游離氣胸的多層螺旋CT定量研究

陳永權(quán)　CHEN Yongquan　陳　莉　CHEN Li　呂發(fā)金　LV Fajin

游離氣胸的多層螺旋CT定量研究

陳永權(quán)1,2CHEN Yongquan陳莉1CHEN Li呂發(fā)金1LV Fajin

作者單位
1. 重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科重慶400016
2.重慶市第五人民醫(yī)院放射科重慶400062

Department of Radiology, the First Affiliated Hospital of Chongqing Medical University, Chongqing400016, China

Address Correspondence to: LV Fajin

E-mail: fajinlv@163.com

R561.4；R445.3

中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2016年 第24卷 第10期：750-754

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24 (10): 750-754

目的探討通過多層螺旋CT軸位圖像預(yù)測(cè)游離氣胸肺壓縮百分比的準(zhǔn)確性。資料與方法回顧性分析88例游離氣胸CT掃描數(shù)據(jù)，分左肺及右肺，用VR容積測(cè)量法測(cè)量氣胸量及胸腔體積并計(jì)算氣胸肺壓縮百分比Y；在軸位圖像氣管隆突層面測(cè)量胸廓最大垂直距離D1及該線上氣胸臟層胸膜至胸廓的垂直距離d1，并計(jì)算垂直距離比值X1；同理測(cè)量胸廓水平距離D2及氣胸邊緣至胸廓的水平距離d2，并計(jì)算水平距離比值X2；將Y與X1及X2進(jìn)行回歸分析，挑選出系數(shù)顯著且解釋度最大的回歸方程，并驗(yàn)證方程準(zhǔn)確性。結(jié)果所有模型差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）。左側(cè)氣胸最佳方程：Y=0.0758+2.8623X1—2.8049X12，R2=0.7460；右側(cè)氣胸最佳方程：Y=0.0708+2.5960X1—2.1178X12，R2=0.8575。方程預(yù)測(cè)左側(cè)氣胸肺壓縮百分比誤差范

圍為（0.01±9.68）%，右側(cè)為（0.12±8.02）%。結(jié)論通過氣管隆突層面軸位圖像測(cè)量垂直距離壓縮比X1及水平距離壓縮比X2均對(duì)預(yù)測(cè)游離氣胸肺壓縮百分比有意義，尤其是X1更能反映氣胸的壓縮百分比。

氣胸；體層攝影術(shù)，螺旋計(jì)算機(jī)；圖像處理，計(jì)算機(jī)輔助

predicting the percentage of pneumothorax of left pneumothorax was (0.01±9.68)%, and the right was (0.12±8.02)%. ConclusionMeasurement of the vertical compression ratio X1and the horizontal compression ratio X2at the carina plane can predict lung compression percentage in free pneumothorax, with the vertical compression ratio X1more accurately reflecting compression percentage.

氣胸是臨床常見疾病，氣胸肺壓縮程度不同治療方案不同，而氣胸肺壓縮百分比的評(píng)估是臨床工作中尚待解決的問題。X線胸片各類測(cè)量方法粗糙，與實(shí)測(cè)值誤差較大；CT測(cè)量氣胸肺壓縮百分比雖然準(zhǔn)確，但依賴多排螺旋CT及相關(guān)分析軟件支持，過程復(fù)雜、耗時(shí)，不能被臨床廣泛采用[1]。本研究收集88例游離氣胸患者，擬通過64排螺旋CT氣管隆突層面軸位圖像測(cè)量氣胸垂直距離壓縮百分比X1及水平距離壓縮百分比X2預(yù)測(cè)肺壓縮百分比，以建立準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便的預(yù)測(cè)方法。

1　資料與方法

1.1研究對(duì)象回顧性分析2013年1月－2015年5月在重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院行胸部CT掃描的游離氣胸患者88例，其中男83例，女5例；年齡14～60歲，平均（28.9±13.3）歲。左側(cè)游離氣胸53例，右側(cè)游離氣胸35例。排除標(biāo)準(zhǔn)：①胸廓畸形；②肺葉壓縮實(shí)變；③胸腔積液；④胸膜牽拉粘連。

