Pixel法精確測量冠脈狹窄程度之原理探究

曹磊 陳新山

冠狀動脈(以下簡稱“冠脈”)狹窄程度，對于法醫(yī)病理學(xué)中冠狀動脈粥樣硬化性心臟病（以下簡稱“冠心病”）猝死的死因分析有著重要意義。根據(jù)冠脈粥樣硬化斑塊突向管腔程度的百分比，一般將管腔狹窄的程度分為四級：I級管腔狹窄程度≤25%；Ⅱ級26%～50%；Ⅲ級51%～75%；Ⅳ級≥76%[1]。對于冠狀動脈狹窄程度的判斷，目前檢驗者多依據(jù)肉眼估算和個人經(jīng)驗來得出結(jié)論（即肉眼估計法），其主觀性較強，且容易產(chǎn)生誤差，難以適應(yīng)當前法醫(yī)鑒定行業(yè)規(guī)范化、標準化的發(fā)展要求，故如何精確測量并量化冠狀動脈狹窄程度一直是法醫(yī)病理學(xué)中的一個難點。雖然有學(xué)者對此進行的一些研究取得了一定成果，如葛魯鄒等人曾用PhotoShop對冠脈狹窄程度所進行的測量[2]。但筆者在實際工作中發(fā)現(xiàn)，在取材和制片時，各種原因使冠脈斷面失去正常形態(tài)（圓形）而變?yōu)楸鈭A形、不規(guī)則類圓形或其他形狀，以致測量誤差較大，也勢必導(dǎo)致結(jié)論與實際情況存在偏差。筆者將平面內(nèi)不規(guī)則圖形轉(zhuǎn)換為相同周長的正圓，再通過Pixel法測量與該不規(guī)則圖形相同周長正圓面積值（即像素數(shù)），然后與該正圓理論面積值比較、計算誤差率并進行統(tǒng)計學(xué)分析，探討Pixel法（像素法）在精確測量冠狀動脈粥樣硬化管腔狹窄程度的可行性及其意義，期能為法醫(yī)病理學(xué)鑒定中涉及冠狀動脈狹窄程度的精確測量提供一種新方法。

一、用Pixel法測量冠脈狹窄程度的原理及其實務(wù)操作

（一）原理

人死后冠脈由于缺少血液壓力等原因會失去正常圓形形態(tài)，而在取材和制成切片過程中更會加劇這種變形[3]。因此病理切片中的冠脈形態(tài)與患者生前冠脈形態(tài)存在一定差別，變形越嚴重，差別越大，在此基礎(chǔ)上進行測量勢必導(dǎo)致結(jié)論與實際情況存在誤差。而冠脈形狀雖然可以改變，但冠脈內(nèi)彈性膜（Internal elastic lamina,以下簡稱“IEL”）周長卻不會改變，所以把不規(guī)則形狀轉(zhuǎn)換成相同周長的正圓，再計算面積才能準確測量冠脈狹窄程度。

冠脈顯微圖像是位圖圖像，由像素點組成，將其放大到一定的程度后，可以發(fā)現(xiàn)它是由很多個小方格組成的，這些小方格被稱為“像素點”或“像素（Pixel）”。因冠狀動脈內(nèi)膜增厚以其內(nèi)彈性膜為界[4]，所以內(nèi)彈性膜的周長、冠脈內(nèi)膜面積以及與內(nèi)彈性膜周長相同的正圓面積均可以通過PhotoShop以像素為單位進行量化。本測量方法以像素個數(shù)為基礎(chǔ)，精確測量冠脈狹窄程度，故稱“Pixel法”[5]。

（二）實務(wù)操作

將平面內(nèi)10例不規(guī)則圖形轉(zhuǎn)換為相同周長的正圓，再讀取和計算不規(guī)則圖形面積、正圓面積實際值和理論值，對誤差率進行統(tǒng)計學(xué)分析。

1.材料。

10例不規(guī)則圖像，分辨率300PPI；安裝有Ado?be PhotoShop軟件的計算機（Adobe PhotoShop版本不限，本實驗為PhotoShop CC）。

