DeepInsight 3D-CTBA 434 例胸部增強CT 數(shù)據(jù)運行分析及臨床應用

嚴煜，周學軍，覃文軍，王曉譚，楊茗峻

(南通大學附屬醫(yī)院1 胸外科，2 影像科，南通 226001；3 東北大學醫(yī)學影像智能計算教育部重點實驗室)

肺部小結節(jié)病變常與早期肺癌有關，臨床常選用亞肺葉切除[1]。由于肺結節(jié)病變可在肺內(nèi)較深位置，常導致定位不準，或因切除范圍不夠致術后復發(fā)[2]。肺段血管與氣管解剖結構變異，術中誤傷導致精準切除失敗。利用三維CT 支氣管血管成像(3D-computed tomography bronchography and angiography,3D-CTBA)導航可以將肺結節(jié)、肺段支氣管及肺段血管結構形成可視化動圖，實現(xiàn)術前規(guī)劃，術中精準切除病灶，減少手術并發(fā)癥[1,3-4]。DeepInsight 是我國自行設計的一款針對肺段、亞肺段手術研發(fā)的3D 導航軟件，通過增強CT 影像數(shù)據(jù)導入該軟件并運行，實現(xiàn)肺結節(jié)病變及肺段支氣管、動脈、靜脈提取，形成可視化的3D 動畫，為胸外科亞肺葉手術提供導航[4-5]。為獲得滿意的導航效果，對DeepInsight3D 導航軟件相關的胸部增強CT 的條件設置，數(shù)據(jù)處理方面進行了一些探索，現(xiàn)報告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 收集南通大學附屬醫(yī)院2018 年10月—2020 年11 月肺結節(jié)手術患者胸部增強CT 數(shù)據(jù)共434 例，其中男185 例，女249 例；年齡23～81歲，平均62.5 歲。肺部結節(jié)病灶直徑0.8～2.0 cm，均為實性及亞實性結節(jié)。

1.2 3D-CTBA 方法 患者均行胸部CT 支氣管血管成像檢查，采用GE Revolution 設備，通過右前臂注入對比劑行胸部增強CT 掃描[5]。對比劑量和CT掃描延時的準確計算是形成滿意的增強CT 圖像數(shù)據(jù)的關鍵步驟。為掌握對比劑注射量及CT 掃描延時時間操作數(shù)值，正式注射對比劑前，所有受檢查者均采用“團注測試法”，預注射小劑量對比劑(30 mL)，獲得肺動脈、主動脈“時間-密度”曲線圖，依據(jù)肺動脈峰值時間、主動脈峰值時間，肺動脈峰值-主動脈峰值(V-A)間隔時間3 個參數(shù)，計算個體對比劑注射量和CT 掃描延時時間，然后實施胸部CT 對比劑增強掃描。為獲得最佳胸部增強CT 操作數(shù)據(jù)，首先收集41 例患者肺動脈、主動脈“時間-密度”曲線及測定參數(shù)進行排列觀察，按“時間-密度”曲線軟件設定的8.8、10.3、11.8 s 時間點，將收集數(shù)據(jù)分組，分別統(tǒng)計各組V-A 間隔時間、對比劑注射量、CT 掃描延時時間3個參數(shù)并根據(jù)導航軟件運行滿意與否進行對比分析和t 檢驗，以期發(fā)現(xiàn)不同肺動脈峰值分組中，上述3 個參數(shù)改變對3D 導航軟件肺血管提取、染色的影響。最后確定滿意對比劑注射量和CT 掃描延時時間作為全組434 例增強CT 操作的參考值。

患者胸部增強CT DICOM 數(shù)據(jù)由手術人員輸入DeepInsight 軟件并運行，分別進行氣管提取，血管提取、染色，結節(jié)及手術安全范圍標注，圖像剪裁等步驟，重建3D 肺結節(jié)、肺段支氣管及動靜脈血管模型，形成3D 動畫圖像[5]。3D 重建的評價結果分為：3 分(滿意)，肺段血管及支氣管提取清晰，形態(tài)完整，染色色彩明亮；2 分(較滿意)，肺段血管可以提取，但不能染色或染色不全；1 分(不滿意)，肺段血管無法提取。將3D 重建滿意和較滿意的立體動畫圖像應用于胸腔鏡精準亞肺葉切除手術導航[5]。

1.3 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 20.0 統(tǒng)計分析軟件處理數(shù)據(jù)。計量資料以表示，兩組間比較采用t 檢驗，P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 肺動脈、主動脈“時間-密度”曲線 41 例“團注測試法”預注射增強掃描獲得肺動脈、主動脈“時間-密度”曲線見圖1，結果顯示，V-A 間隔時間5.92～9.50 s，對比劑注射量44.17～67.33 mL，CT 掃描延時時間14.13～22.00 s。不同肺動脈峰值3 組中3 個參數(shù)的統(tǒng)計比較結果見表1。結果發(fā)現(xiàn)8.8 s 組中對比劑注射量、CT 掃描延時時間這兩個參數(shù)變化對3D導航軟件血管提取和染色滿意與否有關(P＜0.05)，而肺動脈峰值10.3 s 組、11.8 s 組上述參數(shù)變化與3D導航軟件染色滿意與否無明顯關系(P＞0.05)。

