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编号:10267512
磁共振仿真内窥镜成像技术临床应用的初步探讨
http://www.100md.com 《中华放射医学与防护杂志》 1999年第1期
     作者:杨秀军

    单位:200080 上海市第一人民医院放射科

    关键词:磁共振成像;内窥镜;诊断;计算机辅助

    journal/zhfsxzz/199901/003.htm 【摘要】 目的 探讨MR仿真内窥镜(VE)技术与方法的临床应用。方法 将62例MR水成像(尿路33例,胰胆管16例,椎管8例,脑室5例)和20例MR血管造影(脑、腹部各10例)二维或三维扫描数据传输至工作站,用导航软件选择适当成像方式、阈值、视角及方向和人工伪彩色重建沿管腔长轴行进的内表面图像。结果 MR VE获得了逼真的尿路、胰胆管、椎管、脑室和血管纤维内窥镜样管腔内表面图像,较好地显示了内腔、分叉处及出口,较可靠地显示了梗阻点内部形态和腔内占位病变;但对长径10 mm尤其5 mm以下病灶的检出和对病变的定性诊断较难,尚需结合资源影像和常规MRI;且其成像依赖于有效的资源影像。结论 MR VE是一项无创性获得纤维内窥镜样管腔内表面影像的成像技术,其临床价值尚待进一步研究。
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    MR virtual endoscopy: preliminary clinical applications YANG Xiujun. Department of Radiology, Shanghai First People's Hospital, Shanghai 200080

    【Abstract】 Objective To probe into the examination method and technique of MR virtual endoscope(MR VE). Methods Eighty-two MR VEs were performed using navigator softwareon the workstation(Advantage windows 2.0, GE Medical Systems) based on 2D or 3D source image data sets of MR hydrography(MRH) of urinary tract(n=33), cholangiopancreatic duct(n=16), spinal canal (n=8) and ventricle(n=5), and MR angiography( MRA) intracranial (n=10) and abdominal (n=10) on 1.5T MR scanner. The 3D data were interactively analysed based on variousdisplays:maximum intensity projection(MIP), multiplanarreformation(MPR), shaded surface display(SSD) and navigator. Results All endoscopic images of these organs were well reconstructed by navigator. The innar wall of all normal organs and of the obstructive sites were clearly demonstrated. All space-occupying abnormalities such as mass or stone etc, larger than 10mm or even 5mm in some cases, could be detected. Combination with source images, conventional sequences and other reconstruction techniques such as images of MIP, MPR, SSD. Conclusions MR VE providednoninvasively endoscopelike dispay of organ wall without inserting an instrument. Further study will be neccesary to evaluate its clinical usefulness and limitations.
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    【Key words】 Magnetic resonance imaging Endoscopy Diagnosis, computer-assisted

    仿真内窥镜(virtual endoscope, VE)是一项虚拟内窥镜成像技术,国内外已成功地进行了空腔脏器(气道、胃肠道、膀胱等)和血管的CT VE实验及临床研究[1,2],国外还成功地进行了血管和结肠的临床MR VE检查[3-5]。我们在尿路、胰胆管、椎管、脑室及血管等方面进行了临床MR VE研究,初步应用结果显示出其乐观的开发与临床应用潜力。现报告如下,并重点探讨MR VE的技术和方法。

    材料与方法

    一、一般资料

    82例MR VE检查中,尿路33例,胰胆管16例,脑室5例,椎管8例(颈胸段2例,胸腰段6例),血管20例(脑、腹部各10例);其中男48例,女34例,年龄7~87岁,平均55.4岁。病变包括尿路结石12例,输尿管狭窄7例(炎症3例,结核及先天性狭窄各1例,邻近肿瘤侵犯2例),肾癌4例(1例伴腔静脉癌栓),肝肾囊肿3例,垂体瘤3例,椎间盘突出3例,胰头癌2例,输尿管癌2例(1例合并胆囊结石),胆囊结石、神经源膀胱、胰腺癌并肝囊肿、胆管癌、透明隔囊肿、侧脑室旁肿瘤和椎管神经纤维瘤术后复发各1例,共43例;27例经手术病理、4例经输尿管膀胱镜、12例经临床及多种影像学检查证实,其余临床及影像学检查未发现异常。其他检查有静脉尿路造影(IVU)19例,IVU加逆行尿路造影7例,内窥镜逆行胰胆管造影(ERCP)4例,CT检查24例。
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    二、方法