2.方法。

選中一個不規(guī)則圖形，通過“記錄測量”工具記錄并讀取不規(guī)則圖形面積像素數(shù)和周長像素數(shù)，然后依據(jù)圓周長公式C=πd=2πr(C為周長，d為直徑，r為半徑，π≈3.1415926)，求得相同周長的正圓直徑d，以及半徑r，依據(jù)半徑r計算正圓的理論面積值；接著以d為直徑在PhotoShop新圖層中畫出該正圓，選中該正圓并直接讀出該正圓的面積像素數(shù)，得到理論面積值與直接讀取面積值兩個數(shù)據(jù)；然后進行統(tǒng)計學(xué)分析。

3.具體步驟。

（1）新建任意不規(guī)則圖形，通過“記錄測量”工具讀取并記錄不規(guī)則圖形面積像素數(shù)周長像素數(shù)，面積S不規(guī)則=65183px，周長 C=1046.856998px，經(jīng)計算與不規(guī)則圖像相同周長的正圓直徑d=333.2249376px，以及半徑r=166.6124688px（詳見圖1）。

（2）以直徑（Width和Height像素數(shù)）d=333px畫正圓，直接讀取正圓面積S=87117px（詳見圖2）。

（3）根據(jù)步驟（1）計算的與不規(guī)則圖形相同周長的正圓半徑r=166.6124688px，依據(jù)圓面積公式S=πr2，求得正圓的理論面積值S=87209.71445px。

（4）則計算出不規(guī)則圖形相同周長正圓的直接讀取面積值與理論面積值之間的誤差率，誤差率1=(正圓實際面積值-正圓理論面積值)/正圓理論面積值 × 100%=（87117-87209.71445）/87209.71445 ×100%=-0.1063%，兩者結(jié)果誤差甚小。而不規(guī)則圖形面積值與相同周長正圓面積值之間的誤差率很大，誤差率2=（正圓面積值-不規(guī)則圖形面積值）/正圓面積值×100%=25.1776%

圖1 不規(guī)則圖像及其周長

圖2 與不規(guī)則圖像相同周長的正圓及面積

4.統(tǒng)計分析。

對10例平面內(nèi)不規(guī)則圖形，均按照上述步驟轉(zhuǎn)換成正圓，然后測量不規(guī)則圖形面積值、計算相同周長正圓面積理論值與直接讀取面積值，獲得三組數(shù)據(jù)，計算出兩個誤差率，采用SPSS24.0軟件進行T-test統(tǒng)計分析，結(jié)果見上表。

表10 例不規(guī)則圖像相同周長正圓的理論面積值與直接讀取面積值結(jié)果

統(tǒng)計分析不規(guī)則圖形相同周長正圓的理論面積值與直接讀取面積值結(jié)果，P>0.05，其差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義，可認為正圓的理論面積值與直接讀取面積值結(jié)果是相同的；但是不規(guī)則圖形面積值和正圓面積值誤差率普遍較大，說明在用Pixel法測量變形的冠脈斷面面積時將其轉(zhuǎn)換成正圓的必要性，這為Pixel法測量冠脈狹窄程度提供了理論基礎(chǔ)。

二、應(yīng)用Pixel法測量冠狀動脈狹窄程度的具體方法與步驟

（一）材料

冠狀動脈病理切片顯微圖像1張（Jpg格式）；安裝有Adobe PhotoShop軟件的計算機（Adobe Photo?Shop版本不限，本實驗為Adobe PhotoShop CC）。

（二）方法與步驟

第一步，冠脈病理切片照片導(dǎo)入PhotoShop，選合適的選區(qū)工具（如套索工具）沿IEL建立選區(qū)，通過“記錄測量”工具記錄并讀取面積像素數(shù)，面積S1=7454621px，周長C=10881.05699px（詳見圖3），經(jīng)計算與IEL相同周長的正圓直徑d=3463.548072px。

第二步，以同樣的方法沿冠脈血管腔建立選區(qū)，通過“記錄測量”工具記錄并讀取面積像素數(shù)，面積S2=3027841px（詳見圖4），則冠脈增厚的內(nèi)膜面積為S內(nèi)膜=S1-S2=7454621px-3027841px=4426780px（詳見圖5）。

第三步，以第二步計算出來的正圓直徑d=3464px畫正圓，通過“記錄測量”工具記錄并讀取面積像素數(shù)，面積S圓=9424716px（詳見圖6）。

第四步，算出冠脈狹窄程度=S內(nèi)膜/S圓×100%≈46.97%，結(jié)論為冠脈狹窄程度為Ⅱ級。

圖3 沿IEL建立選區(qū)及測量周長（C）、面積（S1）

圖4 沿冠脈血管腔建立選區(qū)及測量面積（S2）

圖5 冠脈內(nèi)膜面積（S內(nèi)膜=S1-S2）

圖6 IEL相同周長正圓及測量面積（S圓）

若依據(jù)葛魯鄒等人的方法[6]，則冠脈狹窄程度=1-S2/S1×100%≈59.38%，結(jié)論為冠脈狹窄程度Ⅲ級。由此可見未將IEL轉(zhuǎn)換成正圓就直接測量導(dǎo)致的誤差之大。