1.2儀器與方法采用GE LightSpeed VCT或GE Discovery HD750 CT機(jī)。掃描前對(duì)患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，深吸氣后一次性閉氣掃描，掃描范圍自胸廓入口至肺下界（包括雙側(cè)肋膈角）。掃描參數(shù)：管電壓120 kV，管電流150 mAs，機(jī)架旋轉(zhuǎn)1周時(shí)間0.4 s，視野32～36 cm，層厚5 mm，層間距5 mm，螺距1.375∶1，矩陣512×512，圖像重建層厚0.625 mm，層間距0.625 mm。

1.3圖像處理及分析應(yīng)用GE AW4.6工作站，采用容積再現(xiàn)（VR）及最大密度投影（MIP）圖像重組，依據(jù)游離氣胸的CT值區(qū)域用組織擴(kuò)張的方法覆蓋所有氣胸范圍，然后應(yīng)用體積測(cè)量工具測(cè)量游離氣胸的量。同理，以肺門根部為截?cái)啵瑴y(cè)定胸腔體積，并計(jì)算實(shí)際氣胸壓縮百分比，以Y表示，Y=氣胸量/胸腔體積（圖1A、B）。在軸位圖像上氣管隆突層面測(cè)量前后胸廓內(nèi)緣最大垂直距離D1，并在該測(cè)量線上測(cè)量氣胸臟層胸膜邊緣到前胸壁內(nèi)緣的垂直距離d1，計(jì)算垂直距離壓縮比值X1=d1/D1；同理測(cè)量氣管隆突層面氣管隆突至側(cè)胸壁內(nèi)緣最大水平距離D2，并在該測(cè)量線上測(cè)量氣胸臟層胸膜邊緣到側(cè)胸壁內(nèi)緣水平距離d2，并計(jì)算水平距離壓縮比值X2=d2/D2（圖1C、D）。

圖1　男，23歲，左側(cè)自發(fā)性游離氣胸。VR模式（A）及融合圖像模式（B）顯示左側(cè)氣胸；軸位圖像氣管隆突層面最大垂直距離D1，該線胸膜邊緣至胸廓內(nèi)緣垂直距離d1，計(jì)算氣胸垂直壓縮比X1=d1/D1（C）；軸位圖像氣管隆突層面最大水平距離D2，該線胸膜邊緣至胸廓內(nèi)緣垂直距離d2，計(jì)算氣胸垂直壓縮比X2=d2/D2（D）

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SAS 9.2軟件。分為左、右兩側(cè)胸腔，將所測(cè)實(shí)際游離氣胸壓縮百分比Y和對(duì)應(yīng)垂直距離壓縮比值X1及水平距離壓縮比值X2進(jìn)行3次回歸分析。再根據(jù)優(yōu)選回歸方程式用Excel軟件分別計(jì)算出特定壓縮百分比時(shí)對(duì)應(yīng)的距離壓縮比值X1或X2。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2　結(jié)果

所有患者分左、右側(cè)胸腔分別測(cè)量，測(cè)量結(jié)果見表1。因徑線與體積是3次關(guān)系，故嘗試3次模型；因相對(duì)而言1次和2次模型都可能得到可行的結(jié)果且模型會(huì)更簡(jiǎn)單，故同時(shí)嘗試1次和2次模型。左側(cè)實(shí)際測(cè)量氣胸肺壓縮百分比Y與對(duì)應(yīng)X1、X2的回歸方程式見表2。右側(cè)實(shí)際測(cè)量氣胸肺壓縮百分比Y與對(duì)應(yīng)X1、X2的回歸方程式見表3。

