PACS系統(tǒng)三維測量方法與多田公式計(jì)算方法在腦出血測量的準(zhǔn)確性比較

張巧瑩 ，黃曉宇 ，梁小紅 ，周俊林

1.蘭州大學(xué)第二醫(yī)院放射科，甘肅蘭州730030；2.蘭州大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅蘭州730000；3.甘肅省醫(yī)學(xué)影像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730030

前言

腦出血是卒中的最小可治療形式，占全球所有卒中的10%～30%［1］，1個(gè)月的死亡率為30%～50%［2］，一半的死亡發(fā)生在48小時(shí)內(nèi)［3］。出血量是評(píng)估腦出血預(yù)后簡單可靠的獨(dú)立預(yù)測因素，準(zhǔn)確測量腦內(nèi)血腫體積對(duì)臨床制定治療方案和評(píng)價(jià)療效至關(guān)重要［4-5］。

測量腦出血的方法有CT定量方法、多田公式法等［5］。CT定量方法由于計(jì)算過程過于繁瑣復(fù)雜，無法被臨床應(yīng)用。臨床中血腫測量多采用多田公式簡化公式［6］。其應(yīng)用原理是將血腫體積理想化為一橢球體。然而臨床中腦出血形狀大部分不規(guī)則，甚至呈分葉狀，因此理論上多田公式法計(jì)算誤差較大［7］。目前公認(rèn)的3D Slicer平臺(tái)是基于CT的容積測量方法，有學(xué)者已經(jīng)證實(shí)了其測量準(zhǔn)確性高于多田公式計(jì)算方法，但是3D Slicer平臺(tái)屬于醫(yī)院PACS之外的公共平臺(tái)，臨床醫(yī)生需要將PACS系統(tǒng)圖像導(dǎo)出到3D Slicer平臺(tái)，不適用于日常工作［8-9］。

為了有效改善上述測量方法的不足，筆者發(fā)明了一種適用于螺旋掃描的測量方法，該發(fā)明正在申請(qǐng)專利：Picture Archiving and Communication Systems（PACS）三維測量方法。PACS系統(tǒng)是指包含了放射科信息系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)影像存檔與通信系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)，普遍應(yīng)用在醫(yī)院影像科室［10］。該方法原理是基于螺旋CT的容積測量方法,在PACS系統(tǒng)重建三維圖像上選定腦出血感興趣區(qū)，利用出血CT值范圍，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別并標(biāo)記感興趣區(qū)CT值范圍內(nèi)的所有體素，再由計(jì)算機(jī)自動(dòng)測量血腫體積（即所有體素體積之和），是一種計(jì)算機(jī)輔助的半自動(dòng)容積測量方法。

本文通過比較腦出血在體積及形態(tài)不同時(shí)兩種測量方法之間的差異性，及兩種方法測量血腫體積的準(zhǔn)確性，為臨床提供一種更可靠的血腫測量方法。

1 材料和方法

1.1 研究設(shè)計(jì)

收集從2016年9月～2017年9月蘭州大學(xué)第二醫(yī)院165例自發(fā)性腦出血住院病例，進(jìn)行了單中心，回顧性觀察隊(duì)列研究。年齡25～87歲，平均年齡55歲，男性97例、女性68例。

病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡＞18歲；②腦實(shí)質(zhì)出血，出血量＞5 mL；③起病24 h內(nèi)行頭頗CT平掃。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①腦室內(nèi)出血或血腫主體破入腦室；②腫瘤卒中出血；③硬腦膜外血腫或硬腦膜下血腫；④CT禁忌證及缺乏知情同意。

水模設(shè)計(jì)：選擇36個(gè)不同形狀的不規(guī)則容器，分別裝入不同體積的水（10、20、30、40、50、100 mL各6個(gè)）。

患者或最近的親屬給出書面知情同意書。當(dāng)?shù)貍惱砦瘑T會(huì)批準(zhǔn)了研究方案的所有方面。

1.2 數(shù)據(jù)采集

所有病例均行常規(guī)頭顱CT平掃；36個(gè)水模分別行常規(guī)CT平掃。

所有CT檢查均采用多排CT掃描儀（Somatom Sensation64;Siemens，Germany）從顱底到顱頂進(jìn)行。管電壓120 kV，自動(dòng)調(diào)節(jié)管電流，螺距因子1.2∶1，層厚3 mm。

