Mariano Dimonte, Pantaleo Spagnolo, Massimo Stefanelli

Servizio di Radiologia, A.O. Cardinale Giovanni Panico, Tricase, Lecce

Introduzione

Ben nota in campo militare, aereospaziale, industriale e nel mondo dei videogiochi, la Realtà Virtuale, intesa come complesso di tecnologie capaci di immergere l'osservatore in una scena artificialmente generata dal computer e di farlo interagire istantaneamente con gli oggetti rappresentati sul monitor, trova oggi ampi spazi operativi anche in medicina, dove viene impiegata nella riabilitazione di pazienti con disturbi cognitivi, con deficit neurosensoriali, nel controllo del dolore, nelle sindromi post-traumatiche, nei simulatori per radioterapia e per interventi microchirurgici e nei sistemi robotizzati di telechirurgia.
Perfino il Web, inteso come mezzo in grado di annullare le distanze spaziali e far partecipare in modo interattivo allo stesso evento interlocutori remoti, rappresenta in senso lato un sistema di Realtà Virtuale.
Un'altro particolare aspetto della Realtà Virtuale consiste nella rappresentazione tridimensionale del lume dei visceri, dei vasi e dei dotti che grazie all'effetto cinematico danno all'osservatore la sensazione di eseguire una comune endoscopia.
Alla luce della nostra personale esperienza e della letteratura più recente (gennaio 2000-febbraio 2003) selezionata da Medline, nel presente lavoro descriviamo sinteticamente le applicazioni cliniche e i possibili sviluppi dell'endoscopia virtuale basata sui sistemi TC spirale multistrato.




Basi tecnologiche

La combinazione tra la complessa elettronica dei moderni sistemi di diagnostica per immagini e la potenza dei software grafici conduce verso rappresentazioni sempre più fedeli della realtà anatomica del paziente.
In particolare oggi la TC spirale multistrato o multidetettore, che consente di acquisire nel corso di una singola apnea del paziente un volume corporeo costituito da numerosissime sezioni sottili, continue e prive di artefatti da movimento, permette di ricostruire immagini multiplanari (multiplanar reformatted; MPR), tridimensionali (3D) e virtuali di ottima qualità (2; 3).
Fondamentalmente il software per l'endoscopia virtuale, detto comunemente navigatore, esegue una serie di complessi algoritmi responsabili della segmentazione, cioè del processo di estrazione dal volume acquisito delle strutture di interesse sulla base di una soglia densitometrica prestabilita, della ricostruzione prospettica 3D di superficie o di volume e della proiezione del modello 3D sul monitor.
In pratica, dopo aver attribuito alle strutture di interesse un diverso colore e un valore di traslucenza compreso tra 0 e 1 (0= completa trasparenza; 1= massima opacità) per vedere in trasparenza strutture sovrapposte, bisogna fissare sul modello 3D la traiettoria che verrà seguita dalla navigazione che può essere effettuata in modalità automatica, oppure manuale, cliccando con il mouse verso la direzione desiderata.
Con tale modalità interattiva è possibile pertanto dirigere in qualsiasi direzione l'obiettivo virtuale e quindi osservare le formazioni ostruenti da qualsiasi angolazione e dal versante opposto, e attraversando le pareti del viscere, immergersi nell'ambiente circostante.
Malgrado la rapida esecuzione dell'esame TC, le operazioni di trasferimento alla consolle dei dati originali, di ricostruzione 3D e di interpretazione delle immagini virtuali richiedono almeno 30-40 minuti, impegnando quindi per troppo tempo il radiologo e la stazione di lavoro.
A nostro parere tale aspetto e la necessità di radiologi opportunamente formati rappresentano i principali limiti alla diffusione dell'endoscopia virtuale nella pratica clinica.

Applicazioni cliniche

1. Tubo digerente

La più nota applicazione clinica dell'endoscopia virtuale riguarda la ricerca dei polipi del colon (Figura 1).
L'esame viene oggi perfino proposto come metodica di screening nei soggetti asintomatici a rischio di cancro del colon-retto, come in caso di poliposi familiare del colon e di familiarità neoplastica e nei pazienti affetti da RCU e morbo di Crohn (6).
Per i polipi di oltre 1 cm viene riportata una sensibilità che oscilla dal 75 al 100 %, sovrapponendosi a quella della colonscopia tradizionale ma superando quella del clisma con doppio contrasto, ed una specificità superiore al 90 %.
Fenlon e coll. hanno inoltre riportato una maggiore sensibilità per i polipi adenomatosi, vere lesioni precancerose, che per quelli iperplastici (7).
La bassa sensibilità riportata per i polipi di pochi millimetri, comunque a basso rischio di cancerizzazione, sembrerebbe invece piuttosto legata all'esperienza del radiologo che alla risoluzione del sistema TC, sempre che venga prefissato uno spessore di strato estremamente sottile, compreso cioè tra 1 e 2,5 mm (3a).
Il valore predittivo positivo e negativo riportato nei vari studi si aggira intorno a 91 % e 84 % rispettivamente (6a).
Rispetto alla colonscopia tradizionale, associata ad un rischio di perforazione di 1 esame su 1.000 e di mortalità di 1 esame su 5.000, l'endoscopia virtuale, a parte il disagio comunque procurato dalla pulizia intestinale e dalla distensione gassosa del viscere, non espone il paziente ad alcun trauma e lo impegna solo pochi minuti.
Ma il vantaggio clinico più importante consiste nella possibilità di visualizzare i tratti a monte di un carcinoma stenosante e di studiare l'ambiente periviscerale, oltre ovviamente a tutto l'addome come richiesto di prassi nella stadiazione della neoplasia.
Il riconoscimento di lesioni sincrone, presenti nel 1,5-9 % dei casi, o di polipi adenomatosi frequentemente associati al carcinoma, modifica pertanto la strategia operatoria ed evita pericolosi reinterventi, migliorando la prognosi del paziente.
La colonscopia virtuale può quindi rappresentare una valida alternativa alla colonscopia convenzionale nei pazienti con stenosi distali e nel follow-up dei pazienti colectomizzati ed essere indicata dopo colonscopie incomplete (8; 9).
La ripetizione dell'esame in decubito prono serve ad evitare errori diagnostici dovuti al semplice collabimento delle anse, all'eccesso di fluidi e alla presenza di residui fecali, migliorando pertanto l'accuratezza diagnostica.
Ma perché la colonscopia virtuale trovi concretamente posto nella pratica quotidiana bisogna tuttavia attendere software più veloci, come quello recentemente descritto da Morra e coll. (10) e in grado di riconoscere automaticamente i tumori o i residui fecali (computer-aided diagnosis; CAD), mentre la messa a punto di protocolli per la marcatura elettronica delle feci eviterà al paziente la fastidiosa preparazione intestinale.
Questa potrebbe infatti diventare del tutto superflua facendo per esempio ingerire bario o mdc iodati che mescolandosi agli alimenti permettano una più efficace sottrazione elettronica del segnale relativo al contenuto intestinale.

L'EV consente anche di esplorare lo stomaco, visualizzando quasi sempre i tumori con dimensioni superiori al centimetro e dimostrando la superficie interna delle anastomosi gastro-intestinali, mal studiabili con altre tecniche (11).
In casi particolarmente complessi gli interventi videolaparoscopici potrebbero avvalersi di una preliminare valutazione endoscopica virtuale, come per esempio per valutare lo stato delle vie biliari prima della colecistectomia (12).
Le vie biliari possono anche essere esplorate dall'interno con TC spirale, che tuttavia richiede la somministrazione e.v. di un mdc biliotropo, e con RM, dove la tecnica virtuale sembra superare in sensibilità le immagini MIP nel riconoscimento dei calcoli coledocici di qualche millimetro (12a).
La PTC e la ERCP potrebbero quindi subire nel prossimo futuro un certo ridimensionamento in termini puramente diagnostici.
Il piccolo intestino potrà invece diventare dominio incontrastato della "wireless endoscopy", grazie alla messa a punto delle videocapsule ingeribili (13).

2. Vie aeree

L'endoscopia con tubo rigido o flessibile rappresenta il gold standard nella diagnostica delle broncopatie, dove la valutazione dell'aspetto, del colore e della consistenza della mucosa respiratoria è essenziale.
Questa invece ha un ruolo abbastanza limitato nelle lesioni bronchiali più periferiche e ovviamente in quelle estrinseche.
Grazie al forte contrasto naturale tra lume e parete le vie aeree, dalla laringe ai bronchi subsegmentari, vengono ottimamente visualizzate con la TC multistrato, e oggi anche dall'interno grazie all'endoscopia virtuale (Figura 2).
Attraversando la parete bronchiale si riesce perfino a navigare nella cavità mediastinica.
L'EV non riesce però a di riconoscere le alterazioni flogistiche, le lesioni piatte e la natura dell'ostruzione poichè il muco, il sangue, gli essudati, le cellule sfaldate e le lesioni epiteliali hanno valori densitometrici molto simili; tuttavia può contribuire a definire la sede, la morfologia e l'entità delle stenosi tracheo-bronchiali.
Il diametro, la lunghezza e l'aspetto (concentrica, eccentrica, triangolare, ogivale) della stenosi respiratoria sono infatti parametri meglio valutabili che sulle sole immagini assiali e multiplanari.
Il broncoscopio virtuale riesce inoltre a superare l'ostruzione, osservare la lesione dal lato opposto e continuare la navigazione nei tratti più a valle (Figura 3).
Nei pazienti dispnoici e incapaci di trattenere il respiro per più di 20 secondi le immagini possono essere disturbate dagli artefatti da movimento. Eseguendo scansioni ancora più veloci, per esempio aumentando lo spessore di strato o il pitch, il problema viene risolto pur a scapito della qualità delle ricostruzioni.
La broncoscopia virtuale pertanto, oltre a completare l'esame con fibre ottiche nello studio dei casi più complessi, può aumentare la precisione della biopsia transparietale dei linfonodi pretracheali e ilari e può perfino sostituire la broncoscopia convenzionale nel monitoraggio dei pazienti operati, degli stent, e nei casi in cui la comune broncoscopia venga rifiutata o sia impraticabile, come nei bambini, negli anziani e in caso di tracheomalacia (14; 15).
In definitiva la broncoscopia virtuale rappresenta la naturale integrazione della TC spirale del torace ad alta risoluzione, e insieme alle brillanti ricostruzioni 3D broncografiche fa comprendere tutti gli aspetti del problema respiratorio.

Con EV è inoltre possibile riconoscere i tumori aggettanti della laringe, le stenosi subglottiche, descrizione la morfologia della stenosi ed eseguire varie misurazioni, come il rapporto stenosi/lume.
Pertanto, se si escludono le lesioni piatte delle corde vocali e si riconoscono gli artefatti dovuti alla deglutizione, anche in tale campo la tecnica TC potrebbe trovare un suo posto nelle patologie più complesse, contribuendo al planning operatorio e all'esecuzione di biopsie sempre più mirate (15a).

3. Arterie

L'angioscopia virtuale consente di visualizzare il lume delle arterie di grosso e medio calibro, consentendo una buona visione d'insieme della patologia aterosclerotica, caratterizzata da stenosi, placche, ulcerazioni e calcificazioni parietali.
La pervietà degli stent e dei by-pass viene inoltre facilmente dimostrata dall'EV (figura 4).
L'esame deve essere comunque interpretato con molta cautela per gli artefatti dovuti alla disomogenea distribuzione ematica del mdc, alle turbolenze del flusso e alle irregolarità parietali, responsabili dell'aspetto spiraloide, moriforme o bucherellato della superficie intimale e da formazioni a goccia che sembrano fluttuare nel lume (16).
Le alterazioni subintimali e le calcificazioni parietali rimangono invece appannaggio delle immagini angiografiche MPR e MIP.
Come in tutte le applicazioni virtuali i parametri di acquisizione e di elaborazione sono determinanti per la qualità iconografica; nella fattispecie bisogna inoltre ottimizzare la fase contrastografica in modo da rendere il più intenso ed omogeneo possibile il segnale vascolare.
Negli aneurismi dell'aorta addominale, dei suoi tronchi principali e delle arterie cerebrali, l'EV fornisce informazioni aggiuntive sulla sede, sulla forma, sul volume e sul colletto; nella dissecazione aortica viene meglio chiarito il rapporto tra il flap intimale e l'arteria succlavia sinistra (17; 18).
La coronarografia rimane il gold standard nello studio della vascolarizzazione cardiaca, visualizzando i rami con diametro inferiore a 1,5 mm.
La TC multistrato apre tuttavia prospettive molto interessanti, imponendosi come tecnica completamente priva di rischi, eventualmente associabile ad EV, mentre la electron-beam CT consente di valutare in modo ottimale le calcificazioni e serve a stadiare con precisione la malattia coronarica (19).

4. Cavità nasali e paranasali

L'endoscopio virtuale può progredire facilmente nelle cavità endocraniche e nei seni paranasali fornendo importanti informazioni su alterazioni come deviazioni del setto nasale, iperplasie dei turbinati, sinusopatie e lesioni ossee traumatiche.
I processi espansivi della sella turcica (adenomi ipofisari, craniofaringiomi, cisti aracnoidee ecc.) possono essere in questo modo meglio caratterizzati guidando la chirurgia mini-invasiva per via trans-sfenoidale (20).
La presenza di secrezioni può tuttavia mascherare le lesioni aggettanti, mentre la valutazione dell'aspetto delle mucose rimane esclusiva pertinenza dell'esame ottico.

5. Orecchio medio e interno

Oltre che con RM e TC ad alta risoluzione la cavità timpanica viene studiata con strumenti endoscopici rigidi o flessibili che devono necessariamente perforare la membrana timpanica.
L'otoscopia virtuale con TC multistrato permette invece di esplorare in modo assolutamente atraumatico e completo questa cavità, visualizzando perfettamente la catena ossiculare e i vari recessi timpanici, e di navigare nei canali semicircolari e nel condotto uditivo interno.
Oltre che a documentare brillantemente l'anatomia dell'orecchio medio ed interno e della rocca petrosa, la tecnica virtuale permette una migliore percezione spaziale delle lesioni favorendo così la pianificazione operatoria di colesteatomi, tumori ossei e malformazioni (21; 22).
Rispetto all'endoscopia ottica l'EV visualizza più nitidamente alcune strutture dello spazio retrotimpanico, come il seno faciale, il seno di Proctor e la fossetta di Grivot.
Gli interventi sulla catena ossiculare (otosclerosi, displasie, ecc.) e il follow-up postoperatorio potrebbero quindi avvantaggiarsi molto di questa nuova possibilità diagnostica (22a).
Nei traumi l'EV è poco informativa poichè il sangue maschera le strutture timpaniche.

6. Vie urinarie

L'EV consente di esplorare molto bene la vescica ben distesa da aria, da CO2 (insufflate con un catetere di Foley) oppure da urina iodata e risulta particolarmente promettente nella detezione dei tumori.
L'accuratezza diagnostica per le lesioni di oltre 5 mm risulta infatti praticamente sovrapponibile alla cistoscopia convenzionale tanto da poter utilizzare l'esame nei casi in cui questa venga inficiata da coaguli (macroematuria) o sia impraticabile per una stenosi uretrale serrata (23).
L'ureteroscopia virtuale sembra invece capace di differenziare le stenosi neoplastiche dalle compressioni estrinseche e potrebbe rappresentare una valida alternativa all'urografia tradizionale nel controllo di stent, stomie e trapianti renali (23a).

Conclusioni

In attesa della standardizzazione e della piena validazione clinica dei vari protocolli, l'endoscopia virtuale prefigura diversi vantaggi in termini diagnostici e terapeutici.
Infatti la migliore comprensione dell'anatomia del paziente e degli aspetti spaziali della patologia migliora i risultati chirurgici, mentre i sistemi di simulazione consentono agli stessi chirurghi di sperimentare preliminarmente vari tipi d'approccio alla patologia e di testare la propria manualità sui modelli 3D del paziente da operare.
Infine affidando all'EV l'accertamento diagnostico, il ricorso sempre più selettivo all'endoscopia convenzionale fa prevedere una drastica riduzione di complicanze iatrogene.
Perché venga garantito il successo clinico di questa tecnica di imaging, sono comunque necessari ulteriori progressi tesi a rendere l'esame più veloce e meno impegnativo per il radiologo.
Nuove tecniche di rendering, di CAD, di ricostruzione selettiva delle mucose, di ricostruzione automatica dei percorsi di navigazione e la disponibilità di trame grafiche realistiche sono infatti già previste nei software più recenti.

Bibliografia

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Tabella: Alcuni esempi di protocollo per endoscopia virtuale

Applicazione	Autori
		collimazione	range di ricostruzione	pitch	mdc dose; flusso; ritardo di scansione
aorta	Sbragia et al. (19)	5 mm	2,5 mm	1-1,7	120 ml; 3 ml/sec
carotidi	Barbieri et al. (28)	3 mm	1,5 mm	1,25	120 ml; 3-4 ml/sec; 15-20 sec
coronarie	Vogl et al. (21)	1,25 mm	0,5 mm	1,5
colon	Power et al. (29)	3 mm	1 mm	2
bronchi	Polverosi et al. (16)	2 mm	1 mm	1
laringe	Gluecker et al. (31)	3 mm	1,5 mm	1,3
orecchio medio	Neri et al. (30)	1 mm	0,2-0,5 mm	1
labirinto	Tomandl et al. (24)	1 mm	0,5 mm	1

Didascalie


Figura 1: Colonscopia virtuale: formazione polipoide sessile di circa 1,5 cm localizzato sulla parete mediale del colon ascendente. L'immagine è stata successivamente ritoccata per dimostrare ancora più chiaramente la lesione.




Figura 2: Broncoscopia virtuale: origine dei bronchi della piramide basale del polmone destro.




Figura 3: Un caso di atelectasia del lobo inferiore. La broncoscopia virtuale dimostra chiaramente il collabimento del bronco lobare inferiore del polmone destro (confermata dall'esame ottico che non ha evidenziato formazioni ostruenti), dovuto alla polmonite e al grosso versamento pleurico associato.




Figure 4A: Angio-TC dell'aorta addominale con sistema multistrato: stenosi dell'arteria renale sinistra trattata con stent.






Figura 4B: L'angioscopia virtuale conferma la pervietà dell'endoprotesi.