变为[18]:
式中:β是平滑因子,根据实验数据的精确程度凭经验确定。
在式(15)中,对Q∞的某一项求偏导,并且令等式两边为零,求出其极值点:
整理后得:
因此,满足上式的n个方程组便可写成矩阵的形式:
处理后,式(18)即可变为:
式中,I为n×n的单位矩阵。
为确定上述方程的非负最小二乘解,可首先计算出式(19)的解Q∞LS,找出Q∞LS的最大负项Q∞k,然后将矩阵A中对应Q∞k的第k列归零,再重新进行式(19)解的计算,直至Q∞LS满足非负约束条件。
2.3 多扩散系数瓦斯解吸模型的验证
基于多扩散系数瓦斯解吸模型利用NNLS算法对秦跃平等[2]完成的不同颗粒在不同压力下的多组瓦斯解吸实验进行分析。限于篇幅,这里仅给出4号煤1.0MPa的实验分析结果,用于验证多扩散系数模型的合理性和准确性,验证结果如图1所示[2]。
由图1可知多扩散系数模型模拟结果与实验数据吻合得很好。但是由单一扩散系数解吸模型所得到的结果却出现了较大的误差,扩散参数较大时(如B=0.002 86),初始阶段的计算解吸量与实验数据吻合很好,但在解吸后期却产生了较大的误差;扩散系数较小时(如B=0.001 17),解吸后期的计算解吸量与实验数据吻合较好,但在解吸前期会有较大的偏差。容易看出,相对单一扩散系数模型而言,颗粒煤的解吸规律更贴近多扩散系数解吸模型。因此,本文所提出的颗粒煤的多扩散系数瓦斯解吸模型是合理的、可靠的。
3 瓦斯解吸模型数值试验
本文利用MATLAB编程进行数值试验,得到了3组不同组合条件下半径R=1 mm的颗粒煤瓦斯解吸规律。3组数值结果中,除了1#数值试验是利用单一扩散系数模型得到的计算结果外,其他2组数值试验采用的都是多扩散系数模型。数值试验所用到的扩散参数B通过软件在1×10-5~1×10-3s-1之间随机生成,见表1,具体计算结果如图2所示。
根据图2,在数值试验中,由于B谱中的具体参数不一样,因此各试验的数值结果也各不相同。1#试验的解吸曲线与2#、3#模拟解吸曲线相交,解吸前期2#、3#试验的解吸量大于1#试验,解吸后期2#、3#试验的解吸量增加速率变小,1#试验解吸量最终超过了2#、3#试验的解吸量;4#试验的解吸量始终大于其他3组试验结果。由于4组试验的极限解吸量均为12.0 ml,所以当t→∞时,4组试验的解吸量最终都应相等,即当t→∞时4条解吸曲线将会重合于一点。
4 分析讨论
4.1 单一扩散系数瓦斯解吸模型
为简单起见,现以3#数值试验结果为代表进行分析讨论。利用ln[1-(Qt/Q∞)]~t曲线拟合方法求解3#试验的等效扩散系数,并依据求解的扩散系数对实验数据进行拟合,结果如图3所示。
由图3可知使用等效扩散系数模型对数值试验结果进行拟合时,无论扩散系数如何取值都无法得到令人满意的理想结果。扩散系数较大时(如D=3.77×10-11m2/s),开始时段拟合效果较好,但在后期则产生了较大的误差,这样以来所得到的极限瓦斯解吸量将大于实际极限瓦斯解吸量;扩散系数较小时(如D=1.52×10-11m2/s),虽然得到的极限瓦斯解吸量与实际的相近,但是在解吸初期所得到的解吸量与实际解吸量却相差甚远。单一扩散系数解吸模型的这种本质缺陷导致了瓦斯解吸不符合扩散的研究结果[1,21,22,23],但是作者认为这种单以理论瓦斯解吸曲线与实验解吸曲线之间存在较大差别来判断煤层瓦斯解吸不符合扩散定律的说法是欠妥的。
颗粒煤内部孔隙的孔径一般在纳米量级范围,其Knudsen数大于0.1,相关研究表明当孔径与气体分子平均自由程相当时达西定律已不再适用[24,25],因此颗粒煤的瓦斯解吸过程实际上还是符合扩散定律的。
4.2 多扩散系数瓦斯解吸模型
利用多扩散系数模型分析颗粒煤解吸问题的关键是要能够根据实际瓦斯解吸曲线反演出B谱,非负约束最小二乘法(NNLS)是解决该问题的理想方法。利用NNLS方法对数值试验结果进行分析时,扩散参数B谱采用对数布点方式,布点区间为10-1~10-10s-1,布点数n为180,光滑因子β为5.0×10-9。
利用NNLS方法对图2中的4组数值试验结果进行拟合的最终结果如图4所示。
根据图4,无论是定扩散系模型还是多扩散系数模型,利用NNLS方法所得到的拟合结果与试验结果均吻合的非常好。利用NNLS方法求解2组多扩散系数模型的数值试验B谱的结果如图5所示。
由图6可知,数值试验的瓦斯解吸参数B的值全部落在反演出的解吸参数B谱的范围内。在图6(a)中,对于单一扩散系数解吸模型的1#数值试验,利用多扩散系数模型也得到了非常好的拟合结果。由于单一扩散系数模型中的扩散系数是唯一确定的,所以在多扩散系数模型中需要2个扩散系数来框定真实扩散系数的范围,而这2个扩散系数便组成了多扩散系数模型的B谱。这也充分说明了单一扩散系数瓦斯解吸模型是多扩散系数瓦斯解吸模型的一个特例。在图6(b)中,对于多扩散系数模型,利用NNLS方法反演得到的B谱与数值试验解吸参数B的分布之间具有很好的一致性。由上述分析结果可知,利用多扩散系数解吸模型来描述颗粒煤的解吸过程相对单一扩散系数解吸模型更好的准确性和普适性。
5 结论
1)通过对比单一扩散系数和多扩散系数的颗粒煤瓦斯解吸模型计算结果,发现了单一扩散系数模型无法克服的局限性,验证了颗粒煤体系的瓦斯解吸过程符合多扩散系数特征。
2)建立了颗粒煤的多扩散系数瓦斯解吸新模型,该模型有效克服了扩散系数的时效性问题,并能准确描述颗粒煤瓦斯解吸规律,证明了经典的单一扩散系数瓦斯解吸模型只是多扩散系数模型的一种特例。
3)非负约束最小二乘法是一种有效的反演算法,利用非负约束最小二乘法方法反演出能真实反映颗粒煤扩散能力的B谱,通过B谱就能很快计算确定出颗粒煤瓦斯扩散系数D的准确范围。
