螺旋CT仿真结肠内窥镜技术的临床应用价值*

石 冰 王山艳 李 楠 李春元

天津市滨海新区中医医院 天津中医药大学第四附属医院 1 放射科 2 肛肠科 300451

近10年，随着螺旋CT及计算机技术的发展，出现了一项全新的影像检查技术:仿真内窥镜(CT virtual endoscopy，CTVE)。作为一种非侵入性的影像技术，结肠CTVE是应用最早，也是研究最多、比较成熟的技术。1994年Vining 首次报道此技术以来，国外学者不断对该技术进行临床实验和应用研究[1-7]。作为非创伤的检查技术，结肠CTVE可以从狭窄或梗阻病变的远端观察，并且视点不受限制，在结肠占位病变的诊断与鉴别诊断以及对占位病变大小、部位、受侵范围等评估，有着重要参考价值。本文归纳国内外文献资料对螺旋CT仿真结肠内窥镜技术的成像原理、方法、影响影像的因素及临床价值、局限性、应用前景与展望进行综述。

1 CTVE的成像原理

主机将图像数据传输给计算机工作站(也可由工作站调取)，由数据处理软件对图像数据进行预处理，如去噪、重建体数据场等[2-4]。然后三维重建软件对空腔器官内表面具有相同像素值范围的部分进行三维立体图像重建以及透视方式成像，经过消隐、光照效应处理，并附加人工伪彩色，最终可以显示出具有真实感的腔内表面影像。处理过程中三维重组常采用表面阴影显示法或容积再现法，重建出类似纤维内窥镜所见的空腔器官内表面的立体图像。检查者在受检的器官腔内选择好视点的行进路线，由计算机保存好一系列显示结果过图像，按电影序列反复回放，展现出的效果与光纤内窥镜相仿，故被称作仿真内窥镜(Virtual endoscopy)，在人体空腔中结肠最适宜做CTVE[3,5-6]。

2 仿真结肠镜成像方法

2.1 肠道准备 肠道准备主要有清洁灌肠和口服泻药两种方法[6-8]。清洁灌肠多采用温开水，而不用肥皂水或盐水，因为后者可致肠黏膜充血、水肿，影响图像质量[5,7]。也可在检查当日清洁灌肠,灌肠后1.5h后行螺旋CT扫描,这样可以避免残留水分影响图像质量。对于部分耐受力差的病人也可采用在检查前1d晚上口服泻药，或者在检查前2h用20%的甘露醇500ml，加入5%的葡萄糖溶液1 000ml口服，腹泻3～5次后，于排出呈现清水后即可行CT扫描。也有学者认为[9]，检查前3d进少渣饮食，前1d进流质，检查前晚多饮水，检查当天清洁洗肠两次；但是笔者认为这种准备方法依从性稍差。

2.2 结肠充气 结肠CTVE通常采取向肠腔内导入气体来实现[3,8,10]。具体方法是:病人左侧卧位于扫描床上，利用带气囊肛管经肛门插入，向结肠内缓慢注入气体，根据患者耐受程度，注气1 000～1 500ml，使结肠充分扩张后取仰卧或俯卧位扫定位像，观察肠管充气情况，若不满意，可继续注入适量气体。

2.3 容积扫描

2.3.1 扫描前准备：病人取仰卧或俯卧位行螺旋CT扫描。为了降低结肠张力、减少肠蠕动、减轻肠痉挛和病人不舒适感，如明确无青光眼、尿潴留等禁忌证，扫描前10min皮下或静脉注射1mg胰高血糖素或静脉推注20mg 654-2。

2.3.2 扫描参数：常采用110～140mAs，110～120kV；X线束宽度多以3～5mm为宜，螺距1.25～1.30mm，重建间隔1～2mm。扫描范围自膈顶至耻骨联合下缘，扫描呼吸相即深吸气后屏气曝光。扫描范围包括整个结肠、直肠。仰卧位扫描完立即行俯卧位扫描，扫描参数与仰卧位时一致。学者发现[6,11]对结直肠癌高危人群在100mAs、50mAs和30mAs三种不同的剂量下，剂量降低时图像质量明显下降，但对于检出≥5mm息肉的敏感性均为90%，即使剂量降至30mAs(3.6mSv)时，特异性仍为53%～60%，认为低剂量并不损害其敏感性和特异性，可用于结直肠癌的普查。

2.4 图像重建及显示 将螺旋CT容积扫描所得到的数据经重建后传至工作站，然后进行图像后处理。形成的内窥镜图像多由Fly Through软件处理，完成沿结肠内壁多角度随意观察，必要时可在MIP基础上使用表面透视成像技术及SSD技术，制作出结肠三维表面观的图像，即可实现对结肠的全景观察，以达到自外向内的透视观察效果[3，12]。图像预处理常有噪声滤过算法、图像分割处理、确定管腔行进路线及“种植”(cropping)和“切割”(cutting)等[8,11]。另外，还有一种结合上述两种方法优点的三维再现方法，Hybrid再现法，目前正在研究中。重建MPR是单纯的二维图像,它是沿人为规定的任意直线方向或曲线方向提取相关容积数据进行重建组合，包括横断面、冠状面、矢状面，能实时地从多方面观察病变腔内的形态、大小及腔外情况，肠壁厚度及形态，病变与邻近组织器官的关系，对确定器官来源亦有较大帮助[9,13]。SSD图像与钡剂灌肠充盈像相仿，主要用来观察结肠的整体形态、病变部位和侵及范围。

