当前位置: 首页 > 期刊 > 《中国医学影像技术》 > 2000年第9期
编号:10264176
仿真内镜的临床应用与评价
http://www.100md.com 《中国医学影像技术》 2000年第9期
     作者:杨秀军 彭仁罗

    单位:杨秀军(上海第一人民医院放射科,上海 200080);彭仁罗(湖南医科大学湘雅医院)

    关键词:

    中国医学影像技术000906 [中图分类号] R445 [文献标识码] A

    [文章编号] 1003-3289(2000)09-0722-03

    随着医学影像技术的进步,图像数据采集和三维立体显示的发展,模仿纤维内镜(fibrous endoscopy;FE)检查的仿真内镜(virtual endoscopy;VE)问世了。VE目前虽然仍处在初期发展阶段,但已几乎涉及人体所有的空腔器官的临床应用,对人类疾病的诊断、模拟手术操作、医学教育实践等方面发挥了巨大的作用。且因其无创伤性,快速、适时的成像,病人耐受性好,临床适应证广泛等优点,而倍受医学影像学家和临床专家的关注。
, http://www.100md.com
    VE的面世意味着医学影像学开始涉足于内镜诊断学领域,放射学医生如何面对新技术的挑战,尽快地掌握人体内镜的正常解剖和疾病诊断的基本知识,已成为当务之急。

    1 技术原理

    VE的成像原理是将螺旋CT、电子束CT或MR成像等所取得的二维或者三维图像数据,应用VE软件进行后处理,重建成立体的VE图像,并藉助于导航navigator,内含漫游flythough技术,配合伪彩色,将VE图像进行快速、连续的电影回放,即可获得如同FE直视下的管腔内面图像的动态效果。

    VE成像是运用透视投影法,按照人眼观察的方式,对靶器官进行全容积的立体图像重建。不同的靶器官有不同的阈值(threshold value),宜采取不同的阈值模式(threshold mode)。阈值模式有三种:即“黑底白影”(white in black)\,“白底黑影”(black in white)和“界阈之内”(within border)模式。靶器官的密度或信号低于背景组织者如含气支气管等,宜选用“白底黑影”阈值模式;反之,靶器官的密度或信号高于背景组织者如造影剂充盈的胆囊等,则宜采取“黑底白影”模式。上述二者也都适宜于“界阈之内”模式。
, http://www.100md.com
    螺旋CT和MRI的薄层无间断扫描,所获取的容积数据是VE成像的基础。一般说来,CT扫描图像的分辨率,要比MRI高;但MR成像速度较快,无辐射线损害,可利用MR血管成像(MRA)和MR水成像(MRH)而无需使用造影剂,即可获得有效的VE成像图像源。以MRI为图像源的VE成像习惯上称为MRVE;以CT为图像源的VE成像称为CTVE。还可按不同部位和器官的VE成像来命名,例如气道VE、结肠VE等。

    VE成像的操作步骤如下。第一步:获取CT或MRI图像源的容积数据。图像源的质量非常重要,很大程度上决定了VE的成像质量;第二步:将图像源数据传送至装备有VE成像和图像分析软件的工作站,进行后期处理;第三步:应用图像分析软件如导航软件,选择适当的成像方式、阈值模式、视角、亮度、伪彩色等,形成VE图像;第四步:单帧或动态序列抓取并保存VE图像于硬盘。观察分析时进行单帧或动态序列电影回放显示。

    2 临床应用
, http://www.100md.com
    尽管VE尚处在探索和发展之中,其技术尚未成熟,但目前已经在气道、胃肠道、胆道、尿路、心血管、神经系统等方面,得到了较为成功的临床应用。

    2.1 气道VE 气道VE的临床应用较早,而且技术上也比较的成熟。气道内含气体,存在天然的对比,采用螺旋CT或电子束CT扫描,于一次屏气下快速完成靶器官的横断面扫描,然后重建该靶器官内表面的VE图像。已经成功地应用于鼻咽腔、鼻窦、喉、气管和支气管等,逼真的显示这些器官内腔的三维立体解剖和病理改变图像,清楚地显示会厌、会厌谷、梨状窝、咽鼓管开口、真假声带、喉室、气管隆突等结构,诊断鼻中隔偏曲、鼻甲肥大、鼻腔狭窄或阻塞、气道内息肉样病变、腔内外病变所引起的管腔狭窄。

