图片来源：西门子公司 结肠图像，用于虚拟内窥镜检查，由计算机断层扫描（CT）扫描仪制作。左上方为二维冠状（从头到脚）图像。右上为二维轴向（从腹部到背部）图像。左下方为结肠的三维重建图，指示内窥镜的位置。右下方为结肠的三维虚拟“飞跃”，用于识别息肉。要体验“飞跃”，请点击这里。（注意：该电影为AVI格式，大小为10MB。） |
如何描绘人体器官内部的动态过程，曾经是医学中最热门的未解之谜之一。然后，大约 40 年前，出现了内窥镜——充满光纤的管道，可以穿过空腔器官来拍摄静止图像和视频图像。数百万患者从内窥镜的诊断或治疗中受益，但这项技术并不完美：它令人不适，并且可能会刺穿器官壁，使患者面临致命感染的风险。
现在，医学成像可能正处于另一场革命性变革的边缘：一种名为虚拟内窥镜的新程序可以在没有令人不快且有风险的管道的情况下拍摄人体器官内部的图像。该技术最早出现在 20 世纪 90 年代初，它结合了详细的成像技术和先进的图形软件，可以生成内部结构精美、精确的三维图像。
在虚拟内窥镜检查期间，患者接受计算机辅助断层扫描（CT）扫描，其中 CT 机器以不同的角度发射 X 射线束，以创建身体区域的许多薄横截面图像。然后将这些图像传输到计算机，图形软件算法在其中将它们融合为该区域的无缝三维表示。然后，医生可以“飞越”空腔器官，探索关注区域，而无需担心延长令人不愉快的检查。从成像到解读的整个过程只需几分钟，几乎不会或没有疼痛，并且风险与几次胸部 X 射线差不多。
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目前，大多数研究人员使用虚拟内窥镜对结肠和气道进行成像，但该技术可以描绘任何空腔身体结构。“目前，任何含有空气或液体的物体都是虚拟内窥镜的候选对象，”美国国立卫生研究院的罗纳德·M·萨默斯解释说，该研究院的网站上有一个专门讨论该主题的区域。除了诊断疾病外，医生还使用虚拟内窥镜来规划许多类型的手术。
自最近推出以来，该技术经历了一些改进。CT 扫描仪正在收集比以往更薄的身体图像切片——使得查看更小的特征成为可能——而用于解释这些图像的软件在将其全部整合在一起方面变得更好。因此，最广泛使用的技术，虚拟结肠镜检查和虚拟支气管镜检查的最新版本可能与内窥镜一样准确。
研究人员估计，全国各地有成千上万的患者接受了某种类型的虚拟成像，这说明了这项新技术最突出的特点：对于许多患者来说，它比内窥镜更舒适，因此他们更可能选择它而不是标准成像。虚拟内窥镜可以检测出许多如果早期发现就很容易治疗的疾病；从公共卫生的角度来看，虚拟内窥镜可以挽救许多生命。
“这真的是我梦想的——我们可以根除结肠癌，”纽约州立大学石溪分校的阿里·考夫曼说，他是最早开发虚拟结肠镜检查的研究人员之一。
进入结肠
图片来源：JUDY YEE 息肉被检测到，在加州大学旧金山分校的朱迪·易进行的虚拟结肠镜检查中。 |
目前，虚拟内窥镜最广泛的应用是结肠成像。虚拟结肠镜检查可以检测出结直肠癌，它是癌症导致的第二大死亡原因，每年导致 60,000 人死亡。大多数病例源于结肠内部生长的息肉。如果癌性生长物被早期发现，患者有 90% 的机会存活，但相对较少的人接受结肠镜检查。
在结肠镜检查期间，胃肠科医生将一根管子（或结肠镜）插入患者的直肠，穿过结肠，扫描表面并切除任何看起来像大息肉的东西。患者必须镇静，并且结肠镜无法转动，因此它必须以相同的方向进入和离开结肠，并且可能会错过只能从另一个方向看到的息肉。如果结肠特别长或患者疼痛难忍，胃肠科医生有时可能难以到达结肠末端，因此可能会错过外围息肉。
