圖片來源：西門子公司 結腸影像，用於虛擬內窺鏡檢查，由計算機斷層掃描（CT）掃描儀制作。左上方為二維冠狀（從頭到腳）影像。右上為二維軸向（從腹部到背部）影像。左下方為結腸的三維重建圖，指示內窺鏡的位置。右下方為結腸的三維虛擬“飛躍”，用於識別息肉。要體驗“飛躍”，請點選這裡。（注意：該電影為AVI格式，大小為10MB。） |
如何描繪人體器官內部的動態過程，曾經是醫學中最熱門的未解之謎之一。然後，大約 40 年前，出現了內窺鏡——充滿光纖的管道，可以穿過空腔器官來拍攝靜止影像和影片影像。數百萬患者從內窺鏡的診斷或治療中受益，但這項技術並不完美：它令人不適，並且可能會刺穿器官壁，使患者面臨致命感染的風險。
現在，醫學成像可能正處於另一場革命性變革的邊緣：一種名為虛擬內窺鏡的新程式可以在沒有令人不快且有風險的管道的情況下拍攝人體器官內部的影像。該技術最早出現在 20 世紀 90 年代初，它結合了詳細的成像技術和先進的圖形軟體，可以生成內部結構精美、精確的三維影像。
在虛擬內窺鏡檢查期間，患者接受計算機輔助斷層掃描（CT）掃描，其中 CT 機器以不同的角度發射 X 射線束，以建立身體區域的許多薄橫截面影像。然後將這些影像傳輸到計算機，圖形軟體演算法在其中將它們融合為該區域的無縫三維表示。然後，醫生可以“飛越”空腔器官，探索關注區域，而無需擔心延長令人不愉快的檢查。從成像到解讀的整個過程只需幾分鐘，幾乎不會或沒有疼痛，並且風險與幾次胸部 X 射線差不多。
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目前，大多數研究人員使用虛擬內窺鏡對結腸和氣道進行成像，但該技術可以描繪任何空腔身體結構。“目前，任何含有空氣或液體的物體都是虛擬內窺鏡的候選物件，”美國國立衛生研究院的羅納德·M·薩默斯解釋說，該研究院的網站上有一個專門討論該主題的區域。除了診斷疾病外，醫生還使用虛擬內窺鏡來規劃許多型別的手術。
自最近推出以來，該技術經歷了一些改進。CT 掃描器正在收集比以往更薄的身體影像切片——使得檢視更小的特徵成為可能——而用於解釋這些影像的軟體在將其全部整合在一起方面變得更好。因此，最廣泛使用的技術，虛擬結腸鏡檢查和虛擬支氣管鏡檢查的最新版本可能與內窺鏡一樣準確。
研究人員估計，全國各地有成千上萬的患者接受了某種型別的虛擬成像，這說明了這項新技術最突出的特點：對於許多患者來說，它比內窺鏡更舒適，因此他們更可能選擇它而不是標準成像。虛擬內窺鏡可以檢測出許多如果早期發現就很容易治療的疾病；從公共衛生的角度來看，虛擬內窺鏡可以挽救許多生命。
“這真的是我夢想的——我們可以根除結腸癌，”紐約州立大學石溪分校的阿里·考夫曼說，他是最早開發虛擬結腸鏡檢查的研究人員之一。
進入結腸
圖片來源：JUDY YEE 息肉被檢測到，在加州大學舊金山分校的朱迪·易進行的虛擬結腸鏡檢查中。 |
目前，虛擬內窺鏡最廣泛的應用是結腸成像。虛擬結腸鏡檢查可以檢測出結直腸癌，它是癌症導致的第二大死亡原因，每年導致 60,000 人死亡。大多數病例源於結腸內部生長的息肉。如果癌性生長物被早期發現，患者有 90% 的機會存活，但相對較少的人接受結腸鏡檢查。
在結腸鏡檢查期間，胃腸科醫生將一根管子（或結腸鏡）插入患者的直腸，穿過結腸，掃描表面並切除任何看起來像大息肉的東西。患者必須鎮靜，並且結腸鏡無法轉動，因此它必須以相同的方向進入和離開結腸，並且可能會錯過只能從另一個方向看到的息肉。如果結腸特別長或患者疼痛難忍，胃腸科醫生有時可能難以到達結腸末端，因此可能會錯過外圍息肉。