摘要：为研究颗粒煤瓦斯解吸规律,基于Fick定律建立了颗粒煤的多扩散系数瓦斯解吸模型,完成了颗粒煤瓦斯解吸模型的数值试验。引入了非负约束最小二乘法反演算法(NNLS),通过试验数据反演得出颗粒煤的扩散参数的B谱,从而确定出颗粒煤瓦斯扩散系数D的准确范围。研究结果表明:颗粒煤瓦斯解吸符合Fick扩散定律,颗粒煤的多扩散系数瓦斯解吸模型能很好地解决单一扩散系数模型的扩散系数随时间衰减的问题,准确反映了颗粒煤瓦斯解吸规律,单一扩散系数瓦斯解吸模型只是多扩散系数瓦斯解吸模型的一个特例;NNLS是一种有效的反演算法,利用NNLS方法可以准确反演出颗粒煤瓦斯解吸过程中的扩散参数的B谱,通过B谱可方便计算出颗粒煤的瓦斯扩散系数。
扩散体系 篇4
1 资料与方法
1.1 研究对象
前瞻性收集2014年5月—2015年2月福建省立医院经手术病理证实为肺癌的33例患者,年龄30~86岁,平均(62.0±11.9)岁。其中男20例,年龄30~86岁,平均(63.0±12.4)岁;女13例,年龄37~71岁,平均(59.0±11.5)岁。纳入标准:①胸部CT扫描后发现有肺部结节、肿块状影;病变内毛玻璃混浊区范小于病变的50%;②胸部CT示肺内病变最长横截面直径≥1 cm;③患者一般情况良好,无严重心血管疾病,无肝、肾功能障碍。排除标准:①装有心脏起搏器、心脏瓣膜、动脉瘤夹或体内有金属、其他不能接近强磁场的植入物等MRI检查禁忌证者;②1次屏气时间<16 s,致图像伪影无法进行数据测量;③有对比剂过敏史、支气管哮喘史者。18例有吸烟史,临床症状:咯血或痰中带血14例,咳痰17例,发热1例,胸痛、胸闷19例,骨折破坏或骨代谢异常14例;实验检查:癌胚抗原升高3例,CA199升高4例。本研究经本院医学伦理委员会审核批准,所有患者均签署知情同意书。
1.2 仪器与方法
采用Siemens 1.5T超导型MRI扫描仪,18通道体部高分辨相控阵线圈。患者取仰卧位,头部先进。扫描范围自双肺尖至膈肌水平。扫描参数:T2WI冠状位扫描:TR 1400 ms,TE 92 ms,层厚6.0 mm,层间距1.2 mm,视野380 mm×380 mm,激励次数1,矩阵256×256,扫描时间39 s;T1WI横断位扫描:TR 172 ms,TE 4.86 ms,层厚6 mm,层间距1.2 mm,视野380 mm×296 mm,激励次数1,矩阵320×224,扫描时间34 s;T2WI横断位扫描:TR 2000ms,TE 100 ms,层厚6.0 mm,层间距1.2 mm,视野380 mm×296 mm,激励次数1,矩阵448×314,扫描时间2 min 55 s;DWI横断位扫描采用EPI序列,采用呼吸导航回波技术进行DWI序列图像扫描,b值取50、500、1000 s/mm2。DWI:TR 5800 ms,TE 57 ms,层厚6.0 mm,层间距1.2 mm,激励次数1,视野380mm×296 mm,矩阵166×132,扫描时间3 min 6 s。
1.3 图像后处理
1.3.1 客观评价
将DWI序列MRI图像传输至Siemens syngo MRD13工作站,由1名副主任医师和1名研究生分别独立测量,结合常规T2WI轴位图像及DWI图像,在ADC图上选取病灶最大横截面设置3个感兴趣区(ROI),置于病变的实性部位且信号较均匀处,尽量避开钙化、血管、坏死、囊变区域,ROI大小为0.3~0.5 cm2。分别测量3个ROI内的ADC值,取其平均值。
1.3.2 主观分析
由1名副主任医师及1名研究生采用独立双盲法分析图片,结果不一致时协商统一。分析病灶部位、数目及形态特点,病灶平扫T1WI、T2WI、DWI及ADC信号特点。以胸壁肌肉及胸髓信号为参考标准,选取病变最大层面图像,记录病灶在T1WI、T2WI、DWI及ADC图上的信号强度,分为4个等级:①低信号:小于或等于相应平面肌肉的信号;②稍低信号:介于肌肉与胸髓信号之间;③等信号:与胸髓的信号相等;④高信号:大于胸髓的信号。
1.4 手术与病理检查
33例患者中,24例行活检穿刺术,5例行手术,4例行纤维支气管镜检查。将所得标本在肿瘤实质的无坏死区取材,4μm层厚连续切片,分别行HE染色及免疫组织化学染色。
1.5 肿瘤分级与分类标准
肺癌不同组织病理分型参照2004年WHO肺、胸膜肿瘤组织病理学标准[4]。按组织学表现与细胞学表现分为腺癌、鳞癌、小细胞癌与非小细胞癌;根据肿瘤发生的部位分为中央型肺癌与周围型肺癌。
1.6 统计学方法
采用SPSS 18.0软件,按照肺癌组织病理类型分组,采用Komogorov-Smirnov法进行正态分布检验,用Leneve法进行方差齐性检验,如符合正态分布且方差齐性,采用t检验比较中央型与周围型肺癌组、小细胞与非小细胞肺癌ADC值的比较,如不符合正态分布,则采用非参数法;采用单因素方差分析比较不同肺癌病理类型组间ADC值,方差齐性采用LSD检验,方差不齐采用Dunett T3法,P<0.05表示差异有统计学意义。
2 结果
2.1 手术与病理结果
33例患者中,腺癌18例,鳞癌8例,小细胞癌7例,非小细胞26例;中央型肺癌12例,周围型肺癌21例。
2.2 MRI表现
33例患者病灶大小为1.3~6.6 cm,平均(3.6±1.3)cm。病灶位于右肺上叶9例,中叶4例,下叶7例,左肺上叶8例,下叶5例;中央型12例,周围型21例。病灶呈不规则形、分叶状或斑片状12例,结节状6例,肿块状15例。病灶边界不清26例,边界相对较清7例;有肋骨或脊柱转移14例;邻近肿瘤的胸膜增厚2例,肿块包绕支气管或有支气管征8例;肺不张3例,有胸水2例。在33例患者中,瘤实性部分在T1WI上呈等信号或稍低信号,T2WI呈高或不均匀高信号;腺癌在DWI上呈等或高信号,ADC呈相对低或稍低信号(图1),若伴有阻塞性肺炎或肺不张,在T2WI呈高信号,在DWI呈低或稍低信号,在ADC呈高信号(图2);鳞癌与小细胞肺癌在DWI呈高信号,ADC呈低信号(图3)。肿瘤内出现坏死、囊变区在DWI呈低或稍低信号,在ADC则呈高信号。
2.3 不同类型肺癌ADC值比较
