ÚJA BB VIZSGÁLÓ MÓDSZE R EK
Virtuális bronchoszkópia: új noninvazív vizsgálati lehetõség a pulmonológiában 1
2
2
Márk Zsuzsa dr. , Bajzik Gábor dr. , Repa Imre dr. és Strausz János dr. Pest Megyei Tüdőgyógyintézet, Törökbálint (orvosigazgató: Strausz János dr.) 2 Kaposvári Egyetem, Diagnosztikai Intézet (igazgató: Repa Imre dr.)
1
1
A háromdimenziós digitális radiológiai képalkotó eljárások és a számítógépes háttér fejlõdése lehetõvé tette az emberi test térbeli modellezését, ezen belül az üreges szervek endoszkópiához hasonló, virtuális megjelenítését. A virtuális bronchoszkópiáról szóló elsõ közlemény 1993ból származik. A szerzõk vizsgálataikhoz olyan betegeket választottak ki, akiknél bronchofiberoszkópia során a trachea, vagy a nagyhörgõk szûkületét észlelték. Az érintett szakaszról célzott, vékonyszeletes spirál komputertomográfiás vizsgálat készült. Ezt követõen a kapott háromdimenziós adatmátrixból speciális software-ek segítségével hozták létre a virtuális bronchoszkópiás modellt. Közleményükben irodalmi áttekintés mellett 17 eset alapján összefoglalják a virtuális bronchoszkópiával szerzett elsõ tapasztalataikat. Eredményeiket a hagyományos bronchofiberoszkópos adatokkal hasonlították össze és megvizsgálták, hogy a két vizsgálati módszer mennyiben helyettesítheti, illetve egészíti ki egymást a klinikai gyakorlatban.
Virtual bronchoscopy: a new non-invasive diagnostic method. Virtual reality (3 dimensional modelling of the human body) has developed as a convergence of advancing digital imaging modalities and computer graphics technologies. With this method endoscopic simulations of cavitary organs are feasible. Virtual bronchoscopy was initially described in 1993. The authors selected patient with previously detected stenosis of the trachea or the main bronchi with bronchofiberscop. They performed targeted, thin-slice helical computer tomography of the lesions. These data were transferred to a workstation and the virtual endoscopic models of the airways were generated using dedicated software. Based on cases the authors describe their preliminary experience with the method. The findings were compared with those of bronchofiberscopy. Analyzing these results and the literature the potential clinical applications of virtual bronchoscopy are discussed.
Kulcsszavak: spirál komputertomográfia, virtuális endoszkópia, bronchofiberoszkópia
Key words: spiral computer tomography, virtual endoscopy, bronchofiberscopy
A virtuális endoszkópiáról szóló első közlemények az 1990-es évek elején jelentek meg és 1993-ban olvashattunk először virtuális bronchoszkópiáról (VB) (5, 18). Az új vizsgálati módszer létrejöttét a komputertechnika rohamos fejlődése tette lehetővé. A háromdimenziós spirál komputertomográfia (3D CT) adatainak felhasználásával megfelelő software segítségével a számítógép virtuális endoszkópot képet hoz létre, mely hasonló a bronchofiberoszkóp (BF) által nyerhető képhez. A komputer előtt ülve a szakember a tárolt adatokat előhívhatja, módosíthatja, rekonstruálhatja és a kívánalmaknak megfelelően pontosíthatja a kapott képet (10, 25). Egyedülálló információt szolgáltat a légúti szűkület mögötti területről és ábrázolni képes a légutak melletti nyirok- és érképleteket, megkönnyítve ezzel a biopsziás eljárásokat. Sok tekintetben többletinformációt ad a BF-hez képest, de megvannak a saját korlátai is. A VB még fejlesztés alatt áll, az indikációs területek folyamatosan változnak, az alkalmazott technika pedig folyamatosan fejlődik. A vizsgálat bevezetése szinte valamennyi centrumban a kezdeti szakaszban van, melyet a közleményekben szereplő alacsony esetszám is jól tükröz (1, 2, 6–8, 11).
