Виртуальная эндоскопия

Актуальность проблем неинвазивного распозна­вания хирургических заболеваний органов брюш­ной полости не нуждается в каком-либо особом обосновании и тем более представлении.

Диагностические методы непрямой визуализации, такие как рентгеновская компьютерная томография (КТ), магнитно-резонансная (МРТ) томография, трансабдоминальная ультрасонография эффектив­ные при распознавании хирургических заболеваний билиарного тракта, печени и поджелудочной железы, долгое время играли роль дополнительных диагнос­тических средств при исследовании желудка и тол­стой кишки. Объективные трудности при эндоскопи­ческом исследовании правой половины толстой киш­ки, невозможность рутинной эндоскопической визуа­лизации полости тонкой кишки, наконец, риск опасных для жизни осложнений, связанных с выпол­нением любого эндоскопического исследования, его инвазивный характер заставляли врачей-исследователей снова и снова обращаться к поиску менее ин­вазивной и более эффективной диагностической альтернативы.

К середине 1990-х гг. были определены принци­пиальные схемы замены любых эндоскопических исследований методами визуализации трехмерных моделей внутренних органов по данным КТ, МРТ или ультрасонографии. Сущность этих методов не из­менилась и по сей день и заключается в объедине­нии упорядоченных рентгеновских, ядерно-магнитных или ультразвуковых сечений зоны диагностиче­ского интереса в единый для визуального восприя­тия массив. Этот массив может представлять собой растровую совокупность полученных изображений, когда диагностические изображения поставлены одно за другим в порядке их получения, или являть­ся трехмерным каркасом, каждое сечение которого является контуром, выделенным особо.

Семантически понятие «виртуальная эндоскопия» означает «визуальную оценку потенциально сущест­вующих внутренних структур объекта». Технология виртуальной эндоскопии подразумевает осмотр внут­ренностей любого объекта, будь он полым или нет, су­ществующего реально или не существующего. Счита­ется, что термин «виртуальная эндоскопия» является недостаточно корректным с синтаксической точки зрения. Определение слова «виртуальный» подразу­мевает два основных компонента: «обладающий оп­ределенными физическими свойствами» и «произво­дящий такие эффекты, которые нельзя распознать формально». Определение слова эндоскопия также имеет два значения: 1) визуализация внутренней по­верхности полых органов и 2) осмотр какой-либо по­лости тела. Поэтому простое совмещение определе­ний слова «виртуальный» и слова «эндоскопия» не даст синтаксически корректную фразу.

На самом деле синтаксически и семантологически корректная фраза «виртуальная эндоскопия» оз­начает, что производится «визуальная оценка по­тенциально существующих внутренних структур объекта». При этом технология виртуальной эндо­скопии подразумевает осмотр внутренностей лю­бого объекта, полого или нет, существующего ре­ального или нет. Кроме этого, поскольку произво­дится визуализация изображений, полученных ис­ключительно с помощью компьютера, можно предположить, что термин «компьютерная эндоско­пия» был бы еще более точным (по аналогии с ком­пьютерной томографией и обычной томографией).

Тем не менее уже сложившиеся практика упо­требления термина «виртуальная эндоскопия», свя­занная с практическим его применением, заставля­ет использовать именно это словосочетание, озна­чающее к тому же, по оригинальному определению R.M. Satava, «эндоскопию виртуальности».

Разумеется, виртуальная эндоскопия лишена та­ких недостатков, как неудобство для больного, воз­можность перфорации органов, кровотечения или инфицирования, и могла бы вытеснить обычное эн­доскопическое исследование при условии доста­точной диагностической эффективности. Другими привлекательными сторонами виртуальной эндо­скопии является ее универсальность и особая поль­за при исследовании полостей, в которых реальное эндоскопическое исследование по тем или иным причинам провести нельзя, возможность прямого перехода из одной полости в другую, проникнове­ние сквозь стенки органов и полостей, восприятие топографических особенностей зоны диагностиче­ского интереса в целом. Использование цветного и структурного моделирования наружных и внутрен­них поверхностей органов позволяет, при этом, до­стичь уровня представления виртуальных объектов, близкого к реальному.
Первые сообщения о корректно построенных трехмерных компьютерных графических моделях полых и паренхиматозных органов по данным КТ и МРТ по времени их появления совпали с достижени­ями персональной вычислительной техники, кото­рые позволили анимировать их в режиме реального времени. В 1990 г. в Сиднее состоялся Первый меж­дународный симпозиум, посвященный компьютер­ному моделированию в медицинской эндоскопии.

В настоящее время выполнены работы по трех­мерной визуализации полостей внутреннего уха, параназальных синусов, крупных сосудов, пищево­да, желудка, билиарных и панкреатического прото­ков, толстой кишки, женской репродуктивной систе­мы, просветов бронхов.

Специалисты-радиологи Nakagohri Т et al. из Гар­вардской медицинской школы (США) использовали технологию виртуальной эндоскопии для проясне­ния деталей хирургической анатомии поджелудоч­ной железы и муцин-продуцирующих опухолей. Ав­торы обозначили такое исследование как «вирту­альная пакреатоскопия». Трехмерные изображения были построены по данным МРТ. При этом удалось не только реконструировать трехмерный образ под­желудочной железы в целом, но и провести визуа­лизацию внутренней поверхности панкреатическо­го и желчного протоков. Полученные данные в по­следствии были использованы для планирования прецизионных резекций поджелудочной железы.