2.3.1 不同病理类型肺癌ADC值比较
当b为1000 mm2/s时,肺腺癌、鳞癌与小细胞癌ADC值见表1。3组ADC值比较差异有统计学意义(F=44.415,P<0.05)。腺癌ADC值高于鳞癌(t=1.083,P<0.05),腺癌的ADC值高于小细胞肺癌(t=1.126,P<0.05),鳞癌的ADC值低于小细胞癌(t=0.098,P<0.05)。
图1女,37岁,左肺上叶腺癌。T2WI示左肺上叶尖后段类圆形肿块(箭,A);DWI图示肿瘤呈高信号(箭,B);b=1000 s/mm2时,肿瘤ADC图呈低信号(箭,C);ADC值为1.116×10-3/mm2/s;病理镜下见细胞呈空泡状,核仁明显,细胞核挤压到细胞的一侧,部分核大深染(HE,×40,D)
图2男,60岁,左肺上叶鳞癌。T2WI示左肺上叶圆形肿块(箭),伴阻塞性肺炎、肺不张(箭头,A);DWI图示肿瘤呈明显高信号(箭,B),阻塞性肺炎、肺不张呈不均匀稍高或低信号(箭头,B);b=1000 s/mm2时相应肿瘤部分ADC图呈低信号(箭,C),阻塞性肺炎、肺不张呈不均匀高信号(箭头,C),ADC值为0.906×10-3mm2/s;病理镜下见细胞呈乳头状,巢状,细胞体积增大,核分裂多见,胞核较大、深染(HE,×100,D)
图3男,57岁,左肺中央型小细胞癌。T2WI示左肺上叶尖段类圆形肿块(箭,A);DWI图上肿瘤呈明显高信号(箭,B);b=1000 s/mm2时相应肿瘤部分ADC图呈明显低信号(箭,C),ADC值为0.975×10-3mm2/s;病理镜下见细胞质稀少,细胞边界不清,核染色质细颗粒状,无核仁或不明显,细胞呈卵圆形或梭形(HE,×40,D)
2.3.2 周围型与中央型肺癌ADC值比较
b值取1000s/mm2时,中央型肺癌和周围型肺癌的平均ADC值分别为(1.170±0.080)×10-3mm2/s、(1.130±0.082)×10-3mm2/s,两组比较差异无统计学意义(t=1.365,P>0.05)。
2.3.3 小细胞与非小细胞肺癌ADC值比较
当b值取1000 s/mm2时,非小细胞与小细胞肺癌ADC值分别为(1.045±0.186)×10-3mm2/s、(1.006±0.057)×10-3mm2/s,两组比较差异无统计学意义(t=0.925,P>0.05)。
3 讨论
3.1 DWI成像特点及影响因素
DWI是通过检测人体内部水分子的布朗运动,定性及定量地评价生理及病理状态下组织中以水分子扩散的差异为基础的结构对比,反映在DWI图像为不同组织之间的信号衰减差异[5,6,7]。这种信号强度改变与组织内水分子扩散敏感系数b值关系密切,b值越大,扩散权重越大,ADC值越接近组织的真实扩散系数值,不同组织之间的对比度也越大,诊断敏感度越高,但同时磁敏感伪影和图像几何变形将会导致DWI图像的信噪比和对比噪声比降低,不利于小病灶的检测。但b值减小,组织微灌注对ADC值影响较大,不能真实客观反映组织内本质结构。计算b值公式为:b=r2×G2×d2(s-d/3),因此,b值的变化可通过调整G、d和s来实现[8]。肿瘤组织具有增殖旺盛、细胞密度高、细胞内蛋白含量高、细胞外空间小的特性[9],与正常组织相比,肿瘤组织ADC通常相对较低。此外,DWI信号强度还与T2透过效应、呼吸心跳等生理运动相关。传统DWI通常在屏气下扫描完成,但大多数肺部疾病患者的肺功能都较差,无法长时间屏气合作,因此限制了其在肺部的应用。近年来,将分段读出平面回波成像技术与呼吸触发、相位导航及并行成像等快速成像技术联合应用,不仅允许患者在自由呼吸状态下扫描,还明显减少了磁敏感伪影,提高了空间分辨率、小病灶检出率与诊断准确度[10]。因此,DWI在肺部的应用越来越广泛。
3.2肺部DWI成像最佳b值选择及意义
多数关于DWI在肺部疾病应用的研究[11,12,13]通常选择b=1000 s/mm2,认为采用高b值可以鉴别肺部恶性和良性结节,且DWI的敏感度和特异度近似于或高于PET/CT。刘海东等[14]对62例肺部疾病患者在自由呼吸状态下行DWI检查,当b值取500 s/mm2时测得ADC鉴别诊断效能最大。Liu等[15]对27例孤立肺结节患者行DWI检查,当b值取300、500、800 s/mm2时对良恶性病变的ADC值进行比较,发现以b=800 s/mm2时差异最显著。但DWI影响因素相对较多,因此最佳b值选择可能还需要大样本、多中心进一步研究。
3.3 ADC值在不同类型肺癌诊断及鉴别诊断中的价值
本研究结果显示,腺癌平均ADC值高于鳞癌及小细胞癌(P<0.05),鳞癌平均ADC值低于小细胞癌(P<0.05)。中央型与周围型肺癌、小细胞肺癌和非小细胞肺癌平均ADC值无显著差异(P>0.05)。陈利华等[16]对58例肺癌患者行DWI检查,其腺癌与鳞癌ADC值分别为(1.10±0.14)×10-3mm2/s、(0.89±0.090)×10-3mm2/s,小细胞与非小细胞肺癌的ADC值分别为(1.02±0.24)×10-3mm2/s、(1.03±0.24)×10-3mm2/s腺癌的平均ADC值显著高于鳞癌,差异有统计学意义(P<0.001)。陈光祥等[17]采用DWI对肺内64例直径>1 cm的结节、肿块或实性病变检查发现,中央型与周围型肺癌的ADC值分别为(1.237±0.251)×10-3mm2/s、(1.254±0.196)×10-3mm2/s,差异无统计学意义(P>0.05)。本研究结果与以上研究基本一致,提示ADC值差异主要与不同肿瘤病理类型与级别有关。肿瘤组织增殖旺盛,细胞数量增多、排列致密、胞外间隙减小,使细胞外水分子运动受限;肿瘤细胞内胞核增大、细胞器增多、胞质减少,使细胞内水分子运动减慢。而不同病理类型及分化程度肺癌之间的肿瘤细胞生长方式、细胞数目、周围结构环境均存在差异,从而造成ADC值不同。