消化道仿真內鏡的臨床應用.doc
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參見附件(39kb)。
消化道仿真內鏡的臨床應用
近年來，隨著現(xiàn)代醫(yī)學影像技術和計算機技術的飛速發(fā)展，計算機虛擬現(xiàn)實(virtual reality)技術應用于醫(yī)學影像學催生了一門新興的醫(yī)學邊緣學科--仿真影像學(virtual imaging in medicine)。仿真影像較之二維斷面圖像，能更直觀地展現(xiàn)器官腔內外表面形態(tài)解剖和病理改變的立體圖像，進一步提高醫(yī)學診斷和醫(yī)學教育水平，模擬手術并協(xié)助治療。仿真影像學是醫(yī)學影像學與計算機圖像處理技術相結合的產(chǎn)物，其前提是先進的源影像容積采集技術，關鍵在于強大的計算機圖像后處理技術。
仿真內鏡術(virtual endoscopy, VE)作為仿真影像學的重要研究課題和發(fā)展方向，使影像診斷醫(yī)師開始涉足內鏡診斷領域，發(fā)展?jié)摿薮�。�?994年由Vining等首次報道以來，VE技術作為一種無創(chuàng)性的檢查方法已在氣道、胃腸道、胰膽管、泌尿道、腦室、椎管和關節(jié)腔等幾乎所有人體腔道器官得以實現(xiàn)，大大超出了纖維內鏡(fiberoptic endoscopy，F(xiàn)E)所能達到的部位和臨床應用范圍。目前各國學者對消化道仿真內鏡技術進行了大量的實驗研究和臨床應用，取得了令人矚目的成果。消化道仿真內鏡技術與表面遮蓋成像(surface shaded display, SSD)、透明成像(RaySum)、最大或最小密度投影(Max / Min intensity projection, MIP)、多平面重建(multi-planar reformation, MPR)等其它仿真影像技術聯(lián)合運用，并綜合觀察斷面圖像，對消化系疾病特別是胃腸道腫瘤的診斷、分期、手術切除可能性評估及復發(fā)的判斷等方面具有極大的臨床應用價值。
一、成像技術
仿真內鏡成像是利用特殊的計算機軟件功能，將螺旋CT、高場MR、三維DSA或超聲成像采集的圖像源數(shù)據(jù)在工作站上進行圖像后處理，經(jīng)確定閾值和調整透明度，對空腔器官內表面具有相同的像素值部分進行立體重建，再利用計算機模擬導航技術進行腔內觀察，并賦予人工偽彩和光照效果，連續(xù)回放，獲得類似纖維內鏡直視觀察效果的三維動態(tài)影像。
消化道仿真內鏡的成像過程大致可分三大步驟：
1.資源影像 螺旋CT或高場MR數(shù)字化容積(三維)數(shù)據(jù)是消化道VE技術的基礎，胃腸道滿意的空腹準備和充分排空是仿真內鏡檢查成功的關鍵。為保證資源影像具有最大的空間分辨率，須以興趣區(qū)(ROI)為中心作連續(xù)無間隔的薄層掃描，并消除胃腸蠕動或其它偽影對圖像質量的影響。此外，組織間對比度的最大化有助于計算機對目標物體與其周圍組織的鑒別，被檢器官與鄰近組織間對比度差別越大，圖像效果越佳。因消化道缺乏天然對比，需人為引入對比劑以產(chǎn)生對比差異。通常CT掃描，胃腸道以低張下引入空氣或2%-3%稀釋胃腸造影劑為佳，胰膽管系統(tǒng)需引入專用陽性造影劑；MR檢查，以低張下引入凈水(MR水成像)或1%-3%稀釋MR造影劑(如Gd-DTPA)為佳，胰膽管系統(tǒng)則無需造影劑而直接采用MR水成像(MR hydrography, MRH)。
2.圖像分割 VE的關鍵是對資源影像中需觀察的管腔結構特異性像素值加以確定和標記。采用閾值(threshold)技術可以界定消化道內腔與不需觀察的周圍組織(即超出閾值以外的像素部分)。需強調指出，對同一資源影像，若采用不同的閾值方式和數(shù)值，可產(chǎn)生不全相同的重建圖像。