    应用GE Signa 1.5T(8X软件)超导MR机及其工作站(advantage window 2.0版)。磁共振水成像(MR hydrography,MRH)采用二维(2D)快速自旋回波(FSE)重T2序列,常规加化学位移脂肪抑制技术,其他附加技术应用流动补偿(FC)、可变带宽(VB)、可延长动力学范围(ED)和呼吸触发(RTr)等技术。胰胆管、尿路扫描用Torso线圈或体线圈,冠状面扫描;椎管用相控表面线圈、脑室用头线圈,矢状面扫描。主要扫描参数TR=8 000~26 000毫秒,TE=120~280毫秒,回波链长度12~24,层厚2~3 mm,间隔0 mm,视野34 cm×34 cm~42 cm×42 cm,矩阵256×192(低分辨率),16例同时用512×384(中分辨率)或512×512(高分辨率),1次激励(9例2次激励),扫描时间3~14分钟,一般6分钟以内。磁共振血管造影(MR angiography,MRA)头部采用2D或三维(3D)时间飞跃(TOF)法或相位对比(PC)法,腹部多用屏气大剂量增强法2D快速破坏梯度重聚(fastspoiled gradient-recalled,FSPGR)序列冠状面扫描;后者主要扫描参数TR=4~17毫秒,TE=1.7~3毫秒,反转角30°~40°,矩阵256×128,1/2或3/4K-空间相位编码,肘静脉内注入钆喷替酸葡甲胺(Gd-DTPA)15~20 ml后即刻扫描。扫描完成后,将影像数据传输至工作站。先作最大信号强度投影(maximum intensity projection,MIP)、多层面重建(multiplanar reformation,MPR)和表面阴影显示(shaded surfacedisplay,SSD)等后处理;再用导航软件(navigator)选择快速(fast)或平滑(smooth)成像模式(smoothing mode,一般用后者),设置并调节黑底白影(white in black)或白底黑影(black in white)或边缘重建(with borders)阈值方式(threshold mode,一般用前者)及适当阈值(threshold value)、视角(aperture,15°~60°,一般用45°)及方向,并加上人工伪彩色作仿真内窥镜成像。用飞越序列(fly through sequence)即产生自动沿管腔长轴方向的多幅连续(电影)仿真内窥镜图像。
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    结果

    一、尿路MR VE

    利尿后正常肾盏、肾盂、输尿管、膀胱内腔95%以上获纤维内窥镜样成像及电影显示,伴扩张时显示尤佳;肾盏和输尿管开口(图1)显示颇佳,与输尿管膀胱镜一致,但尿液流动、内表面细节和飘浮物性状难以显示。12例结石显示9例(14枚),其中1例输尿管结石(2枚)常规序列、资源影像和MIP、SSD后处理影像均仅示狭窄改变;共漏检结石7枚,其长径均小于10 mm,其中5枚小于5 mm;显示结石病灶准确率为66.7%。3例输尿管小结石仅示局限狭窄,自动导航进视困难;未出现假阳性结石。2例输尿管癌(长径均大于10 mm)均获术前诊断,其中1例MIP、SSD仅示狭窄。7例11处输尿管狭窄均获显示,5例7处正常输尿管蠕动变细也呈类似良性狭窄表现(均对照IVU),鉴别颇难,尚需结合其他资料。神经源膀胱小梁增粗和多个小憩室开口清晰显示。2例肾癌侵犯肾盏、肾盂也获显示,另2例未侵犯肾盏的肾癌MR VE未见异常。本组采用黑底白影方式、视角35°~45°,阈值70~640,肾镜足端入路、输尿管镜头端入路、膀胱镜手控多方向观察颇佳。呼吸运动伪影较多时,即使其他后处理影像尚可,MR VE也较难成像。
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    二、胰胆管MR VE