Cheng等[18]用平均核浆比代替肺癌细胞构成,研究ADC值与肺癌细胞构成关系,发现鳞癌核浆比明显高于腺癌,且ADC值与核浆比呈负相关,进一步证明鳞癌ADC值低于腺癌与两者细胞构成有关。Koyama等[19]研究发现高分化腺癌表现为肿瘤细胞沿原有肺泡壁生长,而保留下面正常结构的替代方式生长,鳞癌表现为实体性团块状破坏正常肺泡结构非替代生长模式,肿瘤细胞大量繁殖;另一方面,腺癌组织的腺腔及细胞的胞质内含有黏液成分,其自由水分子含量较鳞癌高,因此腺癌的平均ADC值多高于鳞癌。而小细胞肺癌通常由小圆形或卵圆形癌细胞组成,与淋巴细胞类似,分布广泛,细胞密集程度高,细胞外空间相对较小[20],因此小细胞肺癌ADC值较腺癌略低。但贺伟等[21]研究显示小细胞肺癌的ADC值高于非小细胞肺癌(P<0.05、P<0.01),腺癌ADC值低于类癌(P<0.05),腺癌的ADC值低于小细胞肺癌(P<0.05),其他类型肺癌ADC值未见显著差异(P>0.05)。本研究结果与之有一定差异,原因可能是并非所有肿瘤的ADC值均与细胞密度呈负相关,除肿瘤细胞构成比以外还存在其他影响ADC值的因素,如细胞外间隙间质的黏滞性、分隔空间的屏障作用、主动转运、微循环及扩散范围等,而核质比只能说明扩散的屏障性及组织细胞的拥挤程度,不能用来解释其他原因。此外,不同实验研究选择的病例数的差异,病例纳入及排除标准、厂家仪器设备及扫描方法等不同,也可能对实验结果造成一定影响。
3.4 本研究的局限性
本研究病例数相对较少,尤其是鳞癌与小细胞癌,这可能对结果造成一定影响。患者的选择存在一定偏倚,本研究未纳入直径<1 cm的肺内病灶,原因是<1 cm的结节在测量ADC值时存在部分容积效应、图像空间分辨率较差、ROI勾画等因素,可导致ADC测量值不准,同时呼吸、心脏搏动导致的运动伪影以及气体-病变界面导致的磁敏感伪影也能影响ADC值的测量;本研究未对患者年龄、性别分组,对不同病理类型肺癌患者ADC测量值可能存在一定影响。
扩散体系 篇5
1 扩散加权和扩散张量成像基本原理
扩散加权成像(Diffusion Weighted Imaging,DWI)和扩散张量成像(Diffusion Tensor Imaging,DTI)是基于水分子的自由运动。在脑内,组织结构的存在限制了水的自由运动,如脑室内水分子的弥散比脑实质要高,MRI能够估计水分子的扩散率。由于一些病理变化能够改变脑的弥散特性,因此采用DWI序列能够根据水分子的弥散特性改变显示和判断组织的病理改变,对病变进行定性和/或定量分析。DWI序列只反映组织中水分子弥散率的改变,但在人体生理条件下,水分子的扩散受组织内的细胞膜和大分子的影响,随方向的改变而变化,即呈扩散各向异性。平行于白质纤维束方向上的水分子扩散受到的阻力比垂直于纤维束的方向上的小,扩散距离长,所以在垂直于纤维束的扩散编码梯度方向上比平行于纤维束扩散编码梯度上测得的图像信号高。扩散各向异性的改变与神经细胞轴突直径、神经细胞膜成分及结构、神经细胞轴突髓鞘化程度与完整性、神经胶质细胞的数量和排列、细胞外间隙的容积等多种因素相关,获得单位体积内的各向异性信息,即可研究生物体的细微解剖结构及功能改变。扩散异性的MR分析和显示即为DTI,要评估扩散的各向异性,至少要在6个方向上连续应用扩散梯度,获得一组DTI图像。水分子扩散的各向异性可用来追踪纤维束走行,评估组织结构的完整性和连贯性。通过测量各向异性,可对有序排列的细微结构如白质纤维束进行定位,观察白质纤维束的走行、完整性和方向性。有髓神经纤维可以通过DTI伪彩图进行空间定位,在脑实质中能明显区分灰、白质,并清楚地显示白质纤维束的形态,直接测量出FA值、张量的本征值等,临床常用FA值来定量分析各向异性。
2 扩散加权在脑肿瘤中的应用
2.1 颅内囊性肿瘤的鉴别
DWI序列在鉴别脓肿、肿瘤坏死和囊性肿瘤方面非常有效,脓肿腔在DWI序列呈明显高信号,其ADC值明显降低,其弥散限制与脓腔的脓液特性有关。这是由于脓液为黏稠的液体,其内包括炎性细胞、碎屑、大分子如纤维蛋白原等,导致水分子运动降低、ADC下降和DWI的高信号。与之相反,肿瘤坏死和囊性肿瘤在DWI呈低信号,与侧脑室的脑脊液相似,ADC增高,而肿瘤边缘在DWI为等或低信号。但某些情况下肿瘤也可为高信号,如转移瘤内出血、放射性坏死和一些囊性星形细胞胶质瘤。DWI鉴别脓肿和颅内原发肿瘤的敏感性可达100%,对良恶性鉴别的敏感性可达90%,为鉴别肿瘤和脓肿提供了一种敏感和特异的方法[1]。
DWI鉴别蛛网膜囊肿与表皮样肿瘤也非常有效,二者在常规T1WI和T2WI序列均表现为类似脑脊液的信号强度。由于DWI序列表皮样肿瘤为实性成分,故表现为高信号,其ADC值类似脑实质,而蛛网膜囊肿在DWI为低信号,表现为高弥散,其ADC值类似脑脊液。因此,DWI能够用于表皮样肿瘤的术后随访复查,确认有无肿瘤残留。
2.2 确定肿瘤的边界
高级别肿瘤沿着纤维束在脑内弥漫生长,一些研究显示DWI序列有能力鉴别肿瘤、肿瘤浸润、瘤周水肿和正常脑实质,有瘤周水肿的转移瘤的ADC比有水肿的脑原发肿瘤的ADC值高,因此认为它能更好的鉴别二者。然而,一些研究发现DWI在评价肿瘤的范围方面毫无能力,就像组织病理检查对一些肿瘤的边界难以区分一样。
2.3 评价肿瘤的细胞密度和肿瘤分级
肿瘤的细胞密度与ADC值间有一定关系,Fan等实验研究发现在老鼠的C6胶质瘤中,1～2周和3～4周的肿瘤中心和瘤周区域的ADC存在明显差异,肿瘤中心的ADC值和瘤细胞密度存在负性相关(r=-0.682,P<0.01)[2]。Calvar对47例胶质瘤研究发现,绝对ADC值在高级别和低级别胶质瘤中存在差别[3]。较低的ADC提示肿瘤的级别高,但在低级与高级胶质瘤之间其ADC有重叠。淋巴瘤的细胞密度高,在DWI为高信号,其ADC降低,并且有可能将淋巴瘤与其他CNS病变鉴别开来。与其他肿瘤相比,血管母细胞瘤的实性部分和环状强化区域ADC增高,在DWI为低信号,而其他颅内肿瘤少见[4]。Alkan等对30例神经纤维瘤病I型(NFI)患者和26例正常人对照发现,DWI可以发现在NFI型患者常规MRI表现正常的而实际上已经受累的区域,包括小脑白质、海马、丘脑和中脑等部位[5]。