    喉癌早期VE上可见声带局限性增厚或结节状隆起,声门裂不对称和不规则性狭窄。晚期可见不规则性肿块和喉腔闭塞。声带息肉表现为声带上光滑的结节。甲状腺肿瘤和肿大淋巴结对邻近气管的压迫,表现为管腔偏心性狭窄或局限性管腔内隆起。中央性肺癌显示支气管受压变窄、中断和不规则肿块。适当地调节阈值和透明度,还可透过气管壁观察腔外的结构和病变。经足入路可观察气道阻塞的远侧情况和声带下面的解剖和病变,全面地了解和掌握病变的发展蔓延情况。还可用于气管内支架、支气管吻合术、肺移植术后的随访和疗效评估;也可作为内镜医生模拟教学和培训的手段。
, 百拇医药
    2.2 心血管VE 血管VE因其高风险而发展缓慢;血管VE的临床应用,使血管影像学出现了质的飞跃。血管VE的技术关键在于获取有效的CT血管造影图像源。MR血管成像技术——时间飞越(TOF)法和相位对比(PC)法,在头颈部血管成像已经取得了良好的效果;由于受呼吸、心跳、胃肠蠕动的影响,在胸、腹部MR血管成像的效果不佳。使心血管MRVE的应用受到了很大的限制。心血管CTVE可显示心脏和大血管腔内三维立体解剖图像,观察心房、心室和出入心脏大血管的腔内病变,例如心间隔缺损、瓣膜狭窄和关闭不全、静脉异位引流、动脉粥样硬化、夹层主动脉瘤、以及肿瘤对血管的侵犯和癌栓等,具有独特的诊断作用。

    2.3 胃肠道VE 食管VE有一定的难度,因为即使在低张条件下,也难于使气体或造影剂在食管内较长时间的停留;除非是在严重梗阻的情形下,才能获得近段食管对比剂充盈的图像源而进行VE成像。胃和结肠VE的临床应用比较成功,可无创性获得胃和结肠管腔内的VE图像,病人无痛苦,无检查盲区。作者应用离体猪结肠实验模型的研究表明,CTVE和MRVE都成功地检出了全部20个3~12mm大小的息肉样病灶,其敏感性均为100%,准确性CTVE和MRVE分别为100%和71.4%。CTVE显示结肠黏膜和病变表面细节的能力优于MRVE。故建议胃肠道尽量采用CTVE,使用能均匀分布的气体对比剂为宜,扫描前常规应用肌肉松弛剂,可舒张平滑肌、减少胃肠痉挛和运动伪影。
, 百拇医药
    胃和结肠VE能较好地显示胃和结肠的正常黏膜、黏膜萎缩、隆起和凹陷性病变和管腔狭窄等,对于胃肠道肿瘤、息肉、憩室、溃疡、克隆病等,均有良好的效果。胃和结肠癌可见不规则性肿块和管腔狭窄;息肉呈边缘光滑的带蒂结节;而憩室的特征是口部呈边缘锐利的“黑环征”。

    2.4 胆道VE 通常采用MR水成像的MR胰胆管造影(MR cholangiopancreatography;MRCP)以获得有效的图像源,形成胆道MRVE图像;而胆道CTVE则需引入造影剂使胆道显影后,再行螺旋CT或电子束CT扫描。一组41例胆道MRVE研究报告中指出:100%段以上肝胆管,88.9%的胆囊和75.6%的主胰管成功地获得了MRVE图像,对于胆道和胰腺疾病的总检出率为97.6%。可显示结石的数目、位置及状态。嵌顿性结石表现为结石与管壁钝角相交,且与管壁广泛粘连,手术取石困难,常需行胆管切开或夹碎后取石,故不宜行介入性取石;游离性结石的边缘清楚,无粘连表现,与管壁呈锐角相交,有时还可见“水线征”。MRVE且有效地检出了胆囊结石合并胆囊癌,胰头癌的胆管侵犯,以及胆总管下端和壶腹部癌等。
, 百拇医药
    2.5 尿路VE 尿路VE,图像源在CT是应用造影剂采集排泄期的尿路影像;而MRI则多利用MR水成像作为图像源。血尿患者由于含铁血黄素的沉积,MRVE的应用受到限制。肾脏VE可显示肾盂和肾盏的内部结构和病变,例如结石、肿瘤、以及腔外病变对肾盂和肾盏的压迫和侵犯。输尿管和膀胱VE可显示其内腔及内壁结构,展示输尿管的膀胱入口情况。正常输尿管的膀胱入口呈裂隙状或突向膀胱的结节状隆起。输尿管结石MRVE上显示输尿管突然中断或者闭塞、结石呈腔内结节状病灶,直径5mm以下的结石VE上难以显示。输尿管肿瘤很少见,表现为腔内结节或肿块性病变,伴有输尿管的阻塞。膀胱结石和膀胱癌临床上较为常见,VE上可显示病变的部位、大小、形态、表面结构及与膀胱壁的关系。膀胱内粗糙的小梁、憩室及其开口、憩室内的结石与肿瘤等,VE上亦易于显示。膀胱结石和肿瘤有时候鉴别困难,同时也难以显示膀胱的出口。

