CT仿真結(jié)腸鏡成像研究進展

烏云其其格 宋曉彪 孫 凱 胡 江

結(jié)直腸癌(colorectal cancer，CRC)是全世界的主要公共健康問題之一，癌癥預(yù)防永遠大于治療，早期CRC的5年生存率可達 90%, 較進展期顯著提升，早發(fā)現(xiàn)、早治療具有重要的臨床意義[1]。篩查作為主要的二級預(yù)防形式，需要一種精確、安全、成本效益高并可以廣泛推廣的CRC篩檢方式。CT仿真結(jié)腸鏡(computed tomography virtual colonoscopy，CTVC)是對結(jié)直腸應(yīng)用計算機斷層掃描，通過2D和3D成像技術(shù)將腸道情況以圖像方式顯示出來，再運用計算機后處理與自動模擬導(dǎo)航技術(shù)全面評估結(jié)直腸的一種新的無創(chuàng)檢查手段。隨著CT換代更新及相關(guān)軟件和輔助技術(shù)的日臻成熟，經(jīng)過國內(nèi)外研究人員的臨床驗證與研究，已從一個概念進化成為國際上公認的唯一可以替代光學(xué)結(jié)腸鏡(optical colonoscopy，OC)用于廣泛篩查無癥狀人群CRC的影像檢測手段[2～4]。

一、CTVC的起源及發(fā)展

CTVC是由美國的Vining于1994年在夏威夷舉行的胃腸放射醫(yī)師學(xué)會上首次提出的，其是將螺旋CT掃描技術(shù)與虛擬計算機成像技術(shù)結(jié)合而創(chuàng)造出來的一項腸道腔內(nèi)3D影像檢測技術(shù)[5]。

在CTVC發(fā)展初期，影像學(xué)研究人員就注意到了檢查前的腸道準(zhǔn)備工作：將標(biāo)記技術(shù)糅合進CTVC技術(shù)能夠提高其敏感度與特異性。Pickhardt等[6]于2003年對1233例無癥狀成人應(yīng)用腸道標(biāo)記技術(shù)行CTVC檢查，證明其在結(jié)直腸相關(guān)病變的檢測方面比OC更有利，并將這項具有奠基石意義的研究成果發(fā)表在《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》。至今，大部分影像中心也依然延續(xù)著此種方法來提高CTVC篩檢效率。21世紀伊始，計算機與可視化軟件技術(shù)快速提升，CTVC也得到了多元化的飛速發(fā)展。孫凱等[7]于2009年將第一代雙源CT應(yīng)用于8例CRC患者行CTVC檢查，表明結(jié)合雙能量碘圖成像有助于辨別隱藏在糞便中的息肉。2013年，荷蘭Boellaard等[8]應(yīng)用擁有更先進的Stellar探測器的第二代雙源CT對18例CRC患者行CTVC檢查，結(jié)論是CTVC結(jié)合雙能量碘圖對比傳統(tǒng)CTVC可將診斷CRC的敏感度從90%提高到96.7%。最近，Sun等[9]應(yīng)用此技術(shù)將糞便、腺瘤樣息肉、腺瘤和腺癌攝取的碘值分別量化從而有助于鑒別病變良惡性(糞便碘值為負，腺瘤樣息肉、腺瘤與腺癌的碘值均為正，且呈遞增關(guān)系)。不僅得出CTVC結(jié)合雙能量碘圖檢測CRC的敏感度為95.6%，特異性達到100%，是普通CTVC的2倍，印證了Boellaard等[8]的結(jié)論，而且此次研究(有效劑量為4.26±1.05mSv)突破了以往這項技術(shù)應(yīng)用的輻射劑量。Sun等研究彌補了之前孫凱[7]與Boellaard等[8]應(yīng)用輻射劑量過高和樣本量過少的不足，但他們的研究存在一個共同的弊端同時也是之前CTVC技術(shù)的固有局限性：B管視野有限(SOMATOM Definition FOV: 23mm; SOMATOM Definition Flash FOV: 33mm)，限制了其廣泛適用性，尤其是在人均BMI較高的西方國家，但這一缺點可能會被一種新型CT(SOMATOM Force CT，德國西門子公司)的更廣泛的檢測器和FOV(35mm)所克服。