2.4 术后肿瘤评价
DWI能够显示手术导致的急性术后改变,区别化疗导致的细胞毒性水肿和血管源性水肿,但更主要的是能够根据肿瘤实体部分的早期改变来判断化疗疗效。DWI也可以用来检测放射治疗的效果,同时能够鉴别放射治疗导致的脑损伤和肿瘤复发。Asao等对17例患者的20个病灶进行研究,其中12个为放射性损伤,8个为肿瘤复发,在放射坏死组中,8个病灶呈明显低信号,而无一例肿瘤复发有此改变。在DWI上放射治疗引起的脑坏死的信号强度明显不均匀,其内常伴有点状明显低信号存在:肿瘤复发的最大ADC值明显低于放射坏死[6]。
尽管DWI不能作为肿瘤诊断和评价预后的确定性方法,但许多作者认为,在一定条件下,DWI通过有关肿瘤细胞构成的信息能够提高MRI诊断和评价肿瘤的敏感性和特异性,提高对肿瘤分级的准确性,同时能够提供瘤周肿瘤细胞浸润的信息。
3 脑肿瘤的扩散张量成像
脑肿瘤外科手术的目标是尽可能完全切除肿瘤而不损伤脑的功能区,但常规MRI对肿瘤的范围估计不足,评价肿瘤周围异常T2WI信号区域有无肿瘤细胞浸润效果不能令人满意。通过检测显微组织环境,DTI有能力在瘤周水肿与正常脑组织之间鉴别有无肿瘤浸润,比较准确地勾画出肿瘤的范围,有利于对患者的治疗。尽管这需要进一步证实,但一个比较容易的方案是DTI能够阐述肿瘤与邻近主要纤维束的关系,因此DTI有助于外科手术计划以及放射治疗计划的制定,监测肿瘤有无复发和对治疗的反应。
3.1 肿瘤的鉴别诊断和分级
DTI在肿瘤分级中的价值尚有争论,大多数研究者认为DWI能够提供肿瘤的细胞密度信息,对肿瘤的分级有帮助,但DTI提供的额外信息与肿瘤的细胞密度无关,因此其与肿瘤的分级也无明显关系。但也有研究表明,高级别胶质瘤和低级别胶质瘤的FA值有明显差别,肿瘤的恶性程度越高,其FA值也越高。Inoue等对40例胶质瘤的研究发现,低级别胶质瘤和高级别胶质瘤间的FA值有明显差异,二者的域值为0.188:同时Ⅰ级胶质瘤和Ⅲ～Ⅳ级胶质瘤的平均弥散也存在明显差别[7]。Goebell等对23例Ⅱ-Ⅲ级胶质瘤研究发现,二者肿瘤边缘的FA值有明显差异,而在肿瘤中心和瘤周T2WI正常的白质区不存在区别[8]。Lee等认为FA在低级别和高级别胶质瘤之间无明显差别,但不强化低级别胶质瘤的平均弥散率明显高于无强化的高级别胶质瘤,因此,DTI对无强化的浸润性胶质瘤的分级有帮助[9]。Toh等的研究认为DTI有助于鉴别原发淋巴瘤和多形性胶质母细胞瘤,二者肿瘤实性强化区的FA、ADC以及肿瘤实性强化区FA及ADC与对侧正常白质的比值均有明显差别,淋巴瘤的这4项参数明显高于多形性胶质母细胞瘤[10]。
3.2 肿瘤周围结构的改变
在高级别胶质瘤中,由于肿瘤细胞的浸润,T2加权上肿瘤周围高信号区域的各向异性降低:与正常对侧半球相比,高级胶质瘤周围在T2加权看似正常的区域,其各向异性也在降低,而在转移瘤和低级胶质瘤的则无此表现,此种表现还见于淋巴瘤。Jellison发现与转移瘤周围异常白质区域相比,高级别胶质瘤周围T2加权表现异常区域各向异性降低,FA值下降,这可能是由于水分增加和肿瘤浸润所致主要的脑结构被破坏[11]。因为有相反的证据表明转移瘤和高级胶质瘤周围异常信号区域的脑白质的FA值无差异。转移瘤周围的T2加权高信号区域可能包括血管源性水肿、水肿区域的FA值降低。这可能为水分的增加而不是肿瘤的破坏或侵犯神经纤维。DTI不能鉴别明显异常的脑白质为肿胀的脑组织和强化的肿瘤边缘,肿瘤细胞浸润区域的FA值低于瘤周水肿区。
3.3 术前计划
目前,众多的研究注重于用DTI显示肿瘤与邻近脑白质束的关系,DTI为唯一非损伤性获得有关纤维通道与肿瘤的关系且可三维显示的方法,采用各向异性图能够清晰显示脑肿瘤患者白质纤维束的受侵犯程度。肿瘤对脑白质的影响分为5种类型:(1)推移:与对侧相应位置的脑白质相比其正常的各项异性均保持不变,其方向异常或位于异常的T2信号区域:(2)侵犯:各向异性轻度减少不伴有白质结构的推移,在方向图上仍然可以确认:(3)浸润:各项异性减少但在方向图上仍然可以确认:(4)破坏:各向异性明显减少,在方向图上不能确认:(5)水肿:白质束保持正常的各项异性和正常方向,但位于异常的T2信号区[12]。
脑转移瘤和脑膜瘤对周围脑白质为推移而不是侵犯。低级胶质瘤为边界清楚的病变,并不引起纤维束的侵犯或破坏,周围的白质往往受到推移而无破坏。胶质瘤脑病具有特别的生物学行为,肿瘤细胞沿着神经纤维形成平行的列,累及主要纤维束,虽然有髄鞘的破坏,但白质纤维束仍存在,各向异性比正常脑白质轻度降低,但明显高于高级胶质瘤,在方向图和纤维束图上主要的纤维束仍保持可见。纤维束的破坏最多见于高级胶质瘤,原因包括瘤周水肿、肿瘤占位效应和肿瘤的浸润效应,各向异性图和纤维束成像可以显示因局部肿瘤侵犯导致的纤维束破坏或中断。MRI纤维束成像能为脑外科医生提供解剖三维图,改良手术计划,改变皮层手术的路径、确定切除的范围,便80%的患者手术计划发生改变[13],缓解患者术前存在的症状,避免产生术后出现新的神经功能障碍。
3.4 扩散张量与功能成像的结合
脑内肿瘤可以侵犯皮层功能区和相应的白质通道,术前可通过非损伤性的方法如bold-fMRI和DTI确定这些区域。对于一些病例不仅能够减少手术时间,还能减少使用术中皮层刺激方法次数。至今对脑肿瘤患者的脑功能术前和术中的评估仅限于皮层。目前,脑功能和DTI的结合使用逐步增加,其优点在于fMRI是一种描绘功能性脑皮层区的准确和非损伤性的方法,能够确定皮层的相关区域,显示与病变的关系。尽管fMRI能确定功能区,但纤维束的行程和完整性确定对手术计划的制定也非常重要,而DTI能显示主要的纤维束通道及肿瘤与纤维束的空间关系,使神经外科医生可以有更多的信息,进而了解手术途径的选择,对手术的风险就能做出更好的判断,避免出现术后神经功能障碍[14]。因此,DTI和fMRI的结合能使我们准确描绘脑功能的整个回路。
