虚拟结肠镜及计算机辅助检测2教程.doc

虚拟结肠镜(CTC)及计算机辅助诊断(CAD)综述 1.前言 在发达的国家，结肠癌是癌症相关死亡的首要原因。结肠癌统计表明，在美国，2000年有130,200新病例被确诊，其中56,300人因此而死亡。在英国，1999年新发现35,600个病例，到2001年16,170人死亡于结肠癌。在爱尔兰，1998-2000年期间有2,720例死于结肠癌，爱尔兰的医学统计表明，结肠癌是妇女癌症相关致死的第二大原因，是男子癌症相关致死的第三大原因。通常情况下，结肠癌是由息肉发展而来，息肉是有结肠软组织异常增长形成的，随着时间的推移息肉有可能发生癌变。息肉的生长过程是缓慢的（发生息肉癌变可能需要数年），通过内窥镜早期检测和清除息肉已被证明能够有效的减少结肠癌死亡率[1]。 传统结肠镜(conventional colonoscopy, CC)是目前公认的筛选和确诊结肠肿瘤的金标准，但因其是一种侵入性检查，病人常不易接受[2]。1994年Vining等[3]首先提出了仿真结肠镜检查技术，此后结肠成像(CT colonography, CTC)技术得到很快的发展。 2. CTC的应用价值 CTC可显示肠腔内壁和黏膜皱襞，可观察起源于结肠袋内、结肠半月襞近侧面和盲肠内侧壁上的病变（如息肉、肿瘤）等，能较全面地观察结肠肿瘤、息肉等病变的形状、大小及密度等形态特征，可显示结肠壁的厚度，鉴别起源于结肠壁内、外的占位抑或外来压迫性肿块[2]，其应用价值可以从以下四个方面说明： (1)CTC 用于结肠息肉性病变的诊断 以目前公认的CC为金标准，大多数关于结肠癌高危人群的研究显示对于检测直径10mm 的结肠息肉病变CTC具有较高的敏感性和特异性，与CC法相近似， 而对直径5mm的病变， 其敏感性较低。 (2) CTC用于结肠癌的术前分期 结肠癌的术前分期对治疗手段的合理选择、手术方案的制订都具有重要意义。常规CT术前分期的准确度不高，较小的但已转移的淋巴结常难以检出，且不易与血管影区分。研究发现增强CTC能准确地测量淋巴结大小，结合MR技术可更容易地把淋巴结和血管影区分开，使N分期的准确度从单纯横断面CT时的59%提高到80%；此外，全腹部的CTC检查也能发现远处转移病灶。 (3)CTC检查易被病人接受 CTC属无创性检查，毋需使用镇静剂。而CC具有一定的创伤性，不宜被大多数人接受，且伴有0.1%的肠穿孔和0.02%的死亡率。而CTC则不存在这些问题，副作用比CC小，因而较受病人欢迎。 (4)对结肠检查成功率高 CC可因不能通过肠道闭塞部或弯曲部而造成检查不完全或失败，且有90%以上结肠镜检查不完全者，CTC检查可成功地显示以前未观察到的结肠部位。CTC 可从直肠到盲肠及从盲肠到直肠2个相反方向观察，对可疑病变进行远侧面、近侧面、正面及斜面多方向观察。对梗阻性肠癌病人在内窥镜检查无法越过病变段时，可显示狭窄上方肠腔情况，全结肠的腔内检查成功率高。此外，CTC 还可同时观察到肠管外的情况，以鉴别是否系腔外肿物向腔内突出以及局部侵犯、远处转移的情况，这对结肠癌的分期有重要意义。发现结肠外病变亦是CTC独具的优势，在一组息肉高危人群中，近半数的病例有结肠外异常发现，其中11%具有临床重要意义，包括肺结节、腹部主动脉瘤、肾癌和肠疝。 3.CTC的关键技术 虚拟内窥镜(CTC)它把虚拟的视点置人肠腔内部，利用图像三维重建技术对视点前方的组织进行动态的显示。主要包括以下关键技术： (1)结肠漫游路径的提取。在CT 结肠虚拟内窥中，需要生成一条路径，作为漫游路径，实现自动导航。在自动导航的过程中，观察结肠内表面上是否存在病灶（如息肉等），医生可以标记出有可能是息肉或异常的区域，并对这些区域做进一步的检查和分析。常见的结肠漫游路径提取算法有手工标定法、拓扑细化法、最短路径法和距离变换法等。 (2)虚拟切开。结肠虚拟切开包括“立方体虚拟切开的方式来显示360 度的三维全景和切开在一个平面上显示的整个结肠二维全景。通过切开的二维平面，医生在屏幕上一次或多次浏览就可以了解整个结肠内表面的情况，从而可以快速了解结肠内表面息肉的数量以及在切开前结肠中的大概位置。在临床虚拟内窥镜观察过程中，这种切开的效果不能代替虚拟内窥镜的观察，其临床意义为医生可以快速浏览。目前虚拟切开的常用算法有:基于“电场”投影，表面正形投影，光线投影，非线性投影等。 (3)绘制方法[4]。主要分为面绘制与体绘制，前者多基于Marching Cube方法，具有处理数据量小，容易达到实时显示和交互操作的优点。通过对数据的预处理，能有效抑制噪声导致的器官表面的粗糙与不规则，在评价管腔狭窄与突人管腔内部的肿块方面，面绘制得到的结果与纤维内窥镜对比差别不大。然而该方法要构造等值面，导致三维数据场中许多数据被丢失，其中包括