Virtuális bronchoszkópia: új noninvazív vizsgálati lehetõség a pulmonológiában

ÚJABB VIZSGÁLÓ MÓDSZEREK Virtuális bronchoszkópia: új noninvazív vizsgálati lehetõség a pulmonológiában Márk Zsuzsa dr. 1, Bajzik Gábor dr. 2, Repa Imre dr. 2 és Strausz János dr. 1 Pest Megyei Tüdőgyógyintézet, Törökbálint (orvosigazgató: Strausz János dr.) 1 Kaposvári Egyetem, Diagnosztikai Intézet (igazgató: Repa Imre dr.) 2 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, megjelenítését. A bronchoszkópiáról szóló elsõ közlemény 1993- ból 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 bronchoszkópiás modellt. Közleményükben irodalmi áttekintés mellett 17 eset alapján összefoglalják a 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, endoszkópia, bronchofiberoszkópia Key words: spiral computer tomography, virtual endoscopy, bronchofiberscopy A endoszkópiáról szóló első közlemények az 1990-es évek elején jelentek meg és 1993-ban olvashattunk először 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 endoszkópot t 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 t (10, 25). Egyedülálló információt szolgáltat a légúti szűkület mögötti területről és ábrázolni s a légutak melletti nyirok- és érképleteket, megkönnyítve ezzel a biopsziás eljárásokat. Sok tekintetben többletinformációt ad a BF-hez st, 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). Rövidítések: BF = bronchofiberoszkópia; VB = bronchoszkópia; CT = komputertomográfia; 3D = háromdimenziós Közleményünkben Magyarországon elsőként ismertetjük a 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. 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 Orvosi Hetilap 2001, 142 (11), 565 569. 565

1. táblázat: Malignus szûkületek Életkor (év) Bronchoszkópos lelet Virtuális bronchoszkópos lelet a szűkület hossza legkisebb átmérő Szövettan B. G 69 jobb főhörgő 33 0 adenocarcinoma Sz. S. 51 jobb felsőlebeny hörgőt elzáró tumor 10,2 0 adenocarcinoma jobb főhörgő szűkület 47 15 L. J. 44 jobb főhörgőt elzáró tumor 33 0 laphámrák Zs. L. 53 jobb főhörgő 53,2 kisfokú szűkület adenocarcinoma intermedius, felsőlebenyi hörgő szűkület 10 5 T. G. 57 a főhörgőcarinát és mindkét főhörgőt bal: 51,7 5,1 laphámrák érintő tumor, a jobb oldal teljesen elzárt jobb: 34,2 0 Zs. M. 63 jobb főhörgőt elzáró tumor 33 0 laphámrák 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 endoszkópos szimulációk létrehozására a VESA-programot, a különböző mérésekre az eredeti k és a modellek fúziójára a 3D Slicer programot használtuk. 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 st: 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 1/b. ábra: Benignus légcsõszûkület endoszkópos 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, ). A bronchológus a beavatkozás előtt egyszerre láthatja a légutak belsejét és a körülöttük levő tumort, nyirokcsomót, ereket (23). 566

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 szűkület legkisebb átmérője hangszalagtól való távolság 36 24 57 60 66 73 78 50 25 58 19 58 27 36 33 32 31 25 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 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 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 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 endoszkópos 3/c. ábra: A tumor caudocranialis endoszkópos 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 t, mintegy tért 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 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 laringoszkópia segítségével a subglotticus területek is értékelhetővé válnak, így a gégetumorok műtétjénél segít a reszekció kiterjesztésének megtervezésében. A 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). 3. táblázat: A hagyományos bronchoszkópia és a bronchoszkópia összehasonlítása Hagyományos bronchoszkópia Virtuális bronchoszkópia Invazivitás invazív beavatkozás noninvazív (képalkotás) Felbontás kiváló közepes Környező képletek vizsgálata indirekt jelek direkt () megfigyelés Anyagvétel van nincs lehetősége Nyálkahártya lehetséges nem lehetséges megítélése Légúti szűkületek korlátozottan alkalmas pontos megítélése alkalmas Szűrésre nem alkalmas alkalmas Követésre alkalmas módszer alkalmas (invazív) alkalmas (noninvazív) Vizsgálati időponttól független képrekonstrukció nem alkalmas 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- 568

sional spiral CT withbronchoscopic 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, 19 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 withbronchoscopic 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 withcomputer-assisted detection by using virtual bronchoscopy and surface curvature. Radiology, 1998, 208, 331 337.. 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 lymphnode 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