许多研究者希望能够通过f MRI和DTI的结合应用确定正常与病变脑中功能联系的结构基础[15],采用常规MRI难以确认一个异常区域是由于肿瘤所导致的脑组织破坏或是占位效应。由于fMRI能够准确确定运动区,因此通过DTI图勾画出皮质脊髓束是可能的。Holodny采用在f MRI确认的运动皮层区作为起点,通过DTI追踪皮质脊髓束,这个方法最终可以扩展到其他纤维通路中[16]。神经外科导航系统为一台实时设备,可以在电极导引下实现术中脑MRI显示,这种设备目前被广泛应用并有能力结合f MRI和DTI信息。
3.5 DTI的术中应用
术中磁共振成像(iMRI)已经用于脑肿瘤的导向切除,此影像导向系统能够确定开颅手术的最佳位置。由于手术中的推移和操作会改变肿瘤和脑结构的解剖位置,脑的形态学在术前MRI检查和手术之间也会发生改变,因此基于术前检查的脑肿瘤的精确定位可能会发生变化。i MRI使医生能够选择最佳的手术途径以避开皮层结构和邻近的正常脑实质,并且尽可能地完全切除肿瘤,研究发现完全切除会导致较高的治愈机会。一些报告发现,在外科医生认为肿瘤完全和彻底切除的病例中,术中或术后MRI显示65%～92%的病例仍然能发现需要切除的病灶[17],这在低级胶质瘤中更为明显。这是因为在手术中这些病灶难以与正常脑实质进行鉴别。
iMRI可以和一些功能序列如fMRI以及扩散成像结合应用,采用介入MRI系统进行术中扩散加权成像能够及时发现术中急性脑缺血。术中的DTI成像能够提供重要的临床信息以及术中可用的信息包括脑实质病理状态和白质结构的信息。DTI图像与神经导航系统的结合作为图像导航手术,DTI纤维束追踪图能够清晰显示肿瘤和白质束的关系,对白质束被推移未受到肿瘤的浸润或破坏的患者,可以完整地进行手术切除肿瘤而无术后神经功能障碍。
3.6 DTI在肿瘤治疗中的作用
DTI在肿瘤的放射治疗和化疗中也具有一定的作用,DTI通过提供白质通道的位置信息,用于肿瘤放射治疗计划的制定,理论上可以减少放射剂量以及接受高剂量照射的正常脑组织的范围,减少坏死[18]。DTI还可以早期检测放射治疗和化学治疗导致的白质损伤[19]。报告发现,FA值降低与治疗年龄、治疗间隔的增加和智力降低间相关[20]。采用FA或其他DTI参数的改变作为神经毒性的生物标志物是非常具有发展前景的。
4 小结
DWI和DTI成像能够提供额外的信息,为脑肿瘤的诊断、鉴别诊断、术前和术后评估以及手术计划的制定提供重要的参考信息。尽管目前DTI尚存在某些缺点,但随着MRI硬件和软件技术的发展,DTI技术将在脑肿瘤病变的诊断、评价和治疗的指导中发挥重要作用。
摘要：目的:探讨磁共振扩散加权(DWI)和扩散张量成像(DTI)在脑肿瘤的诊断和评估中的价值。方法:结合文献报道,对DWI和DTI在脑肿瘤诊断、鉴别诊断、分级、术前评估、手术计划制定以及对治疗随访中作用进行回顾性分析和评价。结果:DWI和DTI成像在脑肿瘤的诊断、鉴别诊断以及肿瘤的分级中具有一定的价值,DTI能够清晰显示肿瘤对白质束的影响,对手术计划的制定具有重要意义,术中MRI、fMRI和DTI的结合使脑肿瘤手术更加合理。同时DTI也能将肿瘤对治疗的反应和治疗所致的白质变化进行准确评估。结论:随着MRI硬件和软件技术的发展,DWI和DTI成像提供的信息在脑肿瘤病变的诊断、评价、治疗指导与评估中起着重要作用。
技术扩散机制的优化 篇6
技术扩散对经济增长的作用
1. 有利于形成有序的技术竞争, 促进整个产业的繁荣和发展。
技术扩散可促进企业间的技术交流和技术合作, 避免两败俱伤的恶性竞争, 建立既有竞争又有合作的竞争规则。技术扩散可为创新企业开启一个更广阔的市场, 将技术创新成果的市场效益推向最大化, 带动整个产业的繁荣和发展。
2.有利于实现经济结构的调整和经济增长方式的转变。随着技术的扩散, 使用技术创新成果的企业越来越多, 扩大了技术创新成果应用的广泛性, 提高了行业的技术水平, 促进了产业结构升级, 实现了经济增长方式从粗放型向集约型转变。
3.有利于提高社会科技发展水平和人的科技素质。通过技术扩散的不断发展, 可使人们对新技术的学习和吸收能力不断提高, 而技术本身所具有的增值性, 也有利于促进技术更进一步发展。
4.有利于促进经济增长。在某一个技术创新创造的超额利润机会中, 当由于资源的涌入而渐渐与社会平均利润水平拉平时, 新的创新就为社会所渴求, 同时新的技术创新又将吸引资源的加速转移。技术创新不断产生, 资源流向不断调整, 社会平均创新机会、水平和频率不断提高, 使社会平均利润水平增加, 社会盈余增多, 新的投入就有了条件, 对创新的促进也就越成为可能, 可促进资源的优化配置, 使有限资源得到最大限度的应用, 进而使社会经济发展的平均速度越来越快, 社会财富的积累也越来越多。
技术扩散的主要方式
根据技术空间的传递形式, 技术扩散可分为空间梯度、跳跃和双向对流三种方式。空间梯度式技术扩散, 是指以发源地为核心呈放射状向周围地区渐次转移的技术扩散过程, 空间距离远近是影响技术扩散强度的主要因素。珠江三角洲以香港为中心的技术扩散就属于这种方式。另外, 在交通通讯较落后的历史时期和地区也较为多见。跳跃式技术扩散, 是指技术从一地呈跳跃式传播到另一距离较远的地区。它的出现得益于交通、通讯技术的进步, 主要受地区技术势能差、政治经济关系、应用开发条件, 特别是为了开辟新市场, 企业从竞争角度出发避免技术落入对手的指导思想的影响。我国台湾、韩国与北美、欧洲之间的技术转移就属于这种方式。双向对流式技术扩散, 是指技术从一个地方转移到另一个地方经改造发展后又传回到开始地方的技术扩散过程。它是跳跃式技术扩散的更高一级形式, 主要发生在技术、经济、社会条件差别不大的两个地区之间。它得益于地区之间特别是跨国公司各个分公司之间的技术交流与合作, 日本与北美、西欧间的技术扩散就属于这种方式。