圖1 41 例“團注測試法”預注射對比劑獲得的肺動脈、主動脈“時間-密度”曲線圖

表1 41 例“團注測試”法不同肺動脈峰值時間分組各參數(shù)滿意度比較()

表1 41 例“團注測試”法不同肺動脈峰值時間分組各參數(shù)滿意度比較()

2.2 DeepInsight 運行結果 全組434 例DeepInsight 3D-CTBA 運行血管提取染色結果3 分(滿意)391 例，2 分(較滿意)30 例，1 分(不滿意)13 例(圖2，見封二)。滿意病例中，主動脈CT 值420～495 Hu，肺動脈165～200 Hu，主/肺動脈CT 差值225～295 Hu，3D 肺血管提取順利，血管染色分支及走向清晰，特別對常見的左上肺A3，右上肺rec.A2、右上肺各肺段，亞肺段V.分支、中央靜脈及其分支提供清晰走向，對精準亞肺葉切除起到良好的導航作用。將滿意、較滿意DeepInsight 3D-CTBA 圖像應用于胸腔鏡肺段/亞肺段手術導航，術中與解剖對照觀察，結果完全相符(視頻1，見二維碼)。

圖2 DeepInsight 運行血管不同染色結果

3 討論

肺結節(jié)磨玻璃病變與早期肺癌有關。自有關肺段切除治療早期肺癌臨床研究[2]發(fā)表以來，日本、北美及我國開展多項系列臨床研究[1,4,6-10]，及時治療肺結節(jié)早期肺癌，患者預后良好[1,4,11-13]。胸腔鏡微創(chuàng)亞肺葉切除是治療這類疾病的主要方法，其優(yōu)點是創(chuàng)傷小、手術切除精準、患者術后生活質(zhì)量改善[11,13]。精準手術要求術前設計規(guī)劃手術方案，術中清晰明了肺結節(jié)，特別是多發(fā)結節(jié)，跨段肺結節(jié)準確定位，保證安全切除范圍。對肺段、亞肺段支氣管、血管解剖變異等能夠正確識別，避免術中副損傷。新近開展的肺亞段/聯(lián)合肺亞段手術更強調(diào)段間、段內(nèi)靜脈正確鑒別和處理[4,14]。隨著計算機、CT 技術的發(fā)展，3DCTBA 利用胸部計算機斷層掃描，在計算機上使用三維可視化軟件進行計算，渲染，構建出胸部骨骼、血管、軟組織等解剖結構的虛擬三維結構。手術中利用3D-CTBA 進行導航，就能解決這些問題。國外已開展3D 導航亞肺葉切除[10,15]。DeepInsight 是我國自行研制的專為胸外科亞肺葉手術的一款導航軟件，該軟件采用人工智能方法提取肺部精細結構并形成可視動畫[16-17]，為胸外科精準手術提供了診斷及手術信息。國內(nèi)學者[4,18-22]利用該軟件導航，成功施行肺段，亞肺段，聯(lián)合亞段精準切除。

DeepInsight 軟件運行對胸部肺動靜脈CT 值有一定的要求。本研究測試軟件提供的增強CT 影像，升主動脈的CT 值為451.8 Hu，肺動脈為189.7 Hu，主/肺動脈CT 差值為262.1 Hu。CT 在胸部區(qū)域作增強掃描時，在空氣充滿支氣管及其分支的理想狀態(tài)下，主/肺動脈內(nèi)對比劑形成上述CT 值和階差值，就能獲得滿意的血管提取和染色效果。肺動脈、主動脈“時間-密度”曲線是對比劑流經(jīng)心肺血管，到達升主動脈時，CT 即時掃描產(chǎn)生的肺動脈/主動脈曲線圖(圖1)。肺動脈、主動脈“時間-密度”曲線參數(shù)變化反映了受檢者主/肺動脈血流動力學狀態(tài)，表現(xiàn)在血管峰值、峰值時間、V-A 間隔時間、曲線陡峭度等參數(shù)的改變。因此，掌握肺動脈、主動脈“時間-密度”曲線參數(shù)和圖形動態(tài)行走趨向，準確計算對比劑注射量和CT 掃描延時時間，是成功實施增強CT 血管造影的關鍵。良好的CT 增強造影圖像數(shù)據(jù)能夠滿足軟件運行要求，實現(xiàn)肺內(nèi)血管成功模擬提取、染色。

為獲得全組434 例DeