消化道仿真内镜的临床应用.doc
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参见附件(39kb)。
消化道仿真内镜的临床应用
近年来，随着现代医学影像技术和计算机技术的飞速发展，计算机虚拟现实(virtual reality)技术应用于医学影像学催生了一门新兴的医学边缘学科--仿真影像学(virtual imaging in medicine)。仿真影像较之二维断面图像，能更直观地展现器官腔内外表面形态解剖和病理改变的立体图像，进一步提高医学诊断和医学教育水平，模拟手术并协助治疗。仿真影像学是医学影像学与计算机图像处理技术相结合的产物，其前提是先进的源影像容积采集技术，关键在于强大的计算机图像后处理技术。
仿真内镜术(virtual endoscopy, VE)作为仿真影像学的重要研究课题和发展方向，使影像诊断医师开始涉足内镜诊断领域，发展潜力巨大。自1994年由Vining等首次报道以来，VE技术作为一种无创性的检查方法已在气道、胃肠道、胰胆管、泌尿道、脑室、椎管和关节腔等几乎所有人体腔道器官得以实现，大大超出了纤维内镜(fiberoptic endoscopy，FE)所能达到的部位和临床应用范围。目前各国学者对消化道仿真内镜技术进行了大量的实验研究和临床应用，取得了令人瞩目的成果。消化道仿真内镜技术与表面遮盖成像(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)等其它仿真影像技术联合运用，并综合观察断面图像，对消化系疾病特别是胃肠道肿瘤的诊断、分期、手术切除可能性评估及复发的判断等方面具有极大的临床应用价值。
一、成像技术
仿真内镜成像是利用特殊的计算机软件功能，将螺旋CT、高场MR、三维DSA或超声成像采集的图像源数据在工作站上进行图像后处理，经确定阈值和调整透明度，对空腔器官内表面具有相同的像素值部分进行立体重建，再利用计算机模拟导航技术进行腔内观察，并赋予人工伪彩和光照效果，连续回放，获得类似纤维内镜直视观察效果的三维动态影像。
消化道仿真内镜的成像过程大致可分三大步骤：
1.资源影像 螺旋CT或高场MR数字化容积(三维)数据是消化道VE技术的基础，胃肠道满意的空腹准备和充分排空是仿真内镜检查成功的关键。为保证资源影像具有最大的空间分辨率，须以兴趣区(ROI)为中心作连续无间隔的薄层扫描，并消除胃肠蠕动或其它伪影对图像质量的影响。此外，组织间对比度的最大化有助于计算机对目标物体与其周围组织的鉴别，被检器官与邻近组织间对比度差别越大，图像效果越佳。因消化道缺乏天然对比，需人为引入对比剂以产生对比差异。通常CT扫描，胃肠道以低张下引入空气或2%-3%稀释胃肠造影剂为佳，胰胆管系统需引入专用阳性造影剂；MR检查，以低张下引入净水(MR水成像)或1%-3%稀释MR造影剂(如Gd-DTPA)为佳，胰胆管系统则无需造影剂而直接采用MR水成像(MR hydrography, MRH)。
2.图像分割 VE的关键是对资源影像中需观察的管腔结构特异性像素值加以确定和标记。采用阈值(threshold)技术可以界定消化道内腔与不需观察的周围组织(即超出阈值以外的像素部分)。需强调指出，对同一资源影像，若采用不同的阈值方式和数值，可产生不全相同的重建图像。
3.三维重建 VE采用透视容积再现(perspective volume rendering, PVR)或表面再现(surface rendering)技术，经调整阈值和透明度，产生消化道目标段靠近观察者并放大的多幅管腔内表面重建图像，再赋予人工伪彩和光照效果，沿管道内腔漫游(flight through)或导航(navigation)观察，即可获得模拟纤维内镜进退和转向的动态效果。
二、临床应用
(一)仿真食管镜(virtual esophagoscopy)
通常食管处于空虚状态，管壁贴近，胸段食管更由于腔内负压而呈收缩状态，即使在低张下，对比剂也无法在食管内较长时间停留。因此食管VE难以获得有效源影像和重建仿真内镜影像，目前临床应用很少。国外曾报道一例食管CT-VE观察食管支气管瘘，其效果与支气管镜相似。另有文献报道，食管VE可从不同位置和角度观察食管癌腔内肿瘤病灶，并可同时观察气管受累情况，对食管明显隆起性和凹陷性病变有一定应用价值。
(二)仿真胃镜(virtual gastroscopy)
胃腔VE可获得类似纤维胃镜的观察效果，检查无盲区，清楚显示肿瘤、息肉、溃疡、炎症、胃底静脉曲张等病变。有报道CT-VE对胃部病变检出的准确度为92.8%，敏感度为96.4%，特异度为78.6%。实验研究显示，CT-VE可准确检出胃壁内深度为1mm以上，最小口部宽径5mm以上的凹陷性溃疡病变，并可根据溃疡本身形态、大小及附近粘膜纹特征鉴别良恶性。仿真胃镜可检出直径在3mm以上的肿块病灶，易于显示胃部肿瘤的粘膜形态、肿块轮廓和溃疡，全面观察肿瘤与胃壁的关系，以利于胃内、外肿瘤及良、恶性的鉴别，并可了解肿瘤周围浸润范围，协助分期和制定手术方案。一组胃部CT-VE研究中，单独依据VE诊断进展期胃癌和早期胃癌的敏感性为100%和62.5%，依据VE在胃腔内综合观察肿瘤的隆起、溃疡、环堤和管腔狭窄等，进展期胃癌大体Borrmann分型的准确率达97%。仿真胃镜与其它仿真影像技术及断面图像的综合应用，有望成为胃息肉和早期胃癌无创性普查和随访的有效手段。
(三)小肠VE
小肠位置深在，管腔较窄，行程长而迂曲，广泛分布于腹腔和盆腔内，充分有效的肠道准备是小肠仿真内镜检查成功的关键和技术难点。小肠VE能准确显示粘膜皱襞，对4mm以上的病变有较高的诊断可信度。研究表明，小肠CT-VE对Crohn病及其合并症有很高的诊断价值，可清楚显示肠壁环型增厚、鹅卵石样粘膜改变以及管腔狭窄、深在溃疡和瘘管窦道形成。对肿瘤病变，小肠VE可以进入纤维内镜无法到达的狭窄肠段，多角度观察腔内肿块、不规则结节和溃疡。利用MR水成像(MRH)技术的小肠MR-VE，不仅易于直观显示十二指肠憩室和肿瘤，还能立体展现十二指肠肿瘤与受累的邻近胰胆管之间的空间关系。
(四)仿真结肠镜(virtual colonoscopy)
仿真结肠镜是VE技术最早的临床应用之一。VE显示结肠的范围可从直肠直至回盲瓣的全程，可以发现直径大于0.5cm的结肠息肉和肿瘤，其敏感性与病变的直径大小有关，直径越大敏感性越高。目前，仿真结肠镜对探察结肠梗阻性病变、显示肿块，对病变定位以及检查的舒适性等方面已达到或超过结肠气钡双对比造影(DCBE)，被视为高危人群的筛选检查方法，国外对CT-VE应用于结肠癌的临床普查已进行了大量研究。Hara等研究表明，结合横断面图像，CT仿真内镜(CT-VE)对直径0.5cm以上的结肠息肉诊断敏感性为66%-100%，特异性为63%-90%。尽管CT-VE诊断小于0.5cm的结肠息肉敏感性较低(11%-45%)，但一般认为结肠息肉直径超过1.0cm时可有潜在的恶变可能 ......
消化道仿真内镜的临床应用
近年来，随着现代医学影像技术和计算机技术的飞速发展，计算机虚拟现实(virtual reality)技术应用于医学影像学催生了一门新兴的医学边缘学科--仿真影像学(virtual imaging in medicine)。仿真影像较之二维断面图像，能更直观地展现器官腔内外表面形态解剖和病理改变的立体图像，进一步提高医学诊断和医学教育水平，模拟手术并协助治疗。仿真影像学是医学影像学与计算机图像处理技术相结合的产物，其前提是先进的源影像容积采集技术，关键在于强大的计算机图像后处理技术。
仿真内镜术(virtual endoscopy, VE)作为仿真影像学的重要研究课题和发展方向，使影像诊断医师开始涉足内镜诊断领域，发展潜力巨大。自1994年由Vining等首次报道以来，VE技术作为一种无创性的检查方法已在气道、胃肠道、胰胆管、泌尿道、脑室、椎管和关节腔等几乎所有人体腔道器官得以实现，大大超出了纤维内镜(fiberoptic endoscopy，FE)所能达到的部位和临床应用范围。目前各国学者对消化道仿真内镜技术进行了大量的实验研究和临床应用，取得了令人瞩目的成果。消化道仿真内镜技术与表面遮盖成像(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)等其它仿真影像技术联合运用，并综合观察断面图像，对消化系疾病特别是胃肠道肿瘤的诊断、分期、手术切除可能性评估及复发的判断等方面具有极大的临床应用价值。
一、成像技术
仿真内镜成像是利用特殊的计算机软件功能，将螺旋CT、高场MR、三维DSA或超声成像采集的图像源数据在工作站上进行图像后处理，经确定阈值和调整透明度，对空腔器官内表面具有相同的像素值部分进行立体重建，再利用计算机模拟导航技术进行腔内观察，并赋予人工伪彩和光照效果，连续回放，获得类似纤维内镜直视观察效果的三维动态影像。
消化道仿真内镜的成像过程大致可分三大步骤：