Közleményünkben Magyarországon elsőként ismertetjük a virtuális bronchoszkópiával szerzett tapasztalatainkat. Eredményeinket a hagyományos BF-adatokkal hasonlítottuk össze és megvizsgáltuk, hogy a két vizsgálati módszer mennyiben helyettesítheti, illetve egészíti ki egymást a klinikai gyakorlatban.
Rövidítések: BF = bronchofiberoszkópia; VB = virtuális bronchoszkópia; CT = komputertomográfia; 3D = háromdimenziós
Orvosi Hetilap 2001, 142 (11), 565–569.
Beteganyag és módszer 17 betegnél (10 férfi és 7 nő) BF-fel igazoltunk tracheavagy nagyhörgőszűkületet. A BF során rögzítettük a szűkület átmérőjét, elhelyezkedését és amennyiben a stenosis a műszer számára átjárható volt, hosszát is. Malignus szűkületek gyanúja esetében citológiai és/vagy szövettani anyagvételre került sor. A betegeknél 2 héten belül mellkasi spirál CT-vizsgálat történt. A felvételek alapján az elváltozások lokalizációjának megfelelően célzott vékonyszeletes spirál CT készült, mely a VB alapjául szolgált. A radiológiai vizsgálatot végző orvos számára a szűkület lokalizációja ismert volt. A spirál CT-vizsgálatokat Somatom 4 Plus (Siemens, Erlangen) berendezéssel készítettük. A mérések során a kollimáció 3 mm, az asztalléptetés sebessége 3–4,5 mm/s volt, ami 1–1,5-ös pitchet eredményezett. A nyers adatokból 1 mm-ként készítettünk célzott felvételeket, a 565
1. táblázat: Malignus szûkületek
Életkor (év) B. G Sz. S.
69 51
L. J. Zs. L.
44 53
T. G.
57
Zs. M.
63
Virtuális bronchoszkópos lelet Bronchoszkópos lelet
Szövettan
a szűkület hossza (mm)
legkisebb átmérő (mm)
33 10,2 47 33 53,2
0 0 15 0 kisfokú szűkület
10 bal: 51,7 jobb: 34,2
5 5,1 0
laphámrák
33
0
laphámrák
jobb főhörgő jobb felsőlebeny hörgőt elzáró tumor jobb főhörgő szűkület jobb főhörgőt elzáró tumor jobb főhörgő intermedius, felsőlebenyi hörgő szűkület a főhörgőcarinát és mindkét főhörgőt érintő tumor, a jobb oldal teljesen elzárt jobb főhörgőt elzáró tumor
vizsgálati mező 100–150 mm, a képmátrix 512 × 512 volt. A síkbeli felbontás mértéke kb. 0,2–0,3 mm. A légzési műtermékek kiküszöbölésére a vizsgálatokat mély belégzésben végeztük. Egy légvételnyi idő 100–150 mm-es szakasz vizsgálatát tette lehetővé. Az elkészült CT-felvételeket az intézeti hálózaton SUN Ultra 10 számítógépre továbbítottuk, ahol a felületi rekonstrukción alapuló modelleket létrehoztuk a bostoni Harvard Egyetem Brigham and Women’s Hospital Surgical Planning Laboratóriumából rendelkezésünkre bocsátott szoftverek segítségével. A bronchusrendszer szegmentációjára az MRX programot, a 3D modellek és a virtuális endoszkópos szimulációk létrehozására a VESA-programot, a különböző mérésekre az eredeti képek és a modellek fúziójára a 3D Slicer programot használtuk.
adenocarcinoma adenocarcinoma laphámrák adenocarcinoma
Eredmények Betegeinknél a BF során 11 posztintubációs tracheastenosis és 6 malignus trachea-, ill. főhörgőstenosis igazolódott. A VB valamennyi esetben jól tükrözte az endoszkópos viszonyokat. Az 1–2. táblázat tartalmazza a mérési adatokat. A trachea és a főhörgő szűkületei esetében a VB pontos adatokat szolgáltatott a szűkület hangszalagtól, illetve főhörgőcarinától való távolságáról, a szűkület hosszáról, a szűkület legkisebb és legnagyobb átmérőjéről. Öt súlyos malignus és 1 benignus szűkületnél többletinformációt adott a BF-hez képest: az endoszkóp számára nem átjárható szűkületek hosszát és a stenosisok mögötti területet a VB segítségével jól meg lehetett ítélni. Kisebb hörgők szűkületének hossza VB-vel nem volt megítélhető. A nyálkahártya elváltozásairól, színéről, a capillarisatio mértékéről az alkalmazott technika érdemi információt nem tudott adni.
Megbeszélés
1/a. ábra: Benignus légcsõszûkület bronchoszkópos képe 1/b. ábra: Benignus légcsõszûkület virtuális endoszkópos képe
566
A spirál CT adatainak felhasználásával a digitális 3D modell létrehozása a CT-vizsgálat után történik. „Surface rendering” technikával a kapott modell a légutakban lévő levegő és a légutak belső felszínének határfelületét jeleníti meg, míg „Volume rendering” módszerrel a különböző denzitástartományokhoz eltérő opacitást rendelve a légutakat körülvevő szövetek átlátszóvá tehetők. Utóbbi eljárás az egész 3D adathalmazt egyszerre kezeli, ezért nagyobb teljesítményű számítógépet igényel (9). A létrehozott modell bármikor megtekinthető, utólagos módosítások, pontosítások lehetségesek. A modell későbbiekben a bronchoszkópos beavatkozások alatt mintegy térkép, útmutatóként használható (2, 4, 5). A 3D modell megjelenítésére számos lehetőség van, ezek közül kétféle módszert alkalmaznak: 1. a trachea, ill. a hörgők fala lehet átlátszatlan, így az intrabronchialis elváltozások jól megítélhetők; 2. a légutak falát transzparenssé lehet változtatni, ezzel a módszerrel a trachea, ill. a hörgők melletti képletek láthatóvá válnak (8, 22). A bronchológus a beavatkozás előtt egyszerre láthatja a légutak belsejét és a körülöttük levő tumort, nyirokcsomót, ereket (23).
2. táblázat: Benignus szûkületek
Bronchoszkópos lelet
P. Z. T. M. B. F. G. L. P. Cs. N. J. B. J. B. I. P. S. S. F. T. S.
Virtuális bronchoszkópos lelet
Életkor (év)
lokalizáció
szűkület hossza (mm)
szűkület legkisebb átmérője (mm)
hangszalagtól való távolság (mm)
36 24 57 60 22 66 73 78 50 25 58
Trachea kp. része Trachea kp. része Trachea felső része Trachea kp. része Trachea felső része Trachea kp. része Trachea felső része Trachea felső része Trachea felső része Trachea felső része Trachea felső része
19 58 27 36 22 33 32 31 25 22 33
4,3 4,7 7,4 6,4 8,1 6,1 13,6 3 1,7 6,1 7,8
31,8 18,6 13,7
főhörgő carinától mért távolság (mm) 55
17 6,2 21,9 5,7 25,2 12,6 27 4,6
70
2. ábra: A trachea és a két fõhörgõ kezdeti szakaszának 3D rekonstrukciós képe
E módszerrel a transbronchialis biopsziák biztonságossága és találati aránya kifejezetten javítható (15). A VB betekintési iránya tetszés szerint változtatható. A BF-fel vizsgáló, csak craniocaudalis irányban tud mozogni, míg a VB visszafelé is tud tekinteni. Így a stenosisok megítélésében egyedülálló információt adhat: a szűkület pontos helye, hossza, mértéke és a szűkület mögötti terület megítélhető és valamennyi paraméter pontosan megmérhető (3, 11). Ez a módszer igen nagy segítséget nyújt az intervenciós bronchológiai beavatkozások megtervezésénél: a hörgőtágításnál, lézerkezelésnél, brachytherapiánál, stentbeültetésnél (8, 9, 14). A VB indikációi A virtuális bronchoszkópia a trachea- és főhörgőstenosisokról minden más vizsgálati módszernél részletesebb információt ad. A szűkületek helye, pontos hossza, a szűkü-
3/a. ábra: Jobb fõhörgõt elzáró malignusdaganat bronchoszkópos felvétele 3/b. ábra: A daganat craniocaudalis virtuális endoszkópos képe 3/c. ábra: A tumor caudocranialis virtuális endoszkópos képe
567
let mértéke és a mögöttes terület állapota meghatározható, így az intervenciós bronchológiai beavatkozások tervezése egyszerűbbé válik (lézerkezelés, brachytherapia, mechanikus tágítás). Hasonló módon nagy segítséget nyújt a stent-beültetéshez. Segítségével a légúti protézises beteg ellenőrzése megoldható endoszkópos vizsgálat nélkül (3, 8, 11, 14). A perbronchialis biopsziák találati arányát a VB kifejezetten növeli. A virtuális képet, mintegy térképet követve a bronchológus látja a légutak fala mögötti képleteket (15). A tüdődaganatok stádiumbeosztása, a műthetőség feltételei pontosabbá válnak, mert a légutak, a tumor, a nyirokcsomókkal és érképletekkel való összefüggése is jobban megítélhetők (6, 18, 23). A nyelőcsődaganatok kezelésének megtervezésekor mindig eldöntendő a daganat és a légcső viszonya. Előzetes vizsgálati adatok szerint ezt a kérdést a VB megbízhatóan tisztázza (8). A VB alkalmas a tüdőreszekciós műtétek utáni kontrollvizsgálatokra, követésre, különös tekintettel a hörgőcsonkok és anastomosisok állapotára. Gyermekek fejlődési rendellenességei (például érleszorítás, hörgőelágazási rendellenességek, szűkületek [tracheomalacia, bronchomalacia?], congenitalis tracheooesophagealis fistula), invazív beavatkozás nélkül is megítélhetők, a módszer első vizsgálatként javasolt. A tüdőtranszplantált betegek anastomosisainak követésére szintén alkalmasnak látszik a VB (16). Egyéb alkalmazási területek A virtuális technika természetesen nemcsak a légutak vizsgálatára alkalmazható, bár a legtöbbet tanulmányozott anatómiai terület a felső- és alsó légutak, valamint a vastagbél. Az üreges szervekben az anatómiai struktúrák részletesebb tanulmányozását teszi lehetővé. Használják az érrendszer vizsgálatára. Virtuális angiográfia, mielográfia, cisztoszkópia segíthet a diagnózisban. Az orr-fül-gégészeti struktúrák tisztázásához segítséget nyújt az endoszkópos sinusműtétek előtt. A virtuális laringoszkópia segítségével a subglotticus területek is értékelhetővé válnak, így a gégetumorok műtétjénél segít a reszekció kiterjesztésének megtervezésében. A virtuális kolonoszkópiát javasolják vastagbéltumorok és polypusok szűrővizsgálatára. A pozitív esetek kerülnek csak hagyományos kolonoszkópiás vizsgálatra (10, 17, 20). A VB hátrányai a BF-fel összehasonlítva A VB felbontása jelenleg még elmarad a BF felbontása mögött. A CT-vizsgálatot követően készül a képfeldolgozás, így csak a már meglévő adatok állnak rendelkezésre. A VB a nyálkahártya megítélésére jelenleg még nem használható, nem ad információt sem a színről, sem az erezettségről. A pontos tájékozódást zavarhatja a nagyobb mennyiségű nyák, mely tumorokozta bronchuselzáródást utánozhat. A VB nem dinamikus vizsgálat, így bizonyos mozgás okozta elváltozások (például érpulzáció, tracheakollapszus) nem ítélhetők meg. A VB képalkotó eljárás, tehát anyagvételre alkalmatlan (4, 6, 8, 13, 18, 19, 24). 568
3. táblázat: A hagyományos bronchoszkópia és a virtuális bronchoszkópia összehasonlítása
Hagyományos bronchoszkópia
Virtuális bronchoszkópia
Invazivitás
invazív beavatkozás
Felbontás Környező képletek vizsgálata Anyagvétel lehetősége Nyálkahártya megítélése Légúti szűkületek pontos megítélése Szűrésre Követésre alkalmas módszer Vizsgálati időponttól független képrekonstrukció
kiváló indirekt jelek van
noninvazív (képalkotás) közepes direkt (virtuális) megfigyelés nincs
lehetséges
nem lehetséges
korlátozottan alkalmas nem alkalmas alkalmas (invazív)
alkalmas
nem alkalmas
alkalmas alkalmas (noninvazív) alkalmas
A mozgás okozta műtermék rontja a képminőséget. A technika fejlődésével ezek a problémák várhatóan megoldódnak. A légzési műtermék kivédésére a spirál CT ún. egyszeri mély belégzés technikával történik. Utóbbi kisgyermekeken csak altatásban kivitelezhető (12). A szív mozgása által létrehozott műtermékek már jól kiküszöbölhetők. A VB-vel kis perifériás tumorok elnézhetőek, a perifériásabb területek vizsgálata még további finomításra szorul (21). A VB és a BF tulajdonságait a 3. táblázatban hasonlítottuk össze. A jövő lehetőségei A VB egy 3D képalkotó módszer, mely az eszközös beavatkozásokhoz és a beteg követéséhez ad segítséget. Alkalmazásával gyors, pontos diagnózist kaphatunk, csökkenthető a beavatkozás okozta szövődmények gyakorisága. Nem helyettesíti a bronchoszkópiát, de megkönnyítheti annak elvégzését. A multidetektoros scannerek alkalmazásával a vizsgálati idő, így a sugárexpozíció is csökkenthető, a felbontás és a vizsgált régió növelhető. A technika fejlesztésével a perifériás területek is megbízhatóan értékelhetők lesznek. Folyamatos a fejlődés a software-ek területén is, a rekonstrukcióhoz szükséges idő rövidül, kísérletek folynak egyes elváltozások felismerésének automatizálására (falvastagság kijelzése, felületi görbület analízise). A komputer árának csökkenésével, a módszer begyakorlásával, remélhetőleg hamarosan a mindennapok hasznos segítsége lesz. IRODALOM: 1. Aristizabal, J. F., Young, K. R., Nath, H.: Can chest CT decrease the use of preoperative bronchoscopy in evaluation of suspected bronchogenic carcinoma? Chest, 1998, 113, 1244–1249. – 2. Becker, H. D.: Heading into a virtual word. Bronchoscopy at the turn of the century. J. Bronchol., 1999, 6, 151–152. – 3. Ferretti, G. R., Knoplioch, J., Bricault, L. és mtsai: Central airway stenoses: preliminary results of spiral-CTgenerated virtual bronchoscopy simulations in 29 patients. Eur. Radiol., 1997, 7, 854–859. – 4. Ferretti, G. R., Vining, D. J., Knoplioch, J. és mtsa: Tracheobronchial tree: three-dimen-
sional spiral CT with bronchoscopic perspective. J. Comput. Assist. Tomogr., 1996, 20, 777–781. – 5. Fishman, E. K., Ney, D. R.: Advanced computer applications in radiology: Clinical applications. Radiographics, 1993, 13, 463–475. – 6. Fleiter, T., Merkle, E. M., Aschoff, A. J. és mtsai: Comparison of real-time virtual and fiberoptic bronchoscopy in patients with bronchial carcinoma: opportunities and limitations. AJR Am. J. Roentgenol., 1997, 169, 1591–1595. – 7. Haponik, E. F., Aquino, S. L., Vining, D. J.: Virtual bronchoscopy. Clin. Chest. Med., 1999, 20, 201–217. – 8. Higgins, W. E., Ramaswamy, K., Swift, R. D. és