金紫薇 肖 燾

CT、MRI等影像學技術(shù)可獲得人體組織器官的二維斷層圖像，是目前診斷疾病的主要方法。然而，二維斷層圖像僅局限于表達人體某一切面的解剖信息，醫(yī)師借助二維圖像只能憑借其臨床經(jīng)驗估測病灶的大小、形態(tài)，以及判斷病灶與周圍組織器官的毗鄰關(guān)系，容易誤診、漏診。隨著計算機圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，三維重建技術(shù)逐步趨于成熟，通過對人體組織器官二維數(shù)據(jù)的三維重建，能夠更為精確地觀察病灶的形態(tài)和位置，大大提高了疾病診斷的準確率。目前，三維重建技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于胃腸疾病的診斷和治療，如胃癌的術(shù)前分期、診斷與治療，胃良性疾病的診斷，以及部分腸道疾病的診斷和治療。以下對三維重建技術(shù)在胃腸疾病中的應(yīng)用進展進行綜述。

1 三維重建技術(shù)概述

隨著影像學技術(shù)的不斷發(fā)展，CT或MRI自帶的圖像三維重建技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于臨床診斷和治療。三維重建是指在計算機操作下對三維物體進行處理分析所建立的計算機數(shù)學模型[1]，醫(yī)學圖像的三維重建是指借助計算機圖像處理技術(shù)，將斷層掃描后生成的二維圖像數(shù)據(jù)重建成人體組織器官的三維立體模型，進而可從不同角度觀察病灶并對其進行診斷[2]。三維重建的主要后處理成像方式包括多平面重建(multi-planar reconstruction，MPR)、最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)、表面遮蓋顯示(shaded surface display，SSD)、容積再現(xiàn)技術(shù)(volume rendering technique，VRT)、虛擬內(nèi)窺鏡(virtual endoscopy，VE)技術(shù)和曲面重建(curved planar reformation，CPR)。

三維重建能清晰真實地反映病灶位置及其與周圍組織和器官的解剖關(guān)系，有利于臨床醫(yī)師根據(jù)病灶部位的解剖學特點制訂個體化治療方案。目前，三維重建技術(shù)已被廣泛地用于普外科、骨科、頜面外科、整形外科的術(shù)前診斷、手術(shù)方案設(shè)計、術(shù)后隨訪等領(lǐng)域，提高了疾病的診斷準確率和治療成功率。

2 三維重建技術(shù)在胃疾病診斷和治療中的應(yīng)用

CT是各類胃疾病的重要影像學診斷方法，基于CT斷層掃描數(shù)據(jù)形成的三維重建技術(shù)能在影像中清晰地顯示胃壁各層精細的解剖結(jié)構(gòu)，據(jù)此可對病灶周圍的血管和淋巴組織受侵犯情況進行判斷。因此，三維重建技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于胃惡性腫瘤、胃炎性疾病和胃底靜脈曲張疾病的診斷和治療。

2.1 三維重建技術(shù)與胃癌 胃癌是較常見的消化道惡性腫瘤之一，其發(fā)病率和死亡率均較高[3]。胃癌患者的預(yù)后與腫瘤分期密切相關(guān)，早期胃癌患者的術(shù)后5年生存率>90%，進展期胃癌患者的術(shù)后5年生存率<30%[4]。因此，降低胃癌患者死亡率最有效的措施是早診斷、早治療。近年來，三維重建技術(shù)已在胃癌的術(shù)前分期、診斷和治療中體現(xiàn)出獨有的優(yōu)勢，成為胃癌診斷和治療的重要輔助技術(shù)。

2.1.1 三維重建技術(shù)與胃癌術(shù)前診斷 臨床上胃癌的診斷工具有胃鏡(包括超聲內(nèi)鏡)、CT等。當前，胃鏡檢查仍是明確診斷胃癌的必需檢查，其能確定腫瘤位置，可取組織標本進行病理學檢查。三維重建技術(shù)作為一種新的輔助診斷技術(shù)，與CT掃描結(jié)合能清晰地顯示胃壁、胃腔內(nèi)外病變和腫瘤范圍，在胃癌的定位、定性和定量診斷中發(fā)揮優(yōu)勢。有研究[5]報道，CT仿真內(nèi)鏡(CT virtual endoscopy，CTVE)可充分顯示胃壁黏膜面和腫瘤組織的浸潤情況；通過VRT可觀察腫瘤、腫瘤與周圍組織和臟器的關(guān)系，以及漿膜外間隙有無受累。