鑑於結腸鏡檢查的缺點和風險，考夫曼建議所有患者都應使用虛擬結腸鏡檢查進行篩查。任何被發現有異常發現的患者（至少 10% 的受檢者）隨後將接受傳統的結腸鏡檢查，以去除結腸中特定部位的息肉。將精力集中在結腸的特定區域可以讓醫生快速執行結腸鏡檢查，從而可能降低併發症的風險。“如果你想進行侵入性手術，”考夫曼解釋說，“你只想在你真正需要手術或切除息肉時才做，而不是僅僅為了常規篩查而做。”
最新的研究報告表明，虛擬結腸鏡檢查在識別息肉和區分它們與無害結構方面可能與結腸鏡檢查一樣好。從整個腹部的 CT 掃描建立影像意味著醫生可能能夠發現除結腸癌之外的其他異常情況，例如腹部動脈瘤或腎癌。這個訊息正在傳播：3 月，凱蒂·庫裡克在《今日秀》節目中體驗了該過程，考夫曼表示，紐約州立大學石溪分校的診所有時會提前幾個月預訂虛擬結腸鏡檢查。許多私人診所現在也提供這項技術。
儘管有優點，但虛擬結腸鏡檢查並不完美。患者仍然需要在檢查前一天服用瀉藥，因為 CT 掃描無法區分糞便和息肉。在檢查期間，醫生仍然必須在直腸中插入一個小管並給結腸充氣，這可能會讓人感到不舒服。此外，CT 掃描器無法很好地識別扁平息肉，這些息肉通常在傳統的結腸鏡檢查中會因為其獨特的顏色而突出顯示。
為了解決這些缺陷，紐約州立大學石溪分校和其他機構的研究人員正在研究一種標記糞便的飲料，使計算機能夠從結腸中減去糞便，並消除患者接受服用瀉藥的令人不快的準備工作的需要。研究人員沒有使用室內空氣給結腸充氣，這可能會讓患者在手術後感到腹脹，而是正在嘗試使用更容易被人體吸收的二氧化碳。未來，醫生還可能注射專門標記息肉的藥物，以幫助檢測扁平病變。美國國立衛生研究院、斯坦福大學和其他機構的研究人員正在開發有助於識別息肉的軟體，這將提高檢測率並加快流程。這可能會使該程式更實惠——現在可能花費超過 1,000 美元，並且作為一種較新的技術，通常不在醫療保險範圍內。結腸鏡檢查的費用通常更高，但保險公司會為該程式付費。
虛擬深喉
圖片來源：愛荷華大學的埃裡克·A·霍夫曼博士和傑弗裡·麥克倫南博士以及賓夕法尼亞州立大學的威廉·希金斯博士。
蒙太奇，展示在愛荷華大學完成的虛擬支氣管鏡檢查工作，與賓夕法尼亞州立大學合作完成。 |
一些研究人員現在使用虛擬支氣管鏡檢查生成肺部和氣道的三維影像，而不是將支氣管鏡插入患者的喉嚨。
除了讓患者更加舒適外，虛擬支氣管鏡檢查還可以對氣道邊界之外的結構進行成像，這是傳統支氣管鏡檢查無法做到的。研究發現，該技術能夠發現與支氣管鏡檢查診斷出的一些相同的異常情況，例如小腫塊、氣道狹窄或某些氣道分支的阻塞。美國國立衛生研究院的薩默斯估計，僅在美國可能就進行了數百次虛擬支氣管鏡檢查。
計劃手術
虛擬支氣管鏡檢查的真正好處可能在於其幫助醫生計劃和執行醫療干預的能力。當腫瘤擠壓氣道時，醫生通常會插入支架以保持呼吸道暢通。支架的大小必須完全正確：太小，可能會被咳出或吸入肺部；太大，則無法在氣道中完全擴張，甚至可能會進一步阻礙呼吸。愛荷華大學的研究人員正在使用虛擬支氣管鏡檢查，在插入支架之前測量氣道的精確尺寸，以確保完美貼合，從而提高干預的成功率。
一些外科醫生現在依靠虛擬內窺鏡來提前計劃手術。由於虛擬支氣管鏡檢查可以對氣道外部的結構進行成像，當它發現外圍腫瘤時，醫生可以計劃和練習使用侷限於氣道的支氣管鏡活檢腫塊的不同方法。
弗朗索瓦·I·盧克斯和布朗大學的同事最近在《美國婦產科雜誌》上發表了一篇論文，講述了他們如何使用虛擬成像來拯救兩個母親體內的兩對雙胞胎胎兒。在這兩種情況下，一個雙胞胎將其部分血液泵入另一個雙胞胎體內；當血液交換不平衡時，供血雙胞胎沒有足夠的資源生長，因此盧克斯決定封閉連線雙胞胎的血管。通常情況下，這兩個雙胞胎都只有 50% 的機會存活下來，但盧克斯使用了母親腹部的三維影像來執行“如果”情景，從而使他能夠事先微調手術。
這兩對雙胞胎——像許多其他從虛擬內窺鏡中受益的患者一樣——都活了下來。