二、CTVC的輻射問題

隨著CTVC越來越被作為大規(guī)模篩檢CRC的工具，政府機構(gòu)、患者、醫(yī)生都對其輻射的風(fēng)險表示擔(dān)憂[10]。事實上，健康物理學(xué)會在2010年就指出：與CT相關(guān)的輻射風(fēng)險“要么太小，要么無法觀測到，要么根本不存在”[11]。在實際風(fēng)險評估方面，CTVC已經(jīng)是一個相對低劑量的CT檢查而且胸腔也被排除在掃描之外，此外，其多用于老年人，可見與輻射相關(guān)的理論風(fēng)險對比CTVC篩檢CRC所帶來的的益處是相形見絀的。另一方面，隨著CT技術(shù)進步及重建算法升級，輻射劑量也愈將微乎其微。摒棄以往依靠降低管電流或單純降低管電壓來降低輻射劑量而不能兼顧圖像質(zhì)量的方法，雙低(低濃度對比劑、低輻射劑量)研究聯(lián)合迭代重建逐漸成為CTVC領(lǐng)域的重要研究熱點，迭代重建(iterative reconstruction, IR)不是個新概念，但早期受到計算能力的制約，近年來得益于計算機的飛速發(fā)展，這些方法變得更加高效，如全模型迭代重建技術(shù)(iterative model reconstruction, IMR)、自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建(adaptive statistical iterative reconstruction, ASIR)、基于模型迭代重建(model-based iterative reconstruction, MBIR )、自適應(yīng)迭代劑量減少-三維技術(shù)(adaptive iterative dose reduction using three dimensional processing, AIDR3D)等都很大程度地降低了輻射劑量同時又保證了高質(zhì)量的圖像[11～15]。最近投入市場的第三代雙源CT(SOMATOM Force)不僅較常規(guī)CT輻射劑量降低90%,而且與之同時推出的高級模擬迭代重建(advanced modeled iterative reconstruction, ADMIRE)是目前強度等級最高的重建算法，可以預(yù)期隨著計算機與IR技術(shù)的不斷發(fā)展，這些方法在臨床上將更加可行，會讓更多患者受益。公眾對CTVC輻射的誤解與擔(dān)憂也將被消除。

三、CTVC在各國的應(yīng)用及推廣

早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療CRC不僅是單純的醫(yī)學(xué)問題也是一種降低病死率的國家戰(zhàn)略。因此，CRC的篩查及規(guī)范化診療勢在必行。1998年，美國舉辦了世界首個CTVC跨學(xué)科國際研討會。自此，在全世界范圍內(nèi)，CTC作為CRC篩檢工具的驗證及實施逐漸展開，相關(guān)教學(xué)也逐漸推廣開來。

1.驗證階段：我國、美國、意大利、德國、加拿大、愛爾蘭、英國、瑞典、法國等國家在20世紀末期,就已開展了CTVC臨床驗證工作并取得了初步的成績，以色列、韓國等國家后續(xù)也引進了此技術(shù)[16]。Fenlon[17]于1999年提出將CTVC與OC在篩檢結(jié)腸病變方面進行前瞻性對比研究(但如今，筆者認為以O(shè)C為標(biāo)準(zhǔn)評估CTVC的效用實際上并不十分可靠)。中國在2000年開創(chuàng)的一項用“融化的石蠟注射進豬大腸”做成非常接近人體腸道息肉的大小、形態(tài)各異的“息肉”模型來探討CTVC顯示結(jié)腸息肉樣病變的能力，既非常新穎，又保證了研究質(zhì)量以及作為一項新技術(shù)驗證階段的保守應(yīng)用[18]。