3 影响图像质量的因素

影响CTVE图像质量除了随机噪声、图像重建算法，还包括数据采集过程中的诸多人为因素，如肠内残留物、病人配合程度、扫描参数设置等，这些因素所致的伪影是影响图像质量、造成漏、误诊的主要因素[14-15]。

3.1 肠内残留物 肠内残留物可造成隆起样病变的假象，潴留液能淹没细微病变(如息肉)造成漏诊，彻底的清肠是获得优质影像的重要条件[10,14]。但无论是清洁灌肠还是口服泻药都难以达到理想的效果，且会给病人造成一定的痛苦。目前有采用碘剂或钡剂作为标记剂的，但效果还不确切，需进一步研究。学者[15-16]采用口服对比剂、检查前几天吃少渣食物和检查前做简单的清肠三种方法联合应用，使CTVE的敏感性明显提高，取得了比较满意的效果。

3.2 扫描参数 采用尽可能窄的准直器宽度(层厚)。螺距越大，同一扫描时间内覆盖的容积范围越大，但二维断层图像的纵轴分辨率也越低，重建三维图像的阶梯状伪影发生率增加。虽然螺距对纵轴分辨率没有层厚的影响大，但一般情况下，螺距不能>2[2,6,9]。

学者用与人体软组织CT值(40HU)相当的十个球形物体，模拟1～10mm的结肠息肉，研究层厚、螺距及重建层距对显示不同大小目标物的影响，结果显示不同的扫描参数使息肉与空气之间的对比发生明显变化，行结肠CTVE时应降低mAs(70mAs)，层厚用3mm、螺距用2，既能保证图像质量，又能有效地降低病人的射线剂量。另一个重要因素是图像重建间隔。当重建间隔小于层厚时，相邻两断层图像相互重叠;当重建间隔大于层厚时，相邻两断层图像之间存在着一定间隔。文献报道[14，16]，重叠重建率>50%既可获得满意的3D图像，>85%图像质量无明显改善，反而增加了图像处理时间。

3.3 扫描体位 由于肠道准备和肠腔充气程度难以达到理想化，肠腔内常伴有粪渣、潴留液及肠腔膨胀不充分等，采用单一仰卧或俯卧位扫描，粪渣难于和病灶分辨、潴留液及未展开的皱褶会影响对病灶的显示。多数学者[3,8,11，15]主张联合应用两个体位扫描，即在仰卧位扫描完成后立即行俯卧位扫描。用不同的体位扫描，当体位变化时，粪渣及潴留液的位置会随之发生变化，而病灶则不会移动，因此可以提高病灶检测的敏感性。有学者[2,10]对182例病人分别同时采用两个体位扫描，结果显示对直径分别为≥10mm，5.0～9.9mm和<5mm的病灶，当只用仰卧位时，敏感性分别为58.5%、47.2%、36.3%；只用俯卧位时，敏感性分别为51.2%、41.6%、30.2%;两个体位联合应用时，敏感性则分别达到92.7%、79.8%、60.3%。

3.4 运动伪影 运动伪影又分为自主运动和生理性运动两种伪影。可以在扫描前做好患者训练，尽量克服自主运动伪影。对于胃肠蠕动这类生理性运动伪影，采用肌注低张药物，如山莨菪碱等，降低胃肠张力、减轻肠痉挛和减少肠蠕动[6,11]。对心脏血管搏动伪影可采用心电门控或采取一次屏气完成目标范围扫描，对某些难以坚持一次屏气30s以上的病人，可分为3～4次扫描，每次扫描屏气17～24s，两次扫描之间暂停11s左右，供病人换气[12]。

4 CTVE优点

(1)非侵袭性检查方法。(2)其适应证较广泛，尤其是适合高龄体弱、心功能不全而无法进行纤维结肠内窥镜检查的病人。(3)仿真内窥镜可以展现良好的结肠内外整体效果、三维形态和毗邻关系，通过任意角度观察结肠癌梗阻段的解剖细节，从而做到精确定位病灶；还可以显示病变的近心侧肠腔情况，尤其是对梗阻性结肠癌病人，而内镜检查通常无法越过病变狭窄段能从梗阻两端以任意角度和方向观察腔内解剖和病变[15]。(4)与常规纤维结肠镜相比，便于观察纤维结肠内镜难以发现的起源于结肠袋或结肠曲(肝曲、脾曲、直肠骶曲)近侧面和盲肠内侧壁上的小病变(息肉)诊断正确性较内窥镜高，其检出直径>10mm的息肉病变的总体敏感性为94%～97%。(5)对直径10mm大小的腺瘤诊断特异性为90%，而内窥镜检查可因蠕动性收缩、狭窄常造成假阳性[13]。(6)模拟纤维内镜和外科手术的过程，可具有“手术模拟”的优势。(7)在不降低CT图像质量的前提下，采用低剂量螺旋CT扫描，通过缩短扫描时间、减少球管电流，尽可能降低检查时的X线辐射量，从而保护被检查者的健康和安全[3,6]。

