人体“航行”成像仿真技术

3人体“航行”成像仿真技术

提到“航行”（navigation），人们并不生疏，因为在现代科学发展的今天，已从各种新闻媒介上得知关于巡航导弹、航天飞机、巡洋舰在天空、在海上航行，它们可按操作者的要求，在某一区域航行而到达目的地。

100多年前，伦琴发现通过X线能看到人体某些内部结构。这无疑是医学诊断上的一次革命，一次飞跃。但是随着科学的进一步发展，人们要求看到人体内部结构的更细微病理改变，如实质器官内部结构改变，胃、肠壁、血管壁的细微变化，此时只借助普通X线是无法到达的。科学家一直梦想有一天，能像孙悟空一样钻到铁扇公主的肚子里，将内部情况看个清楚明白。经过不断探索，最初发明了直接、间接喉镜、食道镜、直肠镜，这些镜子是直视的光学镜，很难操作，也给患者带来不适。20世纪60年代又发明了可弯曲的纤维胃镜、纤维直肠镜、纤维支气管镜、纤维胆道镜、纤维腹腔镜、关节镜等等，并装上电视摄像系统，使医生能像看电视一样观察空腔脏器的内部表面的细微改变。这的确是又一次诊断突破，对病变的早期诊断与治疗有非常重要的作用。因此纤维内窥镜在临床上发展很快，不仅可应用于诊断，还可用于治疗，如经内窥镜胆道取石、胆囊摘除术、盆腔肿瘤切除、关节内半月板摘除等。尽管它们有如此多的优点，但仍有不足之处，如纤维内窥镜的长度有限，有些地方难以达到，如颅内小血管，有一定的痛苦与不适，譬如要吞入直径1厘米左右的纤维管，有时还有一定的操作难度，不能像巡航飞机或导弹那样，随心所欲达到靶点。

近来，随着计算机体层、磁共振成像新技术发展，使科学家梦想能像孙悟空一样钻到铁扇公主的肚子里的神话变为现实。

虽然CT有很高的密度和空间分辨率，对实质器官，如脑、肝、胰、脾、肾、肺、心及骨组织，能清楚地显示其内部结构及病理改变，但对中空的器官如胃肠道、胆道、泌尿系统，则不尽如人意。在螺旋CT出现之前，对人体各部的血管显示亦不满意。近几年螺旋CT出现，通过血管造影增强，利用最高密度投影法，能显示各部位的血管图像，其图像质量超过磁共振血管成像；能显示血管有无狭窄、闭塞、血管畸形、动脉瘤等。从CT成像原理中我们已经知道构成图像的每一个点（像素）都是数字化的，基于这些数字像素资料和三维轮廓重建术，我们可以设计一个软件系统，利用三维成像技术，虚拟一个类似航行导弹的点，穿梭于上述一组像素之间，通过这种仿真技术让“航行者”穿梭在血管像素之内，来观察血管内壁、血管狭窄、内面的血栓等。同样的道理，亦可利用此技术去观察气管、支气管树的内壁情况，如同纤维支气管内窥镜一样可窥见支气管内壁。因此也称为CT内窥镜，或仿真内窥镜（vitualendoscopy）。

在电子纤维内窥镜发展的今天，传统的食道吞钡、胃肠钡餐检查、钡灌肠等检查手段未被淘汰出局，主要是其对胃肠道病变的诊断仍有很重要的作用，例如它对病变侵犯的范围、大小以及与周围组织的情况，反映的比纤维内窥镜要多。因此它们之间有着互补的作用。但随着人体航行成像的出现，科学家预言，胃肠钡餐检查和纤维内窥镜系统会被CT内窥镜取代。目前，在瑞士一家医院已经实现了上述预言，CT内窥镜已能发现直径仅5毫米的小息肉。成像不仅在CT上能做到，亦能在磁共振成像中应用。采用航行软件系统，“航行者”能像孙悟空一样钻到人体胃肠道、胆道、血管内潜行，并将内壁、腔内的情况反应到荧光屏上，显示该处的病变，让医生作出正确的诊断与治疗，医生可随意操作“航行者”进入人体的各个部位。

“航行者”不仅可在空腔脏器内航行，亦可在实质器官内、在病变内部、或在其周围航行，来观察它们的结构改变，这是因为航行者是一虚拟的点，它可航行在这些像素之间，可穿梭在实质器官和肿块内。航行技术提供的如此丰富的信息有待于我们进一步了解和解释。人们期待着它能更加完善，更具有生命力，能为今后疾病的早期诊断、治疗发挥更大的作用。