2.實施及推廣：2001～2003年，美國國防部(DOD)發(fā)起了大型多中心篩查實驗，同期，梅奧的Johnson以及胃腸病學(xué)家Cotton和Rockey等先后進行了3次較大人群樣本量的CTVC研究，結(jié)果都不同程度地肯定了CTVC的意義[6]。隨后，意大利放射學(xué)會(SIRM)在歐洲分別針對CTVC篩查準(zhǔn)確度與計算機輔助技術(shù)(computer-aided diagnosis, CAD)的評估成立了兩個多中心研究組。自此，CTVC迅速發(fā)展和普及開來，但世界各地經(jīng)濟、文化、醫(yī)療水平差異等使得CTVC的發(fā)展并不均衡，而專家應(yīng)用CTVC的敏感性與特異性明顯高于經(jīng)驗較少的醫(yī)生，因此CTVC工作組在2005年提出了一項標(biāo)準(zhǔn)化共識方案(C-RADS-CT Colonography Reporting and Data System)，意在創(chuàng)建一個標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)一致化的全世界共享的大數(shù)據(jù)庫，這將是全世界放射科醫(yī)生的寶貴工具[19]。與此同時，各國有關(guān)CTVC的規(guī)范化教材的編寫、交流研討會以及實踐培訓(xùn)班也日漸興起，奧地利、英國、日本、韓國等都開設(shè)了一年一度的培訓(xùn)課程，都一致強調(diào)了CTVC相關(guān)教育工作的必要性。美國癌癥協(xié)會(ACS)、美國多學(xué)會與美國放射學(xué)會(ACR)也于2008年聯(lián)合修訂了CRC篩檢指南：CTVC是 50歲以上、具有潛在征候的成年人進行早期CRC篩查的恰當(dāng)選擇，并提出將CTVC納入國家醫(yī)保的主張，這一系列指導(dǎo)方針標(biāo)志著CTVC終于被列入推薦的預(yù)防性篩選試驗[4]。值得一提的是，第44任美國總統(tǒng)奧巴馬于2010年在自己常規(guī)體檢時選用了CTVC,對其起到了宣傳與促進作用。

目前國際上已達成共識，CTVC用于篩檢CRC具有與OC一樣的敏感度，推薦將CTVC作為CRC的廣泛篩檢工具[2～4]。2013年，美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)聯(lián)合專家組支持CTVC的使用，所有聯(lián)合小組成員一致認為：風(fēng)險-利益評估的結(jié)果支持CTVC作為無癥狀者CRC的重要篩檢手段。隨后，CTVC也被積極地納入軍事治療設(shè)施使得CRC的篩查率總體增加15%以上[20，21]。歐洲胃腸內(nèi)鏡學(xué)會(ESGE)和歐洲胃腸和腹部放射學(xué)學(xué)會(ESGAR)于2014年聯(lián)合提出了首個 CTVC的臨床適應(yīng)證指南并肯定了其篩檢CRC的效用改[22]。美國聯(lián)邦預(yù)防醫(yī)學(xué)工作組(USPSTF)最近也更新了2008年頒布的CRC篩查方針并包含了CTVC的“A”級推薦：用于篩查50～75歲的人群[23]。

文獻證明，近20年，美國CRC發(fā)生率一直在下降，這歸功于篩查手段的引入與普及，不可否認CTVC發(fā)揮著重要的作用[24]。然而我國CRC發(fā)生率卻呈逐年升高趨勢，這在某種程度上說明了我國CTVC的開展以及相關(guān)的培訓(xùn)和推廣工作相對滯后[25]。

四、CTVC技術(shù)方法

1.腸道準(zhǔn)備：雖然日臻成熟的計算機與CAD等技術(shù)使CTVC對腸道要求逐漸寬泛：劉欣等于2011年對65例患者應(yīng)用“電子清腸(electronic colon cleansing, ECC)”技術(shù)行CTVC得出了與OC類似的準(zhǔn)確性[26]。Boellaard等[8]于2013年應(yīng)用CTVC結(jié)合碘圖技術(shù)篩檢18例未接受任何腸道準(zhǔn)備的CRC患者并取得了成功。但在患者可接受范圍內(nèi)，優(yōu)良的腸道準(zhǔn)備可促進CTVC順利進行。大多數(shù)影像中心常規(guī)：檢查前2天少渣飲食；檢查前1天流質(zhì)飲食；晚餐后給予導(dǎo)瀉藥進行腸道準(zhǔn)備并大量飲水。另外，腸道標(biāo)記技術(shù)對促進影像的正確解讀也很重要。

2.掃描過程：結(jié)腸充氣選擇安全、可控的自動注入方式和易被人體吸收的二氧化碳，可從有利于首先給乙狀結(jié)腸和降結(jié)腸充氣的右側(cè)臥位開始操作，過程中順勢變換體位。根據(jù)CT定位掃描圖像確認腸腔氣體充盈程度至滿意為止。常規(guī)給予仰、俯臥位雙體位屏氣掃描，掃描范圍膈頂至盆底。

3.圖像解讀及診斷:將原始數(shù)據(jù)傳至工作站，以CTVC仿真腸腔內(nèi)虛擬成像為基礎(chǔ)，結(jié)合多平面重建(multiple planar reformation，MPR)、容積再現(xiàn)(volume rendering，VR)、表面遮蓋顯示(SSD)、透明法(Raysum)、結(jié)腸平鋪(virtual dissection，VD)等后處理方式，采用“360度自動飛行”模式觀察及標(biāo)記腸黏膜，同時觀察切線位形態(tài)并在2D圖像上標(biāo)記，綜合評估腸壁內(nèi)外情況(腫瘤浸潤深度、范圍、淋巴結(jié)、周圍臟器等)作出診斷。

五、CTVC與其他篩檢方式對比及優(yōu)勢

CRC的篩檢方法有很多:糞便隱血試驗僅提示消化道出血性病變，臨床價值有限；糞便DNA、血清CEA檢查對CRC特異性低，對已發(fā)生的癌癥較敏感，缺乏實質(zhì)性的癌癥預(yù)防；PET/CT 主要用于評估CRC的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移且價格昂貴，不能被廣泛應(yīng)用。由于OC一直被作為診斷CRC的金標(biāo)準(zhǔn)，氣鋇雙重造影(double contrast barium enema, DCBE)又是常用于篩檢CRC的另一種影像手段，筆者在這里主要將CTVC與OC和DCBE進行比較。

1.與結(jié)腸鏡OC對比：OC最大的優(yōu)勢就是可以取材活檢進行確診，所以它更像一種診斷工具而非可廣泛普及的篩查手段。CTVC發(fā)展至今，不僅診斷準(zhǔn)確性可與OC相媲美，而且其對比OC還具有無創(chuàng)性、無鎮(zhèn)靜劑、檢查時間短、檢查范圍廣、并發(fā)癥少、依從性強、無需恢復(fù)時間等優(yōu)勢，并且?guī)缀跛械某杀拘б嬖u估(cost-effectiveness analysis, CEA模型)和參與率分析CTVC都優(yōu)于OC[10,19,20,27]。更重要的是，CTVC兼?zhèn)涔δ軐W(xué)與解剖學(xué)效能，近年來我國CRC發(fā)生率一直在升高，大部分患者初診時已是中晚期，那么檢查的目的不只是要發(fā)現(xiàn)腫瘤，也必須要明確腫瘤的位置和分期，但OC無法對腫瘤進行精確的、立體的定位[25]。CTVC卻可以全方位顯示腫塊、病變處血管形態(tài)及走形、淋巴結(jié)及周邊臟器情況，為CRC的診斷及術(shù)前分期和下一步治療方案的選擇提供了巨大的保障[28～30]。尤其是隨著腹腔鏡手術(shù)的普及，對腫瘤精確定位診斷的要求也逐漸提高。事實上，對于結(jié)直腸疾病的評估，CTVC與OC是相輔相成的，筆者也提倡只做一次腸道準(zhǔn)備在OC檢查前進行CTVC檢查來指導(dǎo)OC的定位和取材,避免了盲目性,也為臨床提供了更豐富全面的信息,達到了優(yōu)勢互補。