3.三維重建 VE采用透視容積再現(xiàn)(perspective volume rendering, PVR)或表面再現(xiàn)(surface rendering)技術，經(jīng)調整閾值和透明度，產(chǎn)生消化道目標段靠近觀察者并放大的多幅管腔內表面重建圖像，再賦予人工偽彩和光照效果，沿管道內腔漫游(flight through)或導航(navigation)觀察，即可獲得模擬纖維內鏡進退和轉向的動態(tài)效果。
二、臨床應用
(一)仿真食管鏡(virtual esophagoscopy)
通常食管處于空虛狀態(tài)，管壁貼近，胸段食管更由于腔內負壓而呈收縮狀態(tài)，即使在低張下，對比劑也無法在食管內較長時間停留。因此食管VE難以獲得有效源影像和重建仿真內鏡影像，目前臨床應用很少。國外曾報道一例食管CT-VE觀察食管支氣管瘺，其效果與支氣管鏡相似。另有文獻報道，食管VE可從不同位置和角度觀察食管癌腔內腫瘤病灶，并可同時觀察氣管受累情況，對食管明顯隆起性和凹陷性病變有一定應用價值。
(二)仿真胃鏡(virtual gastroscopy)
胃腔VE可獲得類似纖維胃鏡的觀察效果，檢查無盲區(qū)，清楚顯示腫瘤、息肉、潰瘍、炎癥、胃底靜脈曲張等病變。有報道CT-VE對胃部病變檢出的準確度為92.8%，敏感度為96.4%，特異度為78.6%。實驗研究顯示，CT-VE可準確檢出胃壁內深度為1mm以上，最小口部寬徑5mm以上的凹陷性潰瘍病變，并可根據(jù)潰瘍本身形態(tài)、大小及附近粘膜紋特征鑒別良惡性。仿真胃鏡可檢出直徑在3mm以上的腫塊病灶，易于顯示胃部腫瘤的粘膜形態(tài)、腫塊輪廓和潰瘍，全面觀察腫瘤與胃壁的關系，以利于胃內、外腫瘤及良、惡性的鑒別，并可了解腫瘤周圍浸潤范圍，協(xié)助分期和制定手術方案。一組胃部CT-VE研究中，單獨依據(jù)VE診斷進展期胃癌和早期胃癌的敏感性為100%和62.5%，依據(jù)VE在胃腔內綜合觀察腫瘤的隆起、潰瘍、環(huán)堤和管腔狹窄等，進展期胃癌大體Borrmann分型的準確率達97%。仿真胃鏡與其它仿真影像技術及斷面圖像的綜合應用，有望成為胃息肉和早期胃癌無創(chuàng)性普查和隨訪的有效手段。
(三)小腸VE
小腸位置深在，管腔較窄，行程長而迂曲，廣泛分布于腹腔和盆腔內，充分有效的腸道準備是小腸仿真內鏡檢查成功的關鍵和技術難點。小腸VE能準確顯示粘膜皺襞，對4mm以上的病變有較高的診斷可信度。研究表明，小腸CT-VE對Crohn病及其合并癥有很高的診斷價值，可清楚顯示腸壁環(huán)型增厚、鵝卵石樣粘膜改變以及管腔狹窄、深在潰瘍和瘺管竇道形成。對腫瘤病變，小腸VE可以進入纖維內鏡無法到達的狹窄腸段，多角度觀察腔內腫塊、不規(guī)則結節(jié)和潰瘍。利用MR水成像(MRH)技術的小腸MR-VE，不僅易于直觀顯示十二指腸憩室和腫瘤，還能立體展現(xiàn)十二指腸腫瘤與受累的鄰近胰膽管之間的空間關系。
(四)仿真結腸鏡(virtual colonoscopy)
仿真結腸鏡是VE技術最早的臨床應用之一。VE顯示結腸的范圍可從直腸直至回盲瓣的全程，可以發(fā)現(xiàn)直徑大于0.5cm的結腸息肉和腫瘤，其敏感性與病變的直徑大小有關，直徑越大敏感性越高。目前，仿真結腸鏡對探察結腸梗阻性病變、顯示腫塊，對病變定位以及檢查的舒適性等方面已達到或超過結腸氣鋇雙對比造影(DCBE)，被視為高危人群的篩選檢查方法，國外對CT-VE應用于結腸癌的臨床普查已進行了大量研究。Hara等研究表明，結合橫斷面圖像，CT仿真內鏡(CT-VE)對直徑0.5cm以上的結腸息肉診斷敏感性為66%-100%，特異性為63%-90%。盡管CT-VE診斷小于0.5cm的結腸息肉敏感性較低(11%-45%)，但一般認為結腸息肉直徑超過1.0cm時可有潛在的惡變可能 ......