影响技术扩散的主要因素
1.技术及技术体系对技术扩散的影响。一项技术的扩散速度和被采纳程度主要受制于技术本身的属性。一项技术创新的采纳率与该创新的相对优势、相容性、可试验性、可观察性都成正比, 而与创新的复杂性成反比。从微观企业的角度考察, 一项技术扩散的速度也受制于这项技术本身能否为企业带来盈利性、是否以较短时间收回投资、是否与企业目标相一致等。任何一项技术都不是孤立存在的, 总是与其它技术相互依存、相互协调而构成技术体系。技术发展的一个重要特征就是通过转移和扩散将一种技术领域中的运行结构转移到另一种技术领域中, 从而使技术具有一种组合特征和累积性。如果一项新技术不能与现有的相互关联的技术较好地兼容, 它就很难迅速地融入现有技术体系中, 也影响了技术的有效扩散。
2. 经济体制对技术扩散的影响。
经济体制决定一国或地区的决策结构、信息结构、动力结构和经济结构, 从而决定了各经济组织的经营模式及其所面临的市场、政策和法律等外部环境, 这就影响了企业的技术采用行为和技术创新者的创新供给行为, 进而影响到技术扩散的速度和范围。决策权较分散的经济体制有利于技术扩散;充分的信息和通畅的传输渠道能促进技术扩散;有效的利益激励机制能调动各微观主体技术供给和采用的积极性, 从而有利于技术扩散;竞争的市场结构有利于竞争者竞相采用技术加速技术扩散;人力、物力、财力、信息、技术等资源结构是技术能否有效扩散的重要条件。
3. 有效的技术和市场信息是技术扩散的重要条件。
对先进技术和市场需求信息的获取与利用直接决定了企业等微观经济体采用技术创新的决策以及采用成功与否。信息的传播需要一定的中介媒体如大众传播媒介、人际交流网络、中介扩散机构等。
4. 政策环境对技术扩散的影响。
旨在促进技术创新在一定范围内推广应用的一切政府计划、法律法规、规定办法、规章制度及标准等, 都可称之为技术扩散政策。政府通过不同的技术扩散政策直接或间接地参与技术创新发展。这些政策大体可分为三种类型:一是以供给为导向的技术扩散政策。政府通过提供基本知识、基本资金、风险资金、人力和技术支持等, 鼓励企业技术创新。二是以需求为导向的技术扩散政策。对于很多需要保护的创新项目, 政府可通过政府购买的方式鼓励技术创新。三是以创造良好的技术扩散环境为基础的间接鼓励政策。主要是:税收制度, 如新产品减免税等;折旧制度, 如加快固定资产折旧、合理使用折旧基金, 使企业有能力把更多的资源用于采用技术创新上;法规制度, 通过制定一系列法律规范以调节扩散过程中的各个环节, 理顺扩散渠道。
5.企业内部条件对技术扩散的影响。扩散源企业能否将技术转让出去、潜在采用企业是否采用该技术等都将影响技术扩散。一般来说, 一个具有创新意识和风险意识、具有较高管理水平和决策水平的企业家及其群体, 有利于技术扩散;一个经营状况好、管理水平高、技术基础好的企业群体有利于技术扩散;企业规模大、技术基础强, 能较快地吸收创新成果, 技术扩散相应也快。
技术扩散机制的优化
1.发挥企业在技术扩散中的主体作用。区域内不同地区政府通过共同制定有约束力的技术保护、技术交易政策, 鼓励企业通过融资、相互投资等这些技术扩散的重要方式, 参与科研单位的技术研究开发和企业之间的技术合作, 充分利用区域技术梯度的辐射扩散和跳跃扩散规律, 加快技术在区域城市之间、城市与周边地区之间的转移速度, 以降低技术开发的风险, 提高技术研究开发的效益, 提高自身技术研究开发的积极性。
2.联合建立区域技术扩散体系。建立和完善以大、中、小城市为依托的技术研究开发和协作网络, 为区域的企事业提供技术信息服务, 以避免技术的重复引进和重复研究;增强国外技术吸收和再开发能力, 提高技术引进和技术开发的效益, 为区域企业的技术进步提供坚实的基础。
3.营造有利于技术扩散的政策环境。技术扩散行为能够健康有效地进行需要一个“宽松”、“舒适”的政策环境。“宽松”, 是指企业在进行技术扩散的过程中, 没有过多的政策干预和约束;“舒适”, 是指所在区域拥有有利于技术扩散的各种软、硬件设施。政府应消除技术扩散的政策障碍, 如取消技术项目审批中的不必要环节等;在融资渠道、技术引进、市场规范等方面, 制定有利于技术扩散的鼓励政策;通过建立技术服务系统的方式提高技术扩散的效率, 如积极推进金融体制改革, 降低企业技术投入的融资成本, 拓宽企业融资的渠道;建立规范的技术市场, 为技术成果产业化提供正规的流通渠道。
4. 构建完善的技术市场中介服务体系。
使最新的市场信息迅速进入技术流通体系, 引导技术扩散的方向, 同时避免重复引进和开发;鼓励发展各类技术性的中介组织, 建立健全知识产权管理咨询、企业信用评估、法律服务、检测认证等中介服务体系等。
5. 培养区域企业的技术吸收和再创新能力。
汉语扩散与汉语传播 篇7
关键词：汉语扩散,汉语传播,走向世界
近年来, 随着汉语教学历史研究的不断深入, 很多学者对“汉语传播”、“汉语对外传播”、“对外汉语传播”等名称提出了质疑。原因主要有两点:
第一, 很难准确界定“外”到底应该指哪些地区。