    90%以上正常胆囊及胆囊管、肝管及其属支、胆总管内腔获纤维内窥镜样成像显示,伴扩张者显示尤佳,达100%。胆结石位置、数目多能准确显示(图2),1例肝管血管压迹MIP、MPR、SSD及资源影像均提示结石,MR VE显示其管壁光整,未见结石而获正确诊断。胆总管下端结石与胰腺癌侵犯在MR VE上表现类似,鉴别诊断较难,结合常规序列均获诊断。1例胆囊几乎为多枚结石完全填满、腔内胆汁极少,MR VE成像困难,图像失真,未获诊断。正常胰管MR VE显示颇难,扩张者则能清晰显示其内腔情况。本组选择黑底白影方式、视角45°~60°、多方向(有梗阻者由远而近)、阈值50~490为佳。

    三、脊椎管MR VE

    椎管内腔、椎间孔和脊髓100%获纤维内窥镜样成像(图3),并可较好地区分腰骶管及其生理弯曲。1例椎管肿瘤获准确显示,但3例椎间盘突出未显示(突出较轻)。本组选黑底白影方式、头端入路、视角45°~60°、阈值70~200为宜。
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    四、脑室系统MR VE

    脑室系统内腔及诸出口均获纤维内窥镜样成像(图4),以黑底白影方式、400~780阈值、45°视角观察为佳。1例脑室旁肿瘤和1例透明隔囊肿均压迫脑室,MR VE清晰显示其内腔变形、变窄和较大范围的侧壁隆起。03.gif (144769 bytes)

    图1 膀胱底MR VE(仿真内窥镜)(头端入路),准确显示了双输尿管开口形态与相对大小 图2 胆囊多发结石MR VE(底端入路),准确显示了胆囊内表面与3枚结石的三维形态及相对大小 图3 腰椎管MR VE(头端入路), 准确显示了椎管及椎间孔内表面情况图4 第4脑室MR VE(头端入路),清晰显示了第4脑室内腔三维解剖,第4脑室底(▲▲)、侧孔(→) 和正中孔等清晰可见 图5 左侧大脑中动脉MR VE(足端入路), 清晰显示了其M2段末端及分支叉口内表面情况与管腔相对大小 图6 下腔静脉远端MR VE(头端入路), 与图5的动脉腔钝圆光滑不同, 静脉腔较扁, 双髂静脉开口清晰可见
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    五、血管MR VE

    血管内腔及分叉口均获内窥镜样成像,且逼真地逐级显示了4~5级以上脑动脉分支(图5)和腹部大血管及其3~4级分(属)支(图6)的内表面情况,1例下腔静脉癌栓得以准确显示。以用沿血液流向导航、黑底白影方式、45°视角、90~300阈值为宜。 讨论