1.资源影像 螺旋CT或高场MR数字化容积(三维)数据是消化道VE技术的基础，胃肠道满意的空腹准备和充分排空是仿真内镜检查成功的关键。为保证资源影像具有最大的空间分辨率，须以兴趣区(ROI)为中心作连续无间隔的薄层扫描，并消除胃肠蠕动或其它伪影对图像质量的影响。此外，组织间对比度的最大化有助于计算机对目标物体与其周围组织的鉴别，被检器官与邻近组织间对比度差别越大，图像效果越佳。因消化道缺乏天然对比，需人为引入对比剂以产生对比差异。通常CT扫描，胃肠道以低张下引入空气或2%-3%稀释胃肠造影剂为佳，胰胆管系统需引入专用阳性造影剂；MR检查，以低张下引入净水(MR水成像)或1%-3%稀释MR造影剂(如Gd-DTPA)为佳，胰胆管系统则无需造影剂而直接采用MR水成像(MR hydrography, MRH)。
2.图像分割 VE的关键是对资源影像中需观察的管腔结构特异性像素值加以确定和标记。采用阈值(threshold)技术可以界定消化道内腔与不需观察的周围组织(即超出阈值以外的像素部分)。需强调指出，对同一资源影像，若采用不同的阈值方式和数值，可产生不全相同的重建图像。
3.三维重建 VE采用透视容积再现(perspective volume rendering, PVR)或表面再现(surface rendering)技术，经调整阈值和透明度，产生消化道目标段靠近观察者并放大的多幅管腔内表面重建图像，再赋予人工伪彩和光照效果，沿管道内腔漫游(flight through)或导航(navigation)观察，即可获得模拟纤维内镜进退和转向的动态效果。
二、临床应用
(一)仿真食管镜(virtual esophagoscopy)
通常食管处于空虚状态，管壁贴近，胸段食管更由于腔内负压而呈收缩状态，即使在低张下，对比剂也无法在食管内较长时间停留。因此食管VE难以获得有效源影像和重建仿真内镜影像，目前临床应用很少。国外曾报道一例食管CT-VE观察食管支气管瘘，其效果与支气管镜相似。另有文献报道，食管VE可从不同位置和角度观察食管癌腔内肿瘤病灶，并可同时观察气管受累情况，对食管明显隆起性和凹陷性病变有一定应用价值。
(二)仿真胃镜(virtual gastroscopy)
胃腔VE可获得类似纤维胃镜的观察效果，检查无盲区，清楚显示肿瘤、息肉、溃疡、炎症、胃底静脉曲张等病变。有报道CT-VE对胃部病变检出的准确度为92.8%，敏感度为96.4%，特异度为78.6%。实验研究显示，CT-VE可准确检出胃壁内深度为1mm以上，最小口部宽径5mm以上的凹陷性溃疡病变，并可根据溃疡本身形态、大小及附近粘膜纹特征鉴别良恶性。仿真胃镜可检出直径在3mm以上的肿块病灶，易于显示胃部肿瘤的粘膜形态、肿块轮廓和溃疡，全面观察肿瘤与胃壁的关系，以利于胃内、外肿瘤及良、恶性的鉴别，并可了解肿瘤周围浸润范围，协助分期和制定手术方案。一组胃部CT-VE研究中，单独依据VE诊断进展期胃癌和早期胃癌的敏感性为100%和62.5%，依据VE在胃腔内综合观察肿瘤的隆起、溃疡、环堤和管腔狭窄等，进展期胃癌大体Borrmann分型的准确率达97%。仿真胃镜与其它仿真影像技术及断面图像的综合应用，有望成为胃息肉和早期胃癌无创性普查和随访的有效手段。
(三)小肠VE
小肠位置深在，管腔较窄，行程长而迂曲，广泛分布于腹腔和盆腔内，充分有效的肠道准备是小肠仿真内镜检查成功的关键和技术难点。小肠VE能准确显示粘膜皱襞，对4mm以上的病变有较高的诊断可信度。研究表明，小肠CT-VE对Crohn病及其合并症有很高的诊断价值，可清楚显示肠壁环型增厚、鹅卵石样粘膜改变以及管腔狭窄、深在溃疡和瘘管窦道形成。对肿瘤病变，小肠VE可以进入纤维内镜无法到达的狭窄肠段，多角度观察腔内肿块、不规则结节和溃疡。利用MR水成像(MRH)技术的小肠MR-VE，不仅易于直观显示十二指肠憩室和肿瘤，还能立体展现十二指肠肿瘤与受累的邻近胰胆管之间的空间关系。
(四)仿真结肠镜(virtual colonoscopy)
仿真结肠镜是VE技术最早的临床应用之一。VE显示结肠的范围可从直肠直至回盲瓣的全程，可以发现直径大于0.5cm的结肠息肉和肿瘤，其敏感性与病变的直径大小有关，直径越大敏感性越高。目前，仿真结肠镜对探察结肠梗阻性病变、显示肿块，对病变定位以及检查的舒适性等方面已达到或超过结肠气钡双对比造影(DCBE)，被视为高危人群的筛选检查方法，国外对CT-VE应用于结肠癌的临床普查已进行了大量研究。Hara等研究表明，结合横断面图像，CT仿真内镜(CT-VE)对直径0.5cm以上的结肠息肉诊断敏感性为66%-100%，特异性为63%-90%。尽管CT-VE诊断小于0.5cm的结肠息肉敏感性较低(11%-45%)，但一般认为结肠息肉直径超过1.0cm时可有潜在的恶变可能 ......
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