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仿真影像学:一种充满生机的三维后处理影像技术

2012年06月25日  来源:云南医学影像网    转载

  1895年11月8日,德国物理学家伦琴(Wilhelm Conard Roentgen)发现了X线,从而奠定了X线诊断学的基础。X线的成像原理是利用X线的穿透性、荧光作用、摄影作用、以及人体组织的密度与厚度的差异,获取人体器官的直接影像。

  随着现代微电子和计算机技术的迅速发展,并向影像学领域的渗透和应用,20世纪70年代初期,相继出现了CT、MRI、ECT等断层影像技术,以及DSA、CR、DR等数字摄影技术。这些影像技术均实现了人体器官的数字化图像处理,使医学图像信息的采集、储存、传输、处理、显示等发生了前所未有的变革。并由此产生了多种医学图像三维重建和后处理技术,例如表面遮盖显示(shaded surface display;SSD)、最大强度投影(maximum intensity projection;MIP)、仿真内镜(virtual endoscopy;VE)等,及其相关技术如透明技术、剪辑技术等,形成了一种全新的医学图像和诊断模式,从而诞生了仿真影像学。

  仿真影像学是以仿真内镜(VE)为核心,包括各种数字化图像的三维重建技术和后处理技术在内。利用CT、MRI或超声(US)等二维或三维图像作为影像源,应用特殊的计算机软件功能,重建出能直观地展示人体器官,尤其是管腔器官的内表面解剖及病变的三维仿真图像,来进行疾病诊断、立体定位、模拟手术和介入操作等。

  仿真内镜(virtual endoscopy,VE)是在螺旋CT和MRI三维成像基础上发展起来的图像后处理技术。1993年Vining等首先报道支气管VE、随后又介绍了结肠VE以来,至今VE的临床应用几乎已经涉及到全身各系统所有的管腔器官,受到了国内影像学家和临床学家的高度关注。VE的面世意味着医学影像学开始涉足于内镜诊断学领域,放射学医师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,已经成为当务之急。

  CT、MRI等对人体靶器官的薄层、间断性断面容积数据扫描,是仿真影像学的基础。不同的靶器官,获取影像源的方式和方法也不相同。一般说来,含气和密度差异大的靶器官如气道等,宜采取CT扫描;含水和信号差异大的靶器官如膀胱等,宜选用MRI检查。CT扫描常用螺旋CT和电子束CT;而MRI检查则常采取MR血管成像(MRA)和MR水成像(MRH)技术。CT图像的分辨率一般高于MRI图像;但MRI具有无辐射损伤、成像速度快等优点。

  不同的组织器官有不同的阈值,通过选择和调整靶器官的阈值可获得其VE图像。含气的管腔器官如喉、气管等,其密度/信号低于背景影像,宜选用“白底黑影”(black in white)模式;反之,如造影剂增强或MR水成像的胆管、椎管等,宜选用“黑底白影”(white in black)模式。上述二者均可选用“界限之内”(within border)模式。

  仿真影像学的图像质量受许多因素的影响,首先是设备条件要求高。CTVE要求一次屏气完成整个靶器官的连续性薄层容积扫描,目前只有高档螺旋CT机才能满足这个要求。MRVE则要求1.5T以上具备快速成像功能的机型。其次,需要装备带有VE图像后处理和实时显示的大型工作站及其相关软件,因而在一定程度上制约了VE的广泛应用。

  VE本身还有其不足之处:例如不能反映器官腔内的真实颜色,因此不能诊断黏膜的充血水肿及炎性病变;难于发现腔内的扁平性病变、轻度渐进性长段的狭窄,不能像FE那样采取标本活检,或者腔内介入性治疗。这些都是VE的固有缺陷。除了设备条件和技术因素的影响外,还与操作者本身的素质和技术水平有关。

  仿真影像学是一种颇有发展前途和充满生机的图像后处理技术,还需要有一个不断完善的过程。要在规范化技术操作、统一疾病诊断标准的前提下,深入地开展对人体各个系统、各种疾病仿真影像学的适应范围、诊断敏感性和特异性的研究,进一步提高仿真影像学的诊断和应用水平。

  仿真影像学的兴起,意味着影像学开始涉足于内镜诊断领域。影像学科医生应当尽快地掌握仿真影像学的基本原理和技能,更新知识,迎接新世纪新技术的挑战。

  作者简介:彭仁罗(1932—),男,大学本科,教授,硕士生导师。

(责任编辑:徐惠珍 )

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