表1　左、右氣胸體積及徑線測(cè)量值結(jié)果

表2　左側(cè)氣胸肺壓縮百分比Y與距離比值X1、X2回歸方程

根據(jù)表2左側(cè)游離氣胸實(shí)測(cè)壓縮比Y與對(duì)應(yīng)X1及X2回歸方程得知：所有回歸模型差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001），但僅有部分模型的所有系數(shù)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。根據(jù)所有系數(shù)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的回歸方程的R2得知，垂直距離壓縮比值X1的2次模型R2最大，因此左側(cè)氣胸壓縮百分比Y與垂直距離壓縮比值X1的回歸方程Y=0.0758+2.8623X1—2.8049X12為優(yōu)選方程，R2=0.7460，復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.8637，可以認(rèn)為左側(cè)氣胸肺壓縮百分比Y與X1、X12之間存在相關(guān)關(guān)系。根據(jù)優(yōu)選方程式，重新估算左側(cè)53例氣胸壓縮百分比，并與實(shí)測(cè)壓縮百分比進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，得出左側(cè)估算壓縮百分比與實(shí)測(cè)誤差范圍為（0.01±9.68）%，兩者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表3　右側(cè)氣胸肺壓縮百分比Y與距離比值X1、X2回歸方程

根據(jù)表3右側(cè)游離氣胸實(shí)測(cè)壓縮比例Y與對(duì)應(yīng)X1及X2回歸方程得知：所有回歸模型差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001），但僅有部分模型的所有系數(shù)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。根據(jù)所有系數(shù)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的回歸方程的R2得知，垂直距離壓縮比值X1的2次模型R2最大，因此右側(cè)氣胸壓縮百分比Y與垂直距離壓縮比值X1的回歸方程Y=0.0708+2.5960X1—2.1178X12為優(yōu)選方程，R2=0.8575，復(fù)相關(guān)系數(shù)R=0.9260，可以認(rèn)為右側(cè)氣胸肺壓縮百分比Y與X1、X12之間存在相關(guān)關(guān)系。根據(jù)優(yōu)選方程式，重新估算右側(cè)35例氣胸壓縮百分比，并與實(shí)測(cè)壓縮百分比進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，得出右側(cè)估算壓縮百分比與實(shí)測(cè)誤差范圍為（0.12±8.02）%，兩者差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。

表4　不同肺壓縮百分比時(shí)對(duì)應(yīng)左、右側(cè)氣胸垂直距離壓縮比X1

根據(jù)左側(cè)氣胸壓縮比例優(yōu)選方程Y=0.0758+ 2.8623X1—2.8049X12，得出左側(cè)氣胸壓縮百分比分別為20%、25%、30%、50%、70%及75%時(shí)對(duì)應(yīng)左側(cè)平氣管隆突層面氣胸垂直距離壓縮比值；同理根據(jù)右側(cè)氣胸壓縮比例優(yōu)選方程Y=0.0708+2.5960X1—2.1178X12，得出右側(cè)氣胸壓縮百分比分別為20%、25%、30%、50%、70%及75%時(shí)對(duì)應(yīng)右側(cè)平氣管隆突層面氣胸垂直距離百分比。見表4。從表4得知，心臟占據(jù)部分左側(cè)胸腔位置范圍較大，相應(yīng)左側(cè)胸腔體積較小，故相同氣胸壓縮比例時(shí)，左側(cè)平氣管隆突層面氣胸垂直距離壓縮比值較?。≒＜0.05）。

3　討論

氣胸肺壓縮百分比是臨床決定采取保守治療、閉式引流或者開放手術(shù)的重要依據(jù)之一[2]，也是法醫(yī)在臨床司法鑒定中確定損傷程度的重要依據(jù)[3]。目前，臨床上如何簡(jiǎn)單而較精確地預(yù)測(cè)氣胸肺壓縮百分比一直比較困難。早期通過X線平片測(cè)量或估計(jì)氣胸肺壓縮百分比有多種方法，如目測(cè)法、面積法與體積法、平均胸膜間距離法、三線法等，以上方法測(cè)量原理及方法各異，測(cè)量準(zhǔn)確性參差不齊[4-7]。