消化道仿真內鏡的臨床應用
近年來，隨著現(xiàn)代醫(yī)學影像技術和計算機技術的飛速發(fā)展，計算機虛擬現(xiàn)實(virtual reality)技術應用于醫(yī)學影像學催生了一門新興的醫(yī)學邊緣學科--仿真影像學(virtual imaging in medicine)。仿真影像較之二維斷面圖像，能更直觀地展現(xiàn)器官腔內外表面形態(tài)解剖和病理改變的立體圖像，進一步提高醫(yī)學診斷和醫(yī)學教育水平，模擬手術并協(xié)助治療。仿真影像學是醫(yī)學影像學與計算機圖像處理技術相結合的產(chǎn)物，其前提是先進的源影像容積采集技術，關鍵在于強大的計算機圖像后處理技術。
仿真內鏡術(virtual endoscopy, VE)作為仿真影像學的重要研究課題和發(fā)展方向，使影像診斷醫(yī)師開始涉足內鏡診斷領域，發(fā)展?jié)摿薮�。�?994年由Vining等首次報道以來，VE技術作為一種無創(chuàng)性的檢查方法已在氣道、胃腸道、胰膽管、泌尿道、腦室、椎管和關節(jié)腔等幾乎所有人體腔道器官得以實現(xiàn)，大大超出了纖維內鏡(fiberoptic endoscopy，F(xiàn)E)所能達到的部位和臨床應用范圍。目前各國學者對消化道仿真內鏡技術進行了大量的實驗研究和臨床應用，取得了令人矚目的成果。消化道仿真內鏡技術與表面遮蓋成像(surface shaded display, SSD)、透明成像(RaySum)、最大或最小密度投影(Max / Min intensity projection, MIP)、多平面重建(multi-planar reformation, MPR)等其它仿真影像技術聯(lián)合運用，并綜合觀察斷面圖像，對消化系疾病特別是胃腸道腫瘤的診斷、分期、手術切除可能性評估及復發(fā)的判斷等方面具有極大的臨床應用價值。
一、成像技術
仿真內鏡成像是利用特殊的計算機軟件功能，將螺旋CT、高場MR、三維DSA或超聲成像采集的圖像源數(shù)據(jù)在工作站上進行圖像后處理，經(jīng)確定閾值和調整透明度，對空腔器官內表面具有相同的像素值部分進行立體重建，再利用計算機模擬導航技術進行腔內觀察，并賦予人工偽彩和光照效果，連續(xù)回放，獲得類似纖維內鏡直視觀察效果的三維動態(tài)影像。
消化道仿真內鏡的成像過程大致可分三大步驟：
1.資源影像 螺旋CT或高場MR數(shù)字化容積(三維)數(shù)據(jù)是消化道VE技術的基礎，胃腸道滿意的空腹準備和充分排空是仿真內鏡檢查成功的關鍵。為保證資源影像具有最大的空間分辨率，須以興趣區(qū)(ROI)為中心作連續(xù)無間隔的薄層掃描，并消除胃腸蠕動或其它偽影對圖像質量的影響。此外，組織間對比度的最大化有助于計算機對目標物體與其周圍組織的鑒別，被檢器官與鄰近組織間對比度差別越大，圖像效果越佳。因消化道缺乏天然對比，需人為引入對比劑以產(chǎn)生對比差異。通常CT掃描，胃腸道以低張下引入空氣或2%-3%稀釋胃腸造影劑為佳，胰膽管系統(tǒng)需引入專用陽性造影劑；MR檢查，以低張下引入凈水(MR水成像)或1%-3%稀釋MR造影劑(如Gd-DTPA)為佳，胰膽管系統(tǒng)則無需造影劑而直接采用MR水成像(MR hydrography, MRH)。
2.圖像分割 VE的關鍵是對資源影像中需觀察的管腔結構特異性像素值加以確定和標記。采用閾值(threshold)技術可以界定消化道內腔與不需觀察的周圍組織(即超出閾值以外的像素部分)。需強調指出，對同一資源影像，若采用不同的閾值方式和數(shù)值，可產(chǎn)生不全相同的重建圖像。
3.三維重建 VE采用透視容積再現(xiàn)(perspective volume rendering, PVR)或表面再現(xiàn)(surface rendering)技術，經(jīng)調整閾值和透明度，產(chǎn)生消化道目標段靠近觀察者并放大的多幅管腔內表面重建圖像，再賦予人工偽彩和光照效果，沿管道內腔漫游(flight through)或導航(navigation)觀察，即可獲得模擬纖維內鏡進退和轉向的動態(tài)效果。
二、臨床應用
(一)仿真食管鏡(virtual esophagoscopy)
通常食管處于空虛狀態(tài)，管壁貼近，胸段食管更由于腔內負壓而呈收縮狀態(tài)，即使在低張下，對比劑也無法在食管內較長時間停留。因此食管VE難以獲得有效源影像和重建仿真內鏡影像，目前臨床應用很少。國外曾報道一例食管CT-VE觀察食管支氣管瘺，其效果與支氣管鏡相似。另有文獻報道，食管VE可從不同位置和角度觀察食管癌腔內腫瘤病灶，并可同時觀察氣管受累情況，對食管明顯隆起性和凹陷性病變有一定應用價值。
(二)仿真胃鏡(virtual gastroscopy)
胃腔VE可獲得類似纖維胃鏡的觀察效果，檢查無盲區(qū)，清楚顯示腫瘤、息肉、潰瘍、炎癥、胃底靜脈曲張等病變。有報道CT-VE對胃部病變檢出的準確度為92.8%，敏感度為96.4%，特異度為78.6%。實驗研究顯示，CT-VE可準確檢出胃壁內深度為1mm以上，最小口部寬徑5mm以上的凹陷性潰瘍病變，并可根據(jù)潰瘍本身形態(tài)、大小及附近粘膜紋特征鑒別良惡性。仿真胃鏡可檢出直徑在3mm以上的腫塊病灶，易于顯示胃部腫瘤的粘膜形態(tài)、腫塊輪廓和潰瘍，全面觀察腫瘤與胃壁的關系，以利于胃內、外腫瘤及良、惡性的鑒別，并可了解腫瘤周圍浸潤范圍，協(xié)助分期和制定手術方案。一組胃部CT-VE研究中，單獨依據(jù)VE診斷進展期胃癌和早期胃癌的敏感性為100%和62.5%，依據(jù)VE在胃腔內綜合觀察腫瘤的隆起、潰瘍、環(huán)堤和管腔狹窄等，進展期胃癌大體Borrmann分型的準確率達97%。仿真胃鏡與其它仿真影像技術及斷面圖像的綜合應用，有望成為胃息肉和早期胃癌無創(chuàng)性普查和隨訪的有效手段。
(三)小腸VE
小腸位置深在，管腔較窄，行程長而迂曲，廣泛分布于腹腔和盆腔內，充分有效的腸道準備是小腸仿真內鏡檢查成功的關鍵和技術難點。小腸VE能準確顯示粘膜皺襞，對4mm以上的病變有較高的診斷可信度。研究表明，小腸CT-VE對Crohn病及其合并癥有很高的診斷價值，可清楚顯示腸壁環(huán)型增厚、鵝卵石樣粘膜改變以及管腔狹窄、深在潰瘍和瘺管竇道形成。對腫瘤病變，小腸VE可以進入纖維內鏡無法到達的狹窄腸段，多角度觀察腔內腫塊、不規(guī)則結節(jié)和潰瘍。利用MR水成像(MRH)技術的小腸MR-VE，不僅易于直觀顯示十二指腸憩室和腫瘤，還能立體展現(xiàn)十二指腸腫瘤與受累的鄰近胰膽管之間的空間關系。
(四)仿真結腸鏡(virtual colonoscopy)
仿真結腸鏡是VE技術最早的臨床應用之一。VE顯示結腸的范圍可從直腸直至回盲瓣的全程，可以發(fā)現(xiàn)直徑大于0.5cm的結腸息肉和腫瘤，其敏感性與病變的直徑大小有關，直徑越大敏感性越高。目前，仿真結腸鏡對探察結腸梗阻性病變、顯示腫塊，對病變定位以及檢查的舒適性等方面已達到或超過結腸氣鋇雙對比造影(DCBE)，被視為高危人群的篩選檢查方法，國外對CT-VE應用于結腸癌的臨床普查已進行了大量研究。Hara等研究表明，結合橫斷面圖像，CT仿真內鏡(CT-VE)對直徑0.5cm以上的結腸息肉診斷敏感性為66%-100%，特異性為63%-90%。盡管CT-VE診斷小于0.5cm的結腸息肉敏感性較低(11%-45%)，但一般認為結腸息肉直徑超過1.0cm時可有潛在的惡變可能 ......
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