在关于“汉语传播”历史的研究中, 较多提到的就是汉语汉字在亚洲 (主要是现在日本、朝鲜半岛、越南地区) 的“传播”, 以及明清之后由传教士完成的汉语汉字在欧洲的“传播”。实际上, 在中国古代, 汉语汉字的学习和使用范围不仅仅是扩大到亚洲以及欧洲的许多国家, 更主要的是在中国周边地区。西方世界与东方世界的界限相当分明, 用“对外”无疑是合适的。而在古代亚洲, 虽有版图与国界, 但国家范围并不似现在这样清晰, 中国和周边地区的界限一直处在变化之中, 很难完全确定对于中国而言哪些地方是“外”、哪些地方是“内”, 有些地区也很难说其是“国”。而且随着时代的变迁, 曾经的“国”可能已是中国领土的一部分, 而曾经是中国领土的地方现在是“国”。以明代为例。永乐年间, 成祖朱棣因安南内乱、明使被杀而以扶持陈姓王裔为名发兵征讨, 攻占安南后没有找到可以继承王位的陈姓王裔, 便将安南纳入到了明朝版图之内, “又増设贵州、交趾二布政使司” (《明史·志第十六·地理一》) , 还于永乐六年 (1408年) 在安南“郡县其地”, 设都、布、按三司, 分十七府、四十七州、一百五十七县、卫十一、所三、市舶司一。 (《今言》卷之一·六十四, P36) 后黎利在安南称帝, 以宣德三年 (1428) 为大定之年, 安南地区重又划出明朝版图。这样的地区还有哈密等地。它们虽不在明朝版图之内, 但实际上却是受到明政府统治的。而有些地方正好相反, 虽然设置了行政区却不受管控, 如“云南迤西, 有夷曰思六, 越金沙江界, 据地千里, 积二十年, 拒不受抚。” (郑晓《今言》卷12, 《才能》) 《明史》外国列传中提到了近90个国家和地区, “外国”按照所处位置分为东南诸国、西南诸国、西北诸国。《明史》西域列传中还有50多个国家和地区, 其中有好几个如哈密 (今新疆哈密地区) 、柳城火州、土鲁番 (今新疆吐鲁番地区) 以及于阗 (今我新疆于阗地区) , 现在都是我国领土的一部分。又如明代女真族所占据的地区在当时也不是“国”, 只能算是少数民族自治区。汉语在这些地区的使用范围的扩大, 虽然并没有成为学者们研究的焦点, 但是在汉语教学史这一领域里, 还是很值得关注的。这种情况下, 用“对外”显然就不太合适。
第二, 很多地区对汉语的认识和学习并非因“对外传播”而起。
这种疑问主要源自对“传播”一词的理解。关于“语言传播”, 一直没有比较精准的定义, 而且在不同人的理解中, 这个词的含义也不同。《现代汉语词典》中对“传播”的解释是:“广泛散布。”因其中的“传”具有“递、送、交、运、给、表达”等多种动态意义, 而赋予词语动态行为特征。这个词在汉语中使用已久, 如“宜传播天下, 咸使知闻。” (《北史·突厥传》) “每一篇已, 好事者辄为传播吟玩。” (元辛文房《唐才子传·高适》) “一砚一铫, 主人俱绘形作册, 传播艺林。” (清袁枚《随园诗话》卷十四) 现代意义上的“传播”源自英语的communication, 原意中包含着“通讯、通知、信息、书信;传达、传授、传播、传染;交通、联络;共同、共享”等意思, 在传播学中被定义为带有社会性、共同性的人类信息交流的行为和活动。 (百度百科) 不难发现, 无论是古用义还是现代义, 都是主体通过某种渠道使某种事物或信息在某一社会团体的成员中获得共享的活动, 很多人将其理解成为一种带有主体意识特征的自觉行为。而不少学者认为, 在中国古代, 汉语、汉字能在世界的许多角落生根发芽, 并非中国人或中国政府有意而为之, 常常是自发的, 而非自觉的。中国政府有意推介的是中国的思想和文化, 而汉语、汉字是搭乘着中国的思想文化以及中国的科技、经济等载体走向世界各地的。更为重要的是, 很多外国人在汉语使用范围的扩大方面起了推波助澜的作用, 像唐代的日本僧人和工匠, 明代的朝鲜人。尤其是在明代, 汉语能够为西方世界所认识, 更多的是依靠西方传教士的自觉学习和介绍, 而非中国人的功劳。虽然其间有不少中国官员帮助过传教士学习汉语、译介西方科技著作, 但他们并没有以“对外汉语传播”为主要任务;虽然传教士中的很多人在中国居住了很久甚至终老, 但对于他们而言, 汉语和汉字经由他们呈现在西方人面前如果说是“对外传播”就显得不太恰当了。因此, “汉语传播”再加上“对外”, 这样的名称就很难全面概括古代中国汉语是如何在世界范围内扩大了学习和使用范围的。而“扩散” (一般译作diffusion) 和“传播”一样具有“扩大范围”这一语义特征, 虽然被认为是一个特殊类型的传播, 是一种社会变化, 可以被定义为社会系统的结构和功能发生变化的过程, 但是它既包含了自发的传播, 又包含了自觉的传播。 (百度百科) “语言扩散”并非一个新造术语。近二十余年欧美学术界就兴起了“农作/语言扩散假说” (Farming/Language Dispersal Hypothesis) 理论, 其核心观点是认为当代不同语系的分布在不同程度上是与农业的扩散和农作者的迁徙相关的。比如, 中国古代汉语汉字之所以能够得到如此广泛的使用, 尤其是向周边国家和地区辐射, 正是由于古代中国农业以及很多方面的技术都十分发达, 是周边民族积极学习的对象, 也就有了中国地区与不同地区、不同国家的人民来往流动的现象。而明代, 更是在明成祖朱棣迁都北京后, 开始了全国范围内的大规模移民活动。这一政策是明代汉语得以向毗邻国家传播的一个重要条件。明代的移民主要有两个流向:一是流向边疆跨境语言地区, 这是主要流向;二是直接流向国外, 这是支流。明代统治者抱着“用夏变夷”的目的, 向北京、辽东、西宁、云南、四川等地大规模移民。农业技术随移民而至边疆地区, 汉语也随之在该地区出现, 并因教育的发展而得到更广范围的学习和使用, 进而对周边国家也产生了影响。明代统治者又从“惠远人”的思想出发, 向国外输送了一些有特长之人, 如洪武二十九年, 因中山王积极朝贡, 为了方便琉球使臣往来, “又嘉其修职勤, 赐闽中舟工三十六户, 以便贡使往来。” (《明史·外国四》) 而且明朝曾不止一次向琉球国“赐闽人”。由于这些移民的迁入, 汉语言文字开始在琉球得到广泛使用。然而, 这些移民活动并不是为了将汉语推介出去, 汉语只是随着移民和农业技术的流动而流动。这种自发而非自觉地将汉语带往世界各地的活动, 用“扩散”这一名称是比较合适的。而且, “扩散”还可以包括历史上那些自觉的汉语传播活动, 以及汉语因传教士活动而向西方延伸的状况。
因此, 研究古代中国语言文字的使用和学习范围如何扩大时, 宜用“汉语扩散“这一名称。