隨著CT及計(jì)算機(jī)軟件的的應(yīng)用普及，以CT圖像為基礎(chǔ)測(cè)量氣胸的準(zhǔn)確性已經(jīng)得到公認(rèn)。王成林等[8]利用在CT軸位圖像用鼠標(biāo)沿胸廓內(nèi)緣勾畫出一側(cè)胸腔總面積A，然后在同一層面沿胸廓內(nèi)氣胸的邊緣勾劃出胸廓內(nèi)含氣的面積B，按公式肺壓縮率=B/A×100%計(jì)算肺壓縮率，但未驗(yàn)證其測(cè)量準(zhǔn)確性及可行性。Engdahl等[9]利用人工肺氣胸模型研究和證實(shí)了CT掃描后計(jì)算機(jī)軟件測(cè)量容積的準(zhǔn)確性；夏文騫等[10]亦證實(shí)采用計(jì)算機(jī)體積測(cè)量功能計(jì)算出氣胸量與實(shí)際注氣量一致。Cai等[11-12]利用多排螺旋CT上的軟件系統(tǒng)開發(fā)了自動(dòng)化計(jì)算機(jī)測(cè)量容積系統(tǒng)，并證實(shí)該系統(tǒng)具有很高的準(zhǔn)確性。但是以上方案的最大局限性在于必須使用多排螺旋CT掃描及相應(yīng)的計(jì)算機(jī)軟件支持，并耗時(shí)費(fèi)力，不能在臨床工作中推廣。

本研究擬通過胸部軸位圖像選定標(biāo)準(zhǔn)層面，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)徑線測(cè)量及計(jì)算，以期通過簡(jiǎn)單地測(cè)量來預(yù)測(cè)氣胸壓縮百分比。胸部CT掃描時(shí)由于患者處于仰臥位，氣胸重新分布，主要集中于胸腔前方及外側(cè)，壓縮肺組織主要向肺門移位和集中。本研究采用計(jì)算機(jī)體積測(cè)量功能實(shí)際測(cè)量出氣胸量及胸腔體積，計(jì)算肺實(shí)測(cè)壓縮百分比Y=氣胸量/胸腔體積，并以此作為肺實(shí)測(cè)壓縮百分比標(biāo)準(zhǔn)[9-10]。本研究選擇平氣管隆突層面軸位圖像測(cè)量相應(yīng)距離，易于選定標(biāo)準(zhǔn)層面，定位及測(cè)量準(zhǔn)確方便，閱片中易于操作并統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。在平氣管隆突層面測(cè)量胸廓內(nèi)緣最大垂直距離D1及該測(cè)量線上對(duì)應(yīng)壓縮肺臟層胸膜至前胸壁內(nèi)緣垂直距離d1，并計(jì)算垂直距離壓縮百分比X1=d1/D1；同理測(cè)量平氣管隆突層面氣管隆突至側(cè)胸壁內(nèi)緣水平距離D2及該測(cè)量線上壓縮肺臟層胸膜至側(cè)胸壁內(nèi)緣水平距離d2，并計(jì)算水平距離壓縮比X2=d2/D2；并將Y與X1及X2分別進(jìn)行相應(yīng)回歸分析。因氣胸分布與胸廓形態(tài)、肺葉實(shí)變、胸腔積液、胸膜牽拉粘連密切相關(guān)，故研究中排除上述情況。因心臟部分位于胸腔并占據(jù)左側(cè)胸腔位置為主，造成雙側(cè)胸腔及氣胸形態(tài)并不一致，左側(cè)胸腔較右側(cè)小，根據(jù)氣胸肺壓縮比Y=氣胸量/胸腔體積，胸腔體積對(duì)氣胸肺壓縮比有重大影響，故分為左右側(cè)胸腔分別進(jìn)行回歸分析并優(yōu)選回歸方程式。所有回歸模型差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001），根據(jù)這些模型常數(shù)的顯著性及R2的大小從中優(yōu)選出更為準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)模型，所有模型的建立都準(zhǔn)確可靠，尤其是垂直距離壓縮比X12次回歸模型。為了方便影像醫(yī)師及臨床醫(yī)師在實(shí)際工作中的具體應(yīng)用，以及方便法醫(yī)作損傷程度鑒定工作，根據(jù)上述回歸方程式計(jì)算出相應(yīng)的肺壓縮比例為20%、25%、30%、50%、70%及75%所對(duì)應(yīng)氣管隆突層面垂直距離壓縮比值X1值作為參考。

根據(jù)優(yōu)選方程分別重新估算左右側(cè)氣胸壓縮百分比，并將估算壓縮百分比與實(shí)際測(cè)量壓縮百分比進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，得出左側(cè)氣胸壓縮百分比估算誤差范圍為（0.01±9.68）%，右側(cè)氣胸壓縮百分比估算誤差范圍為（0.12±8.02）%。分析誤差原因可能為：胸廓形態(tài)不規(guī)則，游離氣胸形態(tài)亦明顯不規(guī)則，且分布并不是絕對(duì)規(guī)律，特別是氣胸量大、部分肺葉壓縮百分比大時(shí)表現(xiàn)更為明顯；1條或2條徑線進(jìn)行回歸優(yōu)選方程不足以充分反映氣胸的分布規(guī)律。該優(yōu)選方程需要進(jìn)一步改進(jìn)，如增加樣本量、多徑線回歸分析等以完善模型、降低預(yù)測(cè)誤差。在臨床工作中應(yīng)用該回歸模型預(yù)測(cè)氣胸壓縮比時(shí)，胸廓畸形、胸腔積液、肺葉壓縮實(shí)變、胸膜牽拉粘連、氣胸局限包裹等影響氣體分布的因素會(huì)導(dǎo)致一定測(cè)量誤差。

總之，充分理解本研究適用范圍及排除標(biāo)準(zhǔn)，合理使用本研究結(jié)果，通過氣管隆突層面軸位圖像測(cè)量垂直距離壓縮比X1，通過優(yōu)選方程即能夠?qū)τ坞x氣胸的肺壓縮百分比進(jìn)行合理預(yù)測(cè)；也可通過X1及氣胸壓縮百分比對(duì)照表對(duì)游離氣胸壓縮百分比進(jìn)行粗略預(yù)測(cè)，適合臨床工作中推廣應(yīng)用。

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（本文編輯周立波）

Compression Quantification of Free Pneumothorax Using Multi-slice Spiral CT

PurposeTo evaluate the accuracy of predicting lung compression percentage in free pneumothorax using axial images of multi-slice spiral CT. Materials and Methods The chest CT data of 88 cases with free pneumothorax were retrospectively analyzed. Volume rendering measurement was used to calculate the volume of pneumothorax and the thoracic cavity in the left and right lungs to calculate compression percentage Y. At the level of carina on axial view, the maximum vertical distance D1and the distance from visceral layer of compressed lung to the parietal pleural d1were measured to calculate the vertical distance ratio X1; similarly, a maximum horizontal distance D2and the horizontal distance d2from visceral layer to the parietal pleural were measured to calculate the horizontal distance ratio X2. Regression analysis was performed to select the equation with significant coefficient and fitness, and the accuracy of the equation was verified. Results All regression models were statistically significant (P＜0.001). The best equation for the left pneumothorax was: Y=0.0758+2.8623X1－2.8049X12, R2=0.7460; the best equation for the right pneumothorax was: Y=0.0708+2.5960X1－2.1178X12, R2=0.8575. The deviation of

Pneumothorax; Tomography, spiral computed; Image processing, computerassisted

呂發(fā)金

10.3969/j.issn.1005-5185.2016.10.009

2016-05-06

2016-08-01