mtsai: Virtual bronchoscopy for three-dimensional pulmonary image assessment: state of art and future needs. Radiographics, 1998, 18, 761–778. – 9. Johnson, P. T., Fischman, E. K., Duckwall, J. R. és mtsai: Interactive three-dimensional volume rendering of spiral CT data: current applications in the thorax. Radiographics, 1998, 18, 165–187. – 10. Jolesz, F. A., Lorensen, W. E., Shinmoto, H. és mtsai: Interactive virtual endoscopy. AJR Am. J. Roentgenol., 1997, 169, 1229–1235. – 11. Kauczor, H. U., Wolcke, B., Fischer, B. és mtsai: Three-dimensional helical CT of tracheobronchial tree: evaluation of imaging protocols and assessment of suspected stenoses with bronchoscopic correlation. AJR Am. J. Roentgenol., 1996, 167, 419–424. – 12. Konen, E., Katz, M., Rozenman, J. és mtsai: Virtual bronchoscopy in children: Early clinical experience. AJR Am. J. Roentgenol., 1998, 171, 1699–1702. – 13. Liewald, F., Lang, G., Fleiter, Th. és mtsai: Comparison of virtual and fiberoptic bronchoscopy. Thorac. Cardiovasc. Surg., 1998, 46, 361–364. – 14. Massao, D., Miyazawa, T., Mineshita, M.: Three-dimensional bronchial imaging by spiral computed tomography as applied to tracheobronchial stent placement. J. Bronchol., 1999, 6, 155–158. – 15. McAdams, H. P., Goodman, P. C., Kussin, P.: Virtual bronchoscopy for directing transbronchial needle aspiration of hilar and mediastinal lymph nodes: A pilot study.
AJR Am. J. Roentgenol., 1998, 170, 1361–1364. – 16. McAdams, H. P., Palmer, S. M., Erasmus, J. J.: Bronchial anastomotic complications in lung transplant recipients: virtual bronchoscopy for non-invasive assessment. Radiology, 1998, 209, 689–695. – 17. Morrin, M. M., Farrell, R. J., Kruskal, J. B. és mtsa: Virtual colonoscopy: a kinder, gentler colorectal cancer screening test? Lancet, 1999, 354, 1048–1049. – 18. Naidich, D. P., Lee, J. J., Garay, S. M. és mtsai: Comparison of CT and fiberoptic bronchoscopy in the evaluation of bronchial disease. AJR Am. J. Roentgenol., 1987, 148, 1–7. – 19. Rapp-Bernhardt, U., Welte, T., Doehring, W. és mtsai: Diagnostic potential of virtual bronchoscopy: advantages in comparison with axial CT slices, MRP and mIP? Eur. Radiol., 2000, 10, 981–988. – 20. Royster, A. P., Fenlon, H. M., Clarke, P. D. és mtsai: CT colonoscopy of colorectal neoplasms: two-dimensional and three-dimensional virtual-reality techniques with colonoscopic correlation. AJR Am. J. Roentgenol., 1997, 169, 1237–1242. – 21. Summers, R. M., Selbie, W. S., Malley, J. D. és mtsai: Polypoid lesions of airways: early experience with computer-assisted detection by using virtual bronchoscopy and surface curvature. Radiology, 1998, 208, 331–337. – 22. Summers, R. M.: Navigational aids for real-time virtual bronchoscopy. AJR Am. J. Roentgenol., 1997, 168, 1165–1170. – 23. Vining, D. J., Ferretti, G., Stelts, D. R. és mtsai: Mediastinal lymph node mapping using spiral CT and three-dimensional recontructions in patients with lung cancer: preliminary observations. J. Bronchol., 1997, 4, 18–25. – 24. Vining, D. J., Liu, K., Choplin, R. H. és mtsa: Virtual bronchoscopy. Relationships of virtual reality endobronchial simulations to actual bronchoscopis findings. Chest, 1996, 109, 549–553. – 25. Vining, D. J.: Virtual endoscopy: is it reality? Radiology, 1996, 200, 30–31. (Strausz János dr., Törökbálint, Munkácsy M. u. 70. 2045)
569