    2.6 脑室和椎管VE 神经系统VE的应用报道不多,临床价值尚未肯定。脑室和椎管的MR水成像可作为VE的图像源,其成功率达100%。脑室MRVE可观察脑室的内腔、脑室壁、腔内孔道的连接关系,准确地显示脑室内、外病变,特别是占位病变对脑室系统的影响,如压迫、变形、狭窄或者闭塞等。椎管MRVE可观察椎管内蛛网膜下腔、椎间孔和脊髓的结构和病变,例如椎间盘突出、椎管内肿瘤、脊髓栓系等。
, 百拇医药
    2.7 关节VE及其他 图像源由关节内注入Gd-DTPA造影剂后,经MRI扫描而获得;关节囊内大量积液时,还可行MR水成像取得。关节MRVE实现了无创性三维立体显示关节腔内解剖结构和病变,对骨性关节面、关节盘如半月板、韧带等病变显示良好。

    在大量胸、腹水的状态下,应用MR水成像的MRVE技术,可观察胸、腹腔内三维立体解剖结构,以及肿瘤在胸、腹腔内的种植转移,其效果也很好。

    利用中耳薄层螺旋CT扫描或MR水成像作为图像源,可行外耳、中耳、内耳腔内细微结构的VE观察,了解听骨链的骨折和移位,耳道阻塞和先天性畸形等病变。

    3 评价

    VE是一种非创伤性、病人无痛苦、容易操作的后处理技术,特别适合于不能耐受FE检查的患者和不合作的儿童。当前VE已经超出了FE的应用范围,且不受入路的限制,可以从任意角度、正反方向进行观察,可通过FE不能通过的狭窄管腔,这些都是FE无可比拟的优点。但是,VE也还存在一些实际性问题。
, 百拇医药
    首先,设备条件要求较高。CTVE要求一次屏气,完成整个靶器官的连续无间断性薄层容积扫描,目前只有高档的螺旋CT机才能满足这个条件;对于MRVE则要求1.0T以上具备快速成像功能的机型。除此之外,还需配备带有VE图像处理和实时显像的大型工作站以及相关的软件功能,因而一定程度地制约了VE的广泛开展和应用。

    其次,VE本身还有些不足之处。例如不能提供组织器官的真实颜色,因此不能发现黏膜的充血、水肿和炎性病变;不能观察管腔的柔软度和可扩张性,难以发现腔内扁平性病变,渐进性轻度及长段的管腔狭窄,不能像FE那样采取组织标本进行活检,或行腔内介入性治疗。这些都是VE难以克服的固有缺陷。

    VE的重建图像质量受许多因素的影响。除设备条件外,也有技术性的因素,例如数据采集的方式、扫描参数的选择、扫描前的准备工作、操作技术的熟练程度、诊断医生的素质和水平等。值得指出的是:单独根据VE图像是难以作出正确的定位和定性诊断,只有结合原始CT和MRI图像及相关的临床资料,进行全面系统和科学的分析,才能作出比较可靠的诊断结论。
, 百拇医药
    VE对于病变的显示和诊断能力究竟如何呢?根据有关的报道资料归纳如下:①管腔狭窄:VE对于中度及以上的管腔狭窄,其敏感性高。但对于引起支气管狭窄的病因诊断比较困难,不能有效的区别胃肠道的良、恶性狭窄,不易区分管腔的严重狭窄和闭塞;②肿块病变;VE可发现管腔内3~5mm及以上的息肉或肿块性病变,全面观察肿块病变的表面形态、基底部和周围的黏膜结构等。一般说来,恶性肿瘤多呈分叶状、菜花状,周围黏膜破坏;良性肿瘤的边沿多数光滑、齐整,周围黏膜结构完整;③溃疡病变:溃疡病变低凹,距离观察者较远,VE图像上呈灰暗色。溃疡底、口部及边缘黏膜形态,有助于良、恶性溃疡的判断;④定位和定性诊断:结合CT和MRI的原始图像,VE的定位诊断比较准确,但定性诊断的能力较差。但有些VE征象对诊断可能起关键性作用,例如夹层主动脉瘤的内膜瓣,气管囊肿的喉内开口,肺静脉异位引流入右房的开口等。