5 仿真结肠镜的临床价值

CTVE可从梗阻、狭窄的近端及远端两个方向观察病变，同时还具有检查速度快、患者痛苦少的优势。学者[14]以光学结肠镜做对照，评价CTVE对结肠病变的检出率，结果光学结肠镜诊断51例正常，其余49例中共发现115枚息肉，3个癌肿病灶。并且CTVE对3个癌肿均做出了准确的诊断，对≥10mm息肉的检出率为91%(20/22)，6～9mm的息肉检出率为82%(33/40)，≤5mm的息肉检出率为55%(29/53)，另外有19例假阳性息肉，研究表明CTVE的敏感性没有光学结肠镜高。关于CTVE检出结肠息肉的敏感度各文献报道不一致，总结最近部分文献[1-8,14-16]，CTVE检测结肠息肉的敏感度大致为: 直径≥10mm在73%～100%，直径5～9mm在22%～94%。

6 CTVE局限性

(1)对肠道准备要求较高、粪渣残留、充气不足可造成误诊。(2)影像分辨率低，对直径<5mm的病变及较平坦病变(病灶隆起≤2mm)易遗漏[16]。(3)不能替代常规纤维结肠内镜检查的活检和治疗功能。(4)不能显示腔内黏膜病变的真实颜色及观察黏膜下血管变化。(5)影像后处理时间仍显较长(几分钟至十多分钟)，大量的信息采集可能增加患者的辐射剂量。(6)在判断局部较小的淋巴结是否为转移性淋巴结及病变对肠壁的浸润深度时还有一定局限性。

7 应用前景与展望

近10年，由于饮食结构的变化，我国结肠癌的发病率有增加的趋势，仅次于肺癌、胃癌和肝癌，年均新发130 000余例，并以每年4%的增幅攀升[13,15]。如能早期发现并及时切除结直肠息肉、腺瘤，术后5年生存率可达到90%，大大提高患者的生活质量。

肠镜需经肛门插镜操作，乙状结肠镜只局限于乙状结肠段的检查，纤维结肠镜有并发肠穿孔、肠出血的危险，而且部分患者肠镜不能到达结肠盲端，更无法通过梗阻部位的肠段。医用钡剂灌肠检查，患者接受X线剂量相对较大，患者多有肛门坠胀感，个别患者特别是老年人因无法耐受而导致检查中断。直径10～20mm的腺瘤性息肉发生恶变的概率为10%，直径>20mm的腺瘤性息肉发生癌变的可能性达30%[9,12]。大便潜血实验方法虽简单，但对腺瘤性息肉敏感性只有10%。在常规的纤维结肠镜检查中，有5%～10%患者由于不能耐受而失败。CTVE检查对直径≥10mm结肠息肉的发现率为75%～91%，5～9mm息肉的检出率为60%～82%，直径<5mm息肉检出率为20%～55%[12,15-16]。

结肠癌是严重影响人类健康的疾病之一，结肠癌患者中，行常规结肠镜检查存在造成肿瘤的种植转移和淋巴播散的同时，全结肠检查成功率仅为42%～60%[10]。并且结肠癌患者可能同时伴有其他部位结肠癌或腺瘤性息肉，其概率分别为1.5%～9.0%和27%～55%[2，11,15]。故对结肠癌患者行结肠全程检查尤为必要。尤其是阻塞性结肠癌，纤维结肠镜不能通过狭窄处。钡剂灌肠亦较困难，因而不能评估整个结肠状况。CTVE可显示整个结肠，对因为阻塞性病变而无法完成结肠镜检查的病例CTVE可清晰显示病灶的形态、大小、位置、范围及其两端情况。不仅可从各个方向观察腔内变化，也可通过2D、3D图像观察癌肿向肠壁外浸润深度和周围组织是否粘着以及腹腔淋巴结和器官的转移等情况，有效地弥补了纤维结肠镜和钡剂灌肠检查的不足之处[4-8]。

多层螺旋CT 的快速发展,使得扫描速度更快,可以根据不同扫描要求对层厚进行重建，可更明显增加了Z 轴的空间分辨率,也更有利于小息肉的检出,如若通过对CTVE 的扫描参数进一步标准化,检查者可利用强大的视图软件观察更多的黏膜内表面从而减少漏诊[12]。

综上所述，结肠CTVE 必将作为FC 和钡灌肠造影检查的一种补充和潜在替代手段,在医疗影像学领域中占有重要地位[1-5,12，16]。CTVE及后处理技术具有扫描速度快、大范围、高分辨率、检查无创性等优势，获得的图像质量高，从全方位、多角度显示结直肠癌病变部位、浸润范围及结直肠外的病变，在结直肠癌评价中具有很高的应用价值。