2.與DCBE的對比：DCBE作為另一種常用于篩檢CRC的影像手段，其敏感度和特異性均低于CTVC，并且不良反應(yīng)較多。鋇灌腸既無法像OC一樣活檢取材，又無法如CTVC一樣觀察病變整體情況，漏診率高。因此，瑞典的國家與地方衛(wèi)生技術(shù)評估機構(gòu)于2009年就建議淘汰DCBE[17]。2014年9月ESGE和ESGAR也指出：推薦選用CTVC篩檢CRC而非 DCBE[22]。

3.結(jié)腸外發(fā)現(xiàn)：前文已討論了CTC對腸腔外的評估，與任何CT掃描一樣，都有可能發(fā)現(xiàn)之前未注意到的疾病，尤其是“偶發(fā)瘤”——無任何臨床癥狀，而經(jīng)影像學(xué)檢查偶然發(fā)現(xiàn)的腫瘤[21]。這種潛在的重要的發(fā)現(xiàn)使對CTVC作為篩查工具的萃取性評價會產(chǎn)生凈效益，特別是如果某人選擇了CTVC而發(fā)現(xiàn)“偶發(fā)瘤”，這算得機會性篩查的意義，同時也更加體現(xiàn)了CTC的成本—效益優(yōu)勢[4]。

4.提供了教學(xué)平臺：腸管柔軟不易定形，其在體內(nèi)的真實形態(tài)不易于理解，CTVC以3D的形式，通過“漫游飛行”任意角度的旋轉(zhuǎn)結(jié)合2D影像，全方位顯示大腸及其周圍結(jié)構(gòu)，便于為解剖教學(xué)建立模型，為手術(shù)培訓(xùn)提供了教學(xué)平臺，促進醫(yī)學(xué)生對腸道器官有整體的認識。

六、CTVC發(fā)展的不足與存在的問題

1.關(guān)于腸道準(zhǔn)備:不需要進行腸道準(zhǔn)備的CTVC檢查在多年前就已實現(xiàn)而且也切實可行，然而至今，檢查前清腸仍是通用做法，醫(yī)生對CTVC診斷結(jié)果的質(zhì)量還是很依賴檢查前的腸道準(zhǔn)備，這就大大弱化了CTVC用于年老體弱、梗阻性CRC等無法清腸的患者的優(yōu)勢，對CTVC技術(shù)的迫切需求是不需要清腸[8,26]。

2.關(guān)于參考標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確性:以往評估CTVC準(zhǔn)確性多以O(shè)C作標(biāo)準(zhǔn)，但這是一個錯誤的參考標(biāo)準(zhǔn)，OC假陰性可能被當(dāng)做CTC誤報，要注意使用OC做參考標(biāo)準(zhǔn)的臨床試驗通常會低估CTC的準(zhǔn)確性[6]。

3.關(guān)于我國CTVC的培訓(xùn)和標(biāo)準(zhǔn)化:CTVC的診斷質(zhì)量高度依賴于醫(yī)生的專業(yè)知識和技術(shù)水平，世界各國也都在強調(diào)對CTVC醫(yī)師的規(guī)范化培訓(xùn)和統(tǒng)一診斷標(biāo)準(zhǔn)的重要性，我國放射科醫(yī)生分布不均且水平差異較大，更應(yīng)強調(diào)CTVC規(guī)范化培訓(xùn)以及標(biāo)準(zhǔn)化的重要性，在這一方面，我國的進展還有所欠缺。

綜上所述，CTVC憑借其安全、準(zhǔn)確、無創(chuàng)、快速、依從性強、檢查全面、無需恢復(fù)時間、成本-效益高等優(yōu)勢已被全世界廣泛認可作為CRC的大規(guī)模篩檢工具。隨著CT與后處理技術(shù)的升級和迭代算法的優(yōu)化，將有望使CTVC的輻射劑量會更低、適用性更廣泛、實現(xiàn)真正的“不需進行腸道準(zhǔn)備”也指日可待。該技術(shù)將會成為醫(yī)療領(lǐng)域一項具有較高價值的篩檢手段。