其中15例病人在第一次頭顱CT掃描后，進(jìn)行神經(jīng)內(nèi)鏡微創(chuàng)血腫清除術(shù)，并盡可能徹底清除并收集完整的出血及血凝塊，于術(shù)后送至病理科做血液及血凝塊融化，測量其腦出血量。

1.3 圖像分析

由兩名影像科醫(yī)師獨(dú)立在CT視屏上，分別用多田公式、PACS系統(tǒng)三維方法測量水模及血腫的體積。并記錄血腫位置（腦葉，基底節(jié)或丘腦，腦干或小腦），腦室內(nèi)和蛛網(wǎng)膜下腔出血情況。

多田公式：V=a×b×c×1/2，其中V代表血腫體積，a、b分別是CT片中血腫最大層面的的最長徑、最寬徑，c是CT片中出現(xiàn)血腫的層面數(shù)。

PACS系統(tǒng)三維方法。S1：測出血腫的最大CT值與最小CT值，之后利用薄層圖像進(jìn)行三維重建；S2：分別在重建好的三維圖像的最大橫斷面、矢狀面、冠狀面中用適合血腫大小的矩形框選定所要測量的病灶；S3：選一種顏色來表示S2中血腫最大CT值與最小CT值之間的CT值范圍；S4：系統(tǒng)自動(dòng)標(biāo)記并測量出該顏色區(qū)域的體積大小，即我們所要測量的血腫的體積，見圖1。

圖1 PACS系統(tǒng)三維方法Fig.1 PACS three-dimensional measuring method

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 差異性分析 ①按PACS測量體積將血腫大小分為 5級(jí)（0～10.0 mL、10.1～20.0 mL、20.1～30.0 mL、30.1～50.0 mL、＞50.1 mL），比較不同級(jí)別下兩種測量方法測得的血腫體積；②按barras scale規(guī)則［11］來劃分血腫形態(tài)（圖2），比較不同血腫形態(tài)下，兩種測量方法測得的血腫體積。

圖2 barras scale規(guī)則Fig.2 Rule of barras scale

1.4.2 準(zhǔn)確性分析將36個(gè)水模分別置于64排螺旋CT行常規(guī)CT平掃，分別用兩種方法測定體積，并與水模實(shí)際體積對(duì)比。

1.4.3 準(zhǔn)確性驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)15例經(jīng)神經(jīng)內(nèi)鏡微創(chuàng)手術(shù)的病例，分別用兩種測量方法測得的出血量與術(shù)后證實(shí)的實(shí)際出血量作對(duì)比。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

運(yùn)用SPSS23.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和統(tǒng)計(jì)處理。分類變量以絕對(duì)值（百分比）表示，連續(xù)變量用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差或中位數(shù)表示。通過對(duì)分類變量使用Pearson x2或Fisher精確檢驗(yàn)，連續(xù)變量用Studentt檢驗(yàn)，Mann-WhitneyU檢驗(yàn)或Kruskal-Wallis檢驗(yàn)評(píng)估組間差異的統(tǒng)計(jì)顯著性。由于數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，采用非參數(shù)配對(duì)檢驗(yàn)：即兩相關(guān)樣本威爾科克森符號(hào)秩檢驗(yàn)，雙側(cè)P＜0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 研究人群

本研究共納入165名患者，表1提供了患者基線特征。

表1 患者基線特征Tab.1 Baseline characteristics of patients

2.2 差異性

2.2.1 不同血腫體積當(dāng)10.0 mL＜血腫體積≤30.0 mL時(shí)，兩種方法測得的血腫體積差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；當(dāng)血腫體積≤10.0 mL或＞30.0 mL時(shí)，兩種方法測得血腫體積差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表2。

表2 不同血腫體積兩種方法測得血腫體積差異比較Tab.2 Comparison of the difference in hematomas volume measured by two methods when hematoma volume was different

2.2.2 不同血腫形態(tài)當(dāng)血腫形態(tài)為1～3級(jí)時(shí)，兩種方法測得血腫體積差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；當(dāng)血腫形態(tài)為4～5級(jí)時(shí)，兩種方法測得的血腫體積差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見表3。

表3 不同血腫形態(tài)兩種方法測得血腫體積差異比較Tab.3 Comparison of the difference in hematomas volume measured by two methods when hematoma shape was different

2.3 準(zhǔn)確性

PACS系統(tǒng)三維測量方法測得的水模體積與水模實(shí)際體積比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.22），多田公式測量方法測得的水模體積與水模實(shí)際體積比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.01）。PACS三維方法測量結(jié)果更接近水模真實(shí)體積；兩種方法測得水模體積統(tǒng)計(jì)學(xué)特征如表4所示。

表4 兩種方法測得水模體積的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征（mL）Tab.4 Statistical characteristics of measured phantom volume by two methods(mL)

2.4 準(zhǔn)確性驗(yàn)證

15例經(jīng)神經(jīng)內(nèi)鏡微創(chuàng)手術(shù)的病例，PACS系統(tǒng)三維測量方法測得的腦出血量與手術(shù)證實(shí)的真實(shí)出血量更接近。兩種方法測得15例經(jīng)微創(chuàng)手術(shù)證實(shí)的患者腦出血體積統(tǒng)計(jì)學(xué)特征見表5。

3 討論

腦出血是臨床工作中的急重癥，其致殘率、致死率高［2］，出血量是患者預(yù)后不良的獨(dú)立預(yù)測指標(biāo)［12］，腦出血的變化，也是臨床密切關(guān)注的指標(biāo)［13］，血腫體積測量誤差較大會(huì)影響臨床決策，延誤最佳治療時(shí)機(jī)，影響患者治療效果［14］，準(zhǔn)確地測量出血量可幫助臨床有效治療并評(píng)估預(yù)后［15］。

目前，腦出血血腫體積測量尚缺少金標(biāo)準(zhǔn)，多田公式計(jì)算方法較常用，關(guān)于多田公式計(jì)算腦內(nèi)血腫體積準(zhǔn)確性的研究，國內(nèi)外均有報(bào)道。外國學(xué)者Gonzalo Dominguez［9］及中國學(xué)者徐興華等［16］通過與3D Slicer軟件測量結(jié)果對(duì)比，證明多田公式測量顱內(nèi)血腫存在較大誤差［5］。白莉等［16］學(xué)者應(yīng)用CT容積測量方法表明CT容積測量方法較多田公式準(zhǔn)確。本研究采用一種新的三維測量方法—PACS系統(tǒng)三維方法，與多田公式對(duì)比探討兩種方法的準(zhǔn)確性，并研究不同體積及形態(tài)下兩種方法之間的差異。研究表明PACS系統(tǒng)三維方法較多田公式測量方法準(zhǔn)確，與之前的研究結(jié)果相一致。但是本文的創(chuàng)新之處在于采用水模來分析兩種方法測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，有明確的參照金標(biāo)準(zhǔn)。以往的研究都是采用經(jīng)典的CT測量方法測得的結(jié)果作為金標(biāo)準(zhǔn)，或是采用公共平臺(tái)提供的3D Slice軟件測得的結(jié)果作為金標(biāo)準(zhǔn)，但這些金標(biāo)準(zhǔn)都不是研究對(duì)象的真實(shí)體積，依然存在測量誤差。而本文水模設(shè)計(jì)有效的解決了這個(gè)不足。同時(shí)15例經(jīng)手術(shù)證實(shí)出血量的病例也驗(yàn)證了準(zhǔn)確性研究結(jié)果。

表5 兩種方法測得15例經(jīng)微創(chuàng)手術(shù)患者腦出血體積統(tǒng)計(jì)學(xué)特征（mL）Tab.5 Statistical characteristics of measured intracerebral hemorrhage volume in 15 patients receiving minimally invasive surgery by two methods(mL)