值得注意的是，三維重建技術(shù)在早期胃癌的診斷中具有明顯優(yōu)勢。早期胃癌是指局限于胃的黏膜層和黏膜下層的腫瘤組織，無論其有無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移。雖然傳統(tǒng)的CT檢查對于判斷胃癌浸潤程度和有無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移不夠精確，但相較于超聲內(nèi)鏡，CT因具有非侵入性的特點更易為患者所接受，且三維重建技術(shù)大大提高了CT對早期胃癌的診斷水平。文獻[6]報道多排螺旋CT(multi-detector CT，MDCT)胃造影能夠生成多種三維圖像(如VE技術(shù)、SSD)協(xié)助診斷，提高了早期胃癌診斷率和T分期的準確率，是一項具有臨床應(yīng)用前景的技術(shù)。邢亞楠等[7]研究發(fā)現(xiàn)，行多層螺旋CT(multi-slice spiral CT，MSCT)在動脈期、平衡期和門脈期三期掃描結(jié)合三維重建，可動態(tài)觀察病灶和血管的強化過程，有利于顯示胃壁層次，區(qū)分淋巴結(jié)和血管，提高了胃癌術(shù)前T、N分期的準確率。邵華等[8]研究發(fā)現(xiàn)，MSCT結(jié)合MPR與單純的MSCT橫斷面圖像相比，能提高胃癌T分期的準確率，明確腹腔內(nèi)轉(zhuǎn)移灶，有利于對晚期胃癌M期的判定。姜智允等[9]采用雙源CT雙能量掃描技術(shù)融合三維重建技術(shù)，對獲得的多組衍生序列進行定量分析，顯著提高了早期胃癌的診斷準確率，并能鑒別轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)與非轉(zhuǎn)移淋巴結(jié)，提高了N分期的準確率，從而實現(xiàn)更精準的術(shù)前分期。

2.1.2 三維重建技術(shù)與胃癌治療 當前，胃癌的治療仍以手術(shù)為主，腹腔鏡技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于胃癌根治術(shù)中。腹腔鏡胃癌根治術(shù)的基本原則是充分切除原發(fā)病灶和胃周可能轉(zhuǎn)移的淋巴結(jié)，保證足夠的胃切緣，并合理選擇淋巴結(jié)的清掃范圍，以盡可能保證腫瘤的R0切除(即顯微鏡下無腫瘤殘余)[10]。由于胃周血管多，且與淋巴結(jié)的解剖學關(guān)系密切，應(yīng)用腹腔鏡技術(shù)行胃癌根治術(shù)具有一定難度，學習曲線較長。有研究[11]結(jié)果顯示，在胃癌手術(shù)前行雙源CT增強掃描和腹腔血管三維重建，明確胃周血管的位置、解剖學特點及其變異情況，做好詳細的手術(shù)預(yù)案，可明顯縮短手術(shù)時間?？梢?，三維重建技術(shù)有助于術(shù)者縮短腹腔鏡胃癌根治術(shù)的學習曲線，并確保手術(shù)效果。

2.1.3 三維重建技術(shù)與胃癌術(shù)后隨訪 進展期胃癌術(shù)后容易復(fù)發(fā)，傳統(tǒng)CT軸位圖像的空間分辨率低、立體感差，難以早期鑒別術(shù)后復(fù)發(fā)病灶。有研究者在胃癌患者術(shù)后隨訪時行CT掃描聯(lián)合三維重建，通過VRT和SSD重建殘胃的形態(tài)，經(jīng)CTVE觀察胃腔內(nèi)的情況，再行MPR觀察吻合口與周圍臟器的關(guān)系，判斷周圍器官有無病變發(fā)生；結(jié)果顯示，三維重建對吻合口胃壁增厚、腫瘤侵犯范圍和淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的檢出率均顯著高于傳統(tǒng)CT軸位圖像[12]。因此，將CT三維重建應(yīng)用于胃癌術(shù)后隨訪能夠早期發(fā)現(xiàn)復(fù)發(fā)病灶，并從多角度、多方位評估病變程度，盡早制訂合適的治療方案，改善患者預(yù)后。