Другой очевидной клинической перспективой, связанной с развитием виртуальной эндоскопии, явилось принципиальное изменение содержания такого понятия, как «интраоперационная навига­ция». Теперь оно стало включать также видеосовме­щение реальных и виртуальных данных, что в усло­виях выраженных анатомических или патологичес­ких особенностей может оказать решающее влия­ние на успех хирургического вмешательства в целом.

Наиболее бурно виртуальная эндоскопия и интра­операционная навигация стали развиваться в нейро- и ЛОР-хирургии, где основные зоны оперативно­го вмешательства представлены относительно ма­лоподвижными мягкотканными и костными структу­рами, а также полостями, заполненными воздухом и обладающими естественной рентгеноконтрастностью. Одним из первых эндоскопических исследова­ний, в отношении которого виртуальный метод ис­следования практически с момента своего возник­новения стал расцениваться как альтернативный ре­альному, была фиброоптическая бронхоскопия.

Вскоре выяснилось, что для реальных клиничес­ких задач решающее значение имеют не разработка методов построения трехмерной каркасной модели и ее последующее воспроизведение, не возмож­ность виртуальных перемещений по ней, а регист­рация достаточно контрастных изображений в зоне диагностического интереса и их сегментация (экс­пертное или автоматизированное выделение конту­ров органов, патологических образований и т.п.). Последняя задача наиболее сложна в отношении медицинских изображений в целом и диагностичес­ких изображений органов брюшной полости в осо­бенности, что связано с невысокой или даже низкой степенью естественной рентгеновской, магнитно­ядерной и ультразвуковой контрастностью желу­дочно-кишечного тракта, внутри- и забрюшинных паренхиматозных органов.

В гастроэнтерологии наиболее популярным при­ложением виртуальной эндоскопии оказалось ис­следование толстой кишки. Здесь виртуальный диа­гностический метод прошел тщательную проверку путем неоднократного прямого сравнения с оптиче­ской фиброколоноскопией. В отделении диагности­ческой радиологии клиники Мейо в 1996 г. А. Нага и соавт., одними из первых в мире провели исследо­вание по всесторонней оценке возможностей двух­мерной и трехмерной КТ-колонографии в неинва­зивном выявлении колоректальных полипов. Как тем, так и другим диагностическим методом не бы­ли выявлены полипы диаметром менее 2 мм, в ос­тальном (для полипов размером от 2 до 10 мм) раз­личия не были статистически достоверными. Тем не менее комбинация двухмерной и трехмерной КТ-колонографии позволила выявлять полипы с большой частотой и оказалась наиболее диагностически ин­формативной.

Можно с полным основанием утверждать, что при дальнейшем повышении разрешающей способнос­ти КТ и МРТ и унификации аппаратуры для воспро­изведения виртуальной колоноскопии этот метод исследования может оказаться основным в колопроктологии. Сейчас он, по крайней мере, не усту­пает обычной колоноскопии в исследовании правой половины толстой кишки и выявлении новообразо­ваний, размер которых превышает 5 мм. Тем не ме­нее в настоящее время наиболее обоснованна в колопроктологии диагностическая стратегия, по кото­рой наибольшей диагностической эффективности можно достичь при сочетании двух- и трехмерных КТ- или MPT-методов, дополненных в неясных слу­чаях оптической фиброколоноскопией.

Возможно, качественно новому решению задач построения трехмерных моделей в хирургической гастроэнтерологии для проведения виртуальной эндоскопии будет способствовать расширение воз­можностей как трансабдоминального, так и эндо­скопического ультразвукового исследования.

Одна из таких возможностей связана с использо­ванием внутривенных и внутриполостных эхоконт­растных препаратов. В роли контрастного вещества при этом выступают пузырьки газа, растворенные в галактозе и обладающие достаточно малым разме­ром, что позволяет им проникать через легочные ка­пилляры. Контрастные препараты третьего поколения позволяют получить более четкое изображение па­ренхимы органа и обеспечивают отчетливую визуа­лизацию новообразований размером в несколько миллиметров. Еще более заманчивые перспективы в отношении разрешающей способности ультразву­кового исследования связаны с «методом второй гармоники», сущность которого заключается в сверхселективной регистрации час­тот, отраженных только от микропузырьков газа, на­ходящихся в сосудистом русле.

Высокая диагностическая ценность метода, отсутствие противопоказаний к применению эхоконтрастных препаратов позволяют заменять рентгеновскую ангиографию ультразвуковым исследованием с контрастным уси­лением. Недостаточная продолжительность эффек­та эхоконтрастирования пока сдерживает повсеме­стное распространение контрастной эхографии.

Постоянное совершенствование ультразвуковой диагностической аппаратуры также расширило воз­можности сонографии до пределов, которые вряд ли кто-либо мог представить себе еще несколько лет назад, когда в гастроэнтероло­гии казалось очевидным преимуще­ство КТ и МРТ.

Очевидно, что на протяжении текущего десятиле­тия мы являемся свидетелями не только принципи­альных изменений в области эндохирургических технологий, но и замены целого ряда диагностичес­ких методов и стратегий, традиционных для хирур­гической гастроэнтерологии. Венцом усилий иссле­дователей, стремящихся к повышению разрешаю­щей способности методов непрямой визуализации, уже в ближайшее время может явиться полный от­каз от проведения эндоскопических манипуляций исключительно с диагностическими целями. Кроме этого, максимально точное графическое воспроиз­ведение трехмерных диагностических данных слу­жит основой для проведения виртуальных эндохи­рургических манипуляций, которые в свою очередь позволяют провести «репетицию» реального хирур­гического вмешательства с учетом индивидуальных топографо-анатомических особенностей и характе­ра патологии.