水模研究及15例經(jīng)手術(shù)驗(yàn)證的腦出血患者病例表明，PACS系統(tǒng)三維方法較多田公式測量準(zhǔn)確性高，是由于多田公式用于測量腦出血存在以下缺陷：①多田公式適用于規(guī)則的橢球體血腫體積測量，而臨床中大多數(shù)腦出血病灶不規(guī)則［17］；②當(dāng)CT掃描基線、層厚、層距不同時(shí)，血腫層面數(shù)也會(huì)變化，多田公式單純的使用血腫層面數(shù)來估算血腫最高徑，顯然不妥［18］；③多田公式的徑線都是人工測量，主觀性較大；④由于工作經(jīng)驗(yàn)及測量方法的不同，人工誤差較大，重復(fù)性不高［19］。因此多田公式用于臨床腦出血量測量必然存在較大誤差。而PACS系統(tǒng)三維方法可以有效地改善上述不足：①其通過CT值范圍追蹤病灶，可以相對(duì)全面的采集病灶所有體素?cái)?shù)據(jù)，模擬出病灶的三維形狀［8］，其測量不受病灶形態(tài)的限制，自然較接近病灶的真實(shí)體積；②其采用半自動(dòng)計(jì)算機(jī)測量，減小了測量主觀性；③半自動(dòng)計(jì)算機(jī)測量，減小了人工誤差，提高了重復(fù)性。因此，PACS三維測量方法較多田公式測量血腫體積更準(zhǔn)確。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)血腫體積過?。ǎ?0 mL）或過大（＞30 mL），以及血腫形態(tài)不規(guī)則時(shí)，兩種測量方法差異大，筆者已經(jīng)證明了不同體積不同形態(tài)時(shí)PACS系統(tǒng)三維測量方法較多田公式計(jì)算方法準(zhǔn)確性高，且用15例經(jīng)手術(shù)證實(shí)的病例得到驗(yàn)證，所以筆者有理由相信兩種方法測量差異增大，是由于多田公式測量誤差增大所致。多田公式在血腫體積過?。ǎ?0 mL）或過大（＞30 mL）及血腫形態(tài)不規(guī)則時(shí)測量誤差較大是由于多田公式的原理是將血腫體積理想化為一橢球體，當(dāng)血腫形態(tài)越不規(guī)則，甚至存在子灶時(shí)，就越偏離橢球體形態(tài)，采用橢球體體積計(jì)算方法產(chǎn)生的誤差也就越大［20］；同時(shí)當(dāng)血腫越不規(guī)則，我們選擇合適的測量徑線也越困難，測量徑線選擇不合適，也會(huì)造成較大的測量誤差。當(dāng)血腫體積太小時(shí)，血腫沒有形成具體的形態(tài)，最大徑不容易確定；而血腫太大時(shí)，形態(tài)不規(guī)則，血腫很容易向周圍腦實(shí)質(zhì)腦溝蔓延，導(dǎo)致邊界不清，甚至出現(xiàn)分葉及島征，血腫最大徑也不容易選擇［21］。而PACS三維方法通過CT值范圍來識(shí)別出血灶，不受血腫形態(tài)及血腫邊界的限制，對(duì)每個(gè)在出血CT值范圍內(nèi)的體素都追蹤計(jì)算，盡可能的減小了測量誤差［22］。因此當(dāng)血腫形態(tài)太小或太大，血腫形態(tài)極不規(guī)則時(shí)，測量也不受限制，測量準(zhǔn)確性較高。

本研究存在的不足：第一，樣本量有限，在后續(xù)的研究中應(yīng)繼續(xù)擴(kuò)大樣本量；為驗(yàn)證兩種測量方法的準(zhǔn)確性，經(jīng)手術(shù)測量出血量是本文的創(chuàng)新之處，但由于條件限制尚未做到所有患者都進(jìn)行術(shù)后出血量測量；第二，設(shè)定的血腫密度窗寬較寬，沒有區(qū)分急性出血與慢性出血，在接下來的研究中筆者將以更小的窗寬區(qū)分急性出血與慢性出血。

總之，PACS系統(tǒng)三維測量方法較多田公式計(jì)算方法測量準(zhǔn)確，且適用范圍廣，尤其適用于血腫體積過小、過大或血腫形態(tài)極不規(guī)則的病灶，在臨床工作中可以替代多田公式，并對(duì)指導(dǎo)臨床治療與干預(yù)有重要意義。