2.2 三維重建技術(shù)與胃良性疾病

2.2.1 三維重建技術(shù)與胃炎的診斷 胃炎是由多種病因引起的胃黏膜急性或慢性炎癥，是最常見的胃良性疾病。慢性胃炎與胃癌的發(fā)生密切相關(guān)，臨床上多采用胃鏡和活組織檢查(簡稱活檢)診斷胃炎，但限于其為有創(chuàng)性檢查，患者對胃鏡檢查的依從性較差；胃炎的CT影像學表現(xiàn)為胃皺襞和胃壁增厚，易與腫瘤相混淆。因此，三維重建技術(shù)有望成為胃鏡以外的重要診斷補充技術(shù)，早期的胃CT三維成像僅限于SSD，但SSD僅顯示胃壁表面的信息，對黏膜細節(jié)情況顯示不佳。隨著三維重建技術(shù)的發(fā)展，VE技術(shù)提供的圖像可顯示黏膜細節(jié)，能夠更準確地評估黏膜病變信息，且具有可重復(fù)性的優(yōu)勢。因此，三維重建技術(shù)在胃良性疾病的診斷方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

2.2.2 三維重建技術(shù)與胃底靜脈曲張診斷 胃底靜脈曲張是指胃底靜脈呈串珠樣、息肉樣或團塊樣的改變，通常由門靜脈高壓所致。Matsumoto等[13]對30例胃底靜脈曲張患者分別行三維螺旋CT血管造影和常規(guī)血管造影，結(jié)果顯示兩者均有良好的顯影效果；有4例患者的胃后靜脈或胃短靜脈在三維螺旋CT血管造影上清晰可見，而在常規(guī)血管造影上未見。上述結(jié)果表明，三維螺旋CT血管造影對胃底靜脈曲張具有診斷價值，且無侵入性，能夠有效識別胃的血管及其變異情況。

3 三維重建技術(shù)在腸道疾病診斷和治療中的應(yīng)用

3.1 三維重建技術(shù)與腸梗阻病因診斷 腸梗阻是一種常見的急腹癥，起病急，病情發(fā)展快，盡早明確其病因是成功治療的關(guān)鍵。MSCT三維重建技術(shù)操作簡單，能從任意方向觀察腸管的形態(tài)、結(jié)構(gòu)特點和走行，判斷梗阻位置及其與周圍組織的關(guān)系；該技術(shù)可用于明確腸梗阻的病因，尤其對腫瘤性病變引起的腸梗阻的性質(zhì)判斷具有優(yōu)勢，越來越受到臨床醫(yī)師的認可[14]。吳彪等[15]研究發(fā)現(xiàn)，MDCT提高了z軸空間分辨力，可實現(xiàn)各向同性分辨力，使各向同性分辨力的成像能在任意角度重建圖像，也可從一個容積掃描中選擇不同的平面或方向成像，且不影響圖像質(zhì)量，結(jié)合MPR形成高質(zhì)量的三維圖像，較好地顯示腸腔的形態(tài)和病灶情況；口服泛影葡胺后行MDCT檢查，病灶顯示更為清晰。

3.2 三維重建技術(shù)與腸套疊診斷 腸套疊是指一段腸管和與其相連的腸系膜被套入與其相鄰的腸管內(nèi)[16]。成人一般發(fā)生繼發(fā)性腸套疊，CT影像學表現(xiàn)具有一定的特征性。發(fā)生腸套疊時腸管在腹腔內(nèi)盤繞，CT的原始軸位圖像難以顯示其全貌，需從不同方位觀察其走行、解剖結(jié)構(gòu)和病理變化等。MDCT聯(lián)合MPR可從不同的方位對套疊的腸管，以及腸系膜的病理學和解剖學改變進行觀察，從而明確腸套疊的類型和病因[17]。

3.3 三維重建技術(shù)與炎癥性腸病診斷 克羅恩病是一種常見的腸道炎癥性疾病，明確炎癥病變的位置、范圍和嚴重程度是治療的關(guān)鍵。通過三維重建技術(shù)獲得的腸管影像空間分辨率高，可更準確地顯示小腸的炎癥情況。Knuesel等[18]采用三維MRI小腸造影(magnetic resonance enterography，MRE)鑒別炎癥性小腸壁與正常小腸壁；在增強顯影早期，炎癥性腸壁對釓的攝取顯著增多，故可對炎癥所在腸段實現(xiàn)有效顯影。

3.4 三維重建技術(shù)與腸道腫瘤的診斷 膠囊內(nèi)鏡是一種膠囊形狀的內(nèi)鏡，對原因不明的消化道出血和克羅恩病具有較高的診斷價值[19]，但其難以鑒別假陽性腫塊。近年來，有學者對膠囊內(nèi)鏡二維視頻中一些片段的各個幀進行三維重建，顯著提高了膠囊內(nèi)鏡鑒別腫塊性質(zhì)的準確率[20]。此外，在對Peutz-Jeghers綜合征進行診斷時，利用經(jīng)肛門充氣對小腸行螺旋CT檢查并結(jié)合MPR和CTVE重建圖像，可觀察腸腔內(nèi)病變的數(shù)量、大小和形態(tài)，該方法在小腸內(nèi)氣體充盈條件下診斷腸道隆起性病變具有重要價值[21]。

3.5 三維重建技術(shù)與腸外瘺的治療 腸外瘺是一種嚴重的胃腸外科疾病，可引起大量消化液的丟失，導(dǎo)致嚴重電解質(zhì)紊亂和各種營養(yǎng)障礙發(fā)生。有學者對腸瘺瘺管行造影后再行CT掃描和三維重建，依據(jù)三維重建數(shù)據(jù)制造三維打印瘺管支架用于治療腸外瘺，能有效控制并減少患者經(jīng)瘺口流失的腸液量[22]。

3.6 三維重建技術(shù)與結(jié)直腸腫瘤的治療 結(jié)直腸癌是胃腸道常見的惡性腫瘤，目前多采用以腹腔鏡下手術(shù)切除為主的綜合治療，術(shù)前明確血管與腫瘤的位置是選擇手術(shù)方式和腫瘤切除范圍的關(guān)鍵。MSCT血管造影三維重建能較好地顯示腹腔腸系膜的主要血管，有助于術(shù)前明確血管的變異情況。杜乃亮等[23]對52例行腹腔鏡下結(jié)直腸癌根治術(shù)的患者行術(shù)前MSCT血管造影三維重建，腸系膜主要血管的顯示率為100%，包括腸系膜上動脈、回結(jié)腸動脈、右結(jié)腸動脈、中結(jié)腸動脈、腸系膜上靜脈、腸系膜下動脈、左結(jié)腸動脈和腸系膜下靜脈。另有研究[24]發(fā)現(xiàn)，對于高度肥胖的患者，因其腸系膜存在致密的脂肪組織，較難觀察病灶處的解剖結(jié)構(gòu)，利用三維重建圖像進行術(shù)前模擬和術(shù)中導(dǎo)航，有助于精確識別腫瘤與血管間的解剖關(guān)系。在腹腔鏡左半結(jié)直腸手術(shù)中，通過觀察三維重建血管的解剖學形態(tài)、走行，有助于確定腸系膜下動脈、乙狀結(jié)腸動脈、腸系膜下靜脈的位置[25]；在腹腔鏡結(jié)直腸癌根治術(shù)前，進行三維血管重建評估腸系膜下動脈的分支，對于保留左結(jié)腸動脈以降低吻合口漏的發(fā)生率和確保淋巴結(jié)的清掃完全至關(guān)重要[26]。有學者將圖像融合(CTA與CT結(jié)腸造影圖像融合成血管與腸的三維圖像)應(yīng)用于腹腔鏡右半結(jié)腸癌結(jié)腸系膜切除術(shù)，并對圖像融合與常規(guī)CT掃描的結(jié)果進行評估；結(jié)果顯示，圖像融合組可準確融合不同時相血管的VRT圖像，立體、直觀地描述手術(shù)區(qū)域動靜脈的解剖關(guān)系和變異情況，手術(shù)時間和術(shù)中出血量均顯著少于常規(guī)CT掃描組，淋巴結(jié)清掃數(shù)目顯著多于常規(guī)CT掃描組，且無吻合口漏的發(fā)生；常規(guī)CT掃描組吻合口漏的發(fā)生率為2.5%[27]。高世彤等[28]將MSCT三維重建技術(shù)應(yīng)用于結(jié)直腸原發(fā)性黏液腺癌的診斷，其顯示病變的準確率為100.00%，顯示腫瘤供血血管的準確率為100.00%，顯示淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的準確率為80.77%，顯示腫瘤漿膜層浸潤的準確率為96.30%，顯示遠處轉(zhuǎn)移的準確率為72.73%。由此可見，MSCT通過三維重建技術(shù)不僅能較好地顯示腹腔血管及其變異情況，對結(jié)直腸癌的診斷具有較高的靈敏度和特異度，且有助于明確病變與周圍結(jié)構(gòu)的關(guān)系、腹腔淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移情況和遠處轉(zhuǎn)移情況，并提高手術(shù)的安全性。

4 總 結(jié)

近些年來隨著CT探測器的發(fā)展，CT掃描時間大大縮短，運動偽影減少，重建的層厚越來越薄，三維重建獲得的圖像清晰接度近真實，為三維重建技術(shù)廣泛應(yīng)用于胃腸疾病的診斷和治療奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。目前，三維重建技術(shù)被廣泛應(yīng)用于胃腸惡性腫瘤、胃腸黏膜炎癥性疾病的診斷，且對腸梗阻和結(jié)直腸腫瘤的術(shù)前診斷助益頗多。三維重建結(jié)合血管重建、瘺管造影重建技術(shù)對胃腸手術(shù)預(yù)案設(shè)計和腸瘺行非手術(shù)治療具有臨床應(yīng)用價值，受限于CT和MRI自帶的圖像后處理技術(shù)，三維重建技術(shù)仍存在一些問題。

第一，因三維重建技術(shù)本身存在的問題影響了疾病診斷的準確度，主要表現(xiàn)在兩個方面。①真實性不足：首先，三維重建建立在二維影像的基礎(chǔ)上，二維掃描圖像質(zhì)量不佳或二維圖像轉(zhuǎn)換至三維圖像時產(chǎn)生的誤差均會導(dǎo)致所重建的模型不準確，影響臨床診斷；其次，對于VRT技術(shù)，圖像色彩顯示逼真的前提是偽彩的設(shè)置，若設(shè)置不恰當，圖像易失真。②清晰度不高：首先，MPR、CPR立體感不強，SSD對于細節(jié)的顯示不佳，只能顯示器官的表面輪廓，無法顯示其內(nèi)部結(jié)構(gòu)；其次，CTVE檢查不能顯示黏膜充血、水腫，且不易發(fā)現(xiàn)黏膜的細節(jié)(如輕微隆起)，若充氣不足會降低圖像的質(zhì)量，導(dǎo)致誤診、漏診；再次，CT閾值范圍的選擇影響重建圖像的清晰度，甚至造成假陽性、假陰性結(jié)果。除了準確度問題，三維重建技術(shù)的重建速度較慢，重建出具體器官圖像所花費的時間較長。

第二，三維重建技術(shù)對胃腸疾病的傳統(tǒng)診斷技術(shù)(CT、內(nèi)鏡等)能起到一定的補充作用，但由于其本身存在局限性，使其用于胃腸疾病的診斷仍有不足。首先，三維重建技術(shù)對胃腸道的準備要求較高，部分腸梗阻患者因不能實現(xiàn)胃腸道的充分準備，腸管內(nèi)的殘余物易被誤認為病變，從而影響診斷；其次，血管重建是三維重建技術(shù)在胃腸疾病診斷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，腫瘤壓迫、淋巴結(jié)侵犯、靜脈血栓等均可能導(dǎo)致血管顯影不理想，造成誤診；再次，與胃腸鋇餐造影相比，三維重建技術(shù)存在不能動態(tài)、實時觀察胃腸道功能的缺陷；最后，與纖維內(nèi)鏡檢查相比，三維重建技術(shù)無法實現(xiàn)活檢和病理學檢查，僅能通過影像學特征初步判斷病灶的情況。上述問題可能有賴于信息技術(shù)的進一步發(fā)展來提供新的解決方案。

值得注意的是，當前一種以三維可視化、三維打印、虛擬現(xiàn)實為代表的復(fù)合數(shù)字技術(shù)已在臨床診斷和治療中嶄露頭角[29]。三維可視化技術(shù)與傳統(tǒng)三維重建技術(shù)最大的區(qū)別為其可給器官進行色彩渲染，對組織結(jié)構(gòu)進行拆分或整體組合，還可多角度旋轉(zhuǎn)，進行不同程度的透明化處理，有助于術(shù)前診斷和輔助制訂手術(shù)方案[30]，未來或許在胃腸疾病的診斷和治療中具有良好的臨床應(yīng)用前景。

隨著計算機處理技術(shù)的進步，以及影像設(shè)備成像速度和分辨率的提高，三維重建技術(shù)將邁向精細化發(fā)展方向，并在結(jié)合其他數(shù)字化新興醫(yī)學技術(shù)后，為胃腸疾病的診斷和治療帶來新的契機。