    VE毕竟是一个新生事物,需要有一个不断完善的过程。因此,一方面要加大技术的开发力度,在多层面快速扫描、高速CPU的应用、快速并行图像处理、大型VE工作站等方面下功夫,以期在现有技术基础上取得新的突破。另一方面,要在统一VE技术标准、统一疾病诊断标准的基础上,进行深入细致的研究,进一步评价VE对人体各个系统和病变的敏感性、特异性和准确性,以期取得比较一致的认识,提高VE的诊断和应用水平。
, http://www.100md.com
    作者简介:杨秀军(1965—),男,湖南泸溪人,硕士。卫生部“仿真输尿管膀胱镜成像研究”课题负责人。研究方向:仿真影像学及介入放射学。

    [参考文献]

    [1] 李子平,许达生,孟俊飞.CT仿真内窥镜成像技术临床应用初步探讨[J].中华放射学杂志,1998,32:104.

    [2] 李莹,蒋涛,翟仁友.三维MR仿真内窥镜的初步临床应用[J].中华放射学杂志,1998,32:736.

    [3] 杨秀军.磁共振仿真内窥镜成像技术临床应用初步探讨[J].中华放射学杂志,1999,33:12.

    [4] 杜渭清,宦怡.CT仿真内窥镜的初步临床应用[J].实用放射学杂志,1999,15:265.

, 百拇医药     [5] 韩萍,郭俊渊.虚拟的现实——仿真内镜的应用现状及其问题[J].临床放射学杂志,2000,19:3.

    [6] 陈峰,郑凯尔,尹胜红,等.CT仿真内窥镜临床应用的评价[J].临床放射学杂志,2000,19:14.

    [7] 石浩军 综述.医学仿真内镜的原理,原像技术与临床应用[J].临床放射学杂志,2000,19:18.

    [8] 郭凡,王仪生,李炎秋,等.CT仿真支气管内窥镜的临床应用研究[J].中华放射学杂志,1999,33:16.

    [9] 丁毅,顾及华,张镭,等.螺旋CT仿真支气管镜的临床应用价值[J].中国医学影像技术,1999,15:586.

    [10] 杨秀军,沈洁,缪竞陶,等.临床胃肠道仿真内窥镜成像的初步研究[J].中国医学影像技术,1999,15:591.
, http://www.100md.com
    [11] 杨秀军,周怡和,胡运胜,等.磁共振仿真结肠镜成像的实验研究[J].临床放射学杂志,2000,19:5.

    [12] 张镭,翟晓力,李鹏杰,等.CT仿真结肠内窥镜的临床应用研究[J].中华放射学杂志,1999,33:371.

    [13] 韩萍,冯敢生,Brambs HJ,等.CT仿真鼻镜[J].临床放射学杂志,2000,19:10.

    [14] 杨秀军,缪竞陶,陈海曦,等.胆石症的磁共振仿真胆道镜成像研究[J].中国医学影像技术,1999,15:601.

    [15] Feldman DR,Kulling DP,Hawes RH,et al.MR endoscopy:preliminary experience in human trials[J].Radiology,1997,202:868.
, 百拇医药
    [16] Kenneth D,Tunc A,Rickhesvar P,et al.CT bronchoscopy:optimization of imaging parameters[J].Radiology,1998,209:872.

    [17] Fleiter T,Merkle EM,Aschoff AJ,et al.Comparison of real-time virtual and fibrostic bronchoscopy in patients with bronchial carcinoma:opportunities and limitations[J].AJR,1997,169:1591.

    [18] Springer P,Dessl A,Giacomuzzi SM,et al.Virtual computed tomography gastroscopy:a new technique[J].Endoscopy,1997,29:632.
, 百拇医药
    [19] Luboldt W,Steiner P,Bauerfeind P,et al.Detection of mass lesions with MR colonography:preliminary report[J].Radiology,1998,207:59.

    [20] Fenlon HM,McAneny DB,Nunes DP,et al.Occlusive colon carcinoma:virtual colonoscopy in the preoperative evaluation of the proximal colon[J].Radiology,1999,210:423.

    收稿日期:2000-03-21, 百拇医药