鉴于结肠镜检查的缺点和风险，考夫曼建议所有患者都应使用虚拟结肠镜检查进行筛查。任何被发现有异常发现的患者（至少 10% 的受检者）随后将接受传统的结肠镜检查，以去除结肠中特定部位的息肉。将精力集中在结肠的特定区域可以让医生快速执行结肠镜检查，从而可能降低并发症的风险。“如果你想进行侵入性手术，”考夫曼解释说，“你只想在你真正需要手术或切除息肉时才做，而不是仅仅为了常规筛查而做。”
最新的研究报告表明，虚拟结肠镜检查在识别息肉和区分它们与无害结构方面可能与结肠镜检查一样好。从整个腹部的 CT 扫描创建图像意味着医生可能能够发现除结肠癌之外的其他异常情况，例如腹部动脉瘤或肾癌。这个消息正在传播：3 月，凯蒂·库里克在《今日秀》节目中体验了该过程，考夫曼表示，纽约州立大学石溪分校的诊所有时会提前几个月预订虚拟结肠镜检查。许多私人诊所现在也提供这项技术。
尽管有优点，但虚拟结肠镜检查并不完美。患者仍然需要在检查前一天服用泻药，因为 CT 扫描无法区分粪便和息肉。在检查期间，医生仍然必须在直肠中插入一个小管并给结肠充气，这可能会让人感到不舒服。此外，CT 扫描仪无法很好地识别扁平息肉，这些息肉通常在传统的结肠镜检查中会因为其独特的颜色而突出显示。
为了解决这些缺陷，纽约州立大学石溪分校和其他机构的研究人员正在研究一种标记粪便的饮料，使计算机能够从结肠中减去粪便，并消除患者接受服用泻药的令人不快的准备工作的需要。研究人员没有使用室内空气给结肠充气，这可能会让患者在手术后感到腹胀，而是正在尝试使用更容易被人体吸收的二氧化碳。未来，医生还可能注射专门标记息肉的药物，以帮助检测扁平病变。美国国立卫生研究院、斯坦福大学和其他机构的研究人员正在开发有助于识别息肉的软件，这将提高检测率并加快流程。这可能会使该程序更实惠——现在可能花费超过 1,000 美元，并且作为一种较新的技术，通常不在医疗保险范围内。结肠镜检查的费用通常更高，但保险公司会为该程序付费。
虚拟深喉
图片来源：爱荷华大学的埃里克·A·霍夫曼博士和杰弗里·麦克伦南博士以及宾夕法尼亚州立大学的威廉·希金斯博士。
蒙太奇，展示在爱荷华大学完成的虚拟支气管镜检查工作，与宾夕法尼亚州立大学合作完成。 |
一些研究人员现在使用虚拟支气管镜检查生成肺部和气道的三维图像，而不是将支气管镜插入患者的喉咙。
除了让患者更加舒适外，虚拟支气管镜检查还可以对气道边界之外的结构进行成像，这是传统支气管镜检查无法做到的。研究发现，该技术能够发现与支气管镜检查诊断出的一些相同的异常情况，例如小肿块、气道狭窄或某些气道分支的阻塞。美国国立卫生研究院的萨默斯估计，仅在美国可能就进行了数百次虚拟支气管镜检查。
计划手术
虚拟支气管镜检查的真正好处可能在于其帮助医生计划和执行医疗干预的能力。当肿瘤挤压气道时，医生通常会插入支架以保持呼吸道畅通。支架的大小必须完全正确：太小，可能会被咳出或吸入肺部；太大，则无法在气道中完全扩张，甚至可能会进一步阻碍呼吸。爱荷华大学的研究人员正在使用虚拟支气管镜检查，在插入支架之前测量气道的精确尺寸，以确保完美贴合，从而提高干预的成功率。
一些外科医生现在依靠虚拟内窥镜来提前计划手术。由于虚拟支气管镜检查可以对气道外部的结构进行成像，当它发现外围肿瘤时，医生可以计划和练习使用局限于气道的支气管镜活检肿块的不同方法。
弗朗索瓦·I·卢克斯和布朗大学的同事最近在《美国妇产科杂志》上发表了一篇论文，讲述了他们如何使用虚拟成像来拯救两个母亲体内的两对双胞胎胎儿。在这两种情况下，一个双胞胎将其部分血液泵入另一个双胞胎体内；当血液交换不平衡时，供血双胞胎没有足够的资源生长，因此卢克斯决定封闭连接双胞胎的血管。通常情况下，这两个双胞胎都只有 50% 的机会存活下来，但卢克斯使用了母亲腹部的三维图像来执行“如果”情景，从而使他能够事先微调手术。
这两对双胞胎——像许多其他从虚拟内窥镜中受益的患者一样——都活了下来。