    纤维内窥镜技术仅有20余年的历史,一种新的无需插管、完全无创性获得器官类似纤维内窥镜效果图像的仿真内窥镜成像技术已向其发出了挑战。仿真内窥镜是一项虚拟式管腔内表面成像的计算机技术,其应用CT(螺旋或电子束)或MRI薄层无间隔扫描获得2D或3D(容积)影像数据,经计算机特殊软件处理获得纤维内窥镜样重建的管腔内表面数字影像。2D数据3D重建经过计算机采用插植法插入假想层面使Z轴获得与X、Y轴方向及间隔相同的数据,故Z轴空间分辨率较低[1];而CT扫描矩阵(一般为512×512)远大于MRI(本组多用256×192),为此,MRI的Z轴空间分辨率更低,MR VE影像分辨率及其显示内腔、病变表面细节和对病变定性诊断没有CT VE好。这与国外三维影像MRI不如CT应用广泛不无关系(国内也已见CT VE初步应用报道[2])。但MR VE成像时间较CT VE短,且无辐射损害,易为人们接受。
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    与CT VE一样,MR VE影像质量取决于资源影像质量和导航重建技巧[3-5],有效的原始影像数据、熟练的导航技术与纤维内窥镜读片是获得满意仿真内窥镜影像的前提与保证。但与利用X线体层计算机辅助成像获得容积数据作为CT VE资源影像不同,MRH和MRA成像原始数据是MR VE的基础。MRH和MRA国内外应用颇为成熟[3],有关MRH与传统2D和3D TOF及PC法MRA的技术不再赘述。值得一提的是采用大剂量增强屏气法FSPGR序列(极短TR与TE)扫描对腹部血管成像颇为有

    效[4],避免了传统MRA因扫描时间长、伪影多而使血管MR VE成像困难和影像失真的麻烦。国外还见应用FSPGR序列行胃肠道MR VE检查[5],且效果颇佳。MR VE重建技巧为资源影像外的另一成像关键,对不同部位,选择的MR VE方法不同,同类结构和病变的资源影像不同,导航方式、最佳阈值、视角与方向不同,其图像效果也不同[1,3,4],但均有一有效值范围(详见“结果”段)。快速成像模式较平滑式成像快,但分辨率较低,图像较粗糙[3]。同一资源影像,阈值、视角不同,MR VE图像也不同,且管腔及病变形态、大小也随之改变甚至消失,出现假象[1,3]。另外,MR VE重建时宜同时附上横断及冠、矢状面3个方位的导航路标图(图6),以利于判定其影像来源。仿真内窥镜较纤维内窥镜优越处不仅在于其完全无创性、无需插管和无并发症等,而且还在于其能以任何方位及角度观察病变,准确显示病灶与正常脏器的关系,以指导临床决策[1-5],但其无法观察管壁、液体运动和行内窥镜手术。
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    本研究还表明MR VE较好地显示了器官内腔、分叉处及出口的大致情况,较可靠地显示了梗阻点内部形态和腔内占位病变,对10 mm以上结石、肿块病变的检出颇易,但部分5~10 mm病灶可漏检,5 mm以下病灶的检出更难;对管腔狭窄病变敏感性高,但假阳性率也高,尤其对病变的定性诊断、准确显示器官内表面细微结构和大小测量有一定限度,尚需结合其资源影像和常规MRI。总之,MR VE仅刚刚开始应用于临床,所检查病例及病种不多,目前尚难就其临床应用价值作出科学定论,尚待按系统疾病分类进一步地做全方位研究。

    (志谢 衷心感谢本院泌尿外科凌桂明副主任、文伟医师等和MR室全体同仁的热心帮助)

    参考文献

    [1] Summers RM, Shaw DJ, Shelhamer JH. CT virtual bronchoscopy of simulated endobronchial lesions: effect of scanning, reconstruction, and display setting and potential pitfalls. AJR, 1998,170:947-950.
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    [2] 李子平, 许达生, 孟悛非. CT仿真内窥镜成像技术临床应用的初步探讨. 中华放射学杂志,1998,32:104-107.

    [3] Davis CP, Ladd ME, Romanowski BJ, et al. Human aorta: preliminary results with virtual endoscpy based on three-dimensional MR imaging data sets. Radiology, 1996,199:37-40.

    [4] Hang T, Schmidt M, Davis CP, et al. Diagnostic impact of four postprocessing techniques in evaluation contrast-enhanced three-dimensional MR angiography. AJR, 1998,170:907-912.

    [5] Luboldt W, Steiner P, Bauerfeind P, et al. Detection of mass lesions with MR colonography: preliminary reports. Radiology, 1998, 207:59-65.

    (收稿:1998-06-09 修回:1998-09-28), http://www.100md.com