關(guān)于冠脈狹窄程度測量的簡化步驟：根據(jù)統(tǒng)計分析結(jié)果，不規(guī)則圖形相同周長正圓的直接讀取面積值與理論面積值差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義，因此第三步可以省略，直接以理論面積值代替直接讀取面積值進行計算，故在冠脈狹窄程度測量時只需測量IEL周長（C）與冠脈增厚的內(nèi)膜面積（S內(nèi)膜），與IEL相同周長正圓理論面積值（S理論）可依據(jù)周長C計算得出。即冠脈狹窄程度=S內(nèi)膜/S理論×100%=（S1-S2）/[π×（C/2π）2]×100%=4π（S1-S2）/C2×100%。

三、討論

（一）冠脈狹窄程度的測量在司法鑒定實務(wù)中的意義

冠心病是目前心血管系統(tǒng)疾病中對人類生命健康危害性最大的疾病之一，也是發(fā)生猝死的最常見疾病之一。部分冠心病猝死患者，平時無明顯異常感覺，無任何征兆而突發(fā)死亡，此類無癥狀的冠心病猝死，在司法鑒定實務(wù)中較為常見。冠心病猝死多發(fā)于35～60歲，近年來高血壓、高血脂、高膽固醇、糖尿病的患病人數(shù)增多，現(xiàn)代人工作壓力大、生活節(jié)奏快、精神緊張、生活方式不健康、肥胖、吸煙和體力活動少等因素均易引起冠心病，因此冠心病猝死年齡呈年輕化趨勢[7]。對于司法鑒定實務(wù)中診斷冠心病猝死，冠脈管壁粥樣硬化病變致管腔狹窄的嚴重程度是重要依據(jù)，故科學(xué)、精確地測量冠狀動脈狹窄程度對法醫(yī)病理鑒定具有十分重要的意義。

（二）Pixel法的應(yīng)用

該技術(shù)方法需要檢測者要熟悉Adobe Photo?Shop的基本操作，特別是選區(qū)的精確建立。要針對不同冠脈照片特點建立最佳的選區(qū)。同時由于冠狀動脈內(nèi)膜與中膜的分界是以IEL為界限[8]，在運用相關(guān)選區(qū)工具建立選區(qū)時，需要對IEL進行識別，由于冠脈本身病變程度、取材、制片和染色等因素的影響，冠脈斑塊病變和IEL有時不易辨識，因此要求操作者具有一定的病理學(xué)基礎(chǔ)知識和實務(wù)操作經(jīng)驗。

由于冠脈面積相對較小，因此，測量相應(yīng)的面積要求更精確，對冠脈位圖圖像分辨率的要求較高。Pixel法測量冠狀動脈狹窄程度，理論上圖像的分辨率越高，冠狀動脈的圖像越精細，單位面積內(nèi)像素數(shù)量越多，建立選區(qū)測量和計算時的誤差會越小，其結(jié)果越精確。若原始圖像不能滿足要求，可通過提高分辨率來調(diào)整，建議300PPI或更高。并且為減少人為操作引起的誤差，建議多次測量取平均值。

綜上，使用Pixel法測量冠狀動脈狹窄程度，比傳統(tǒng)方法（肉眼估計法）有明顯優(yōu)勢，本法測量出來的冠狀動脈狹窄程度更精確、更科學(xué)客觀，由于將變形的IEL轉(zhuǎn)換成正常形態(tài)（正圓）再進行測量并計算，可使結(jié)果更接近患者生前狀況，使涉及冠心?。ㄕJ定或排除）的法醫(yī)學(xué)鑒定結(jié)論更加準確，更具說服力，也更能適應(yīng)當前法醫(yī)學(xué)鑒定行業(yè)規(guī)范化、標準化發(fā)展的要求。與其他專業(yè)軟件相比，該方法簡單、易操作，成本低、便于推廣，在司法鑒定中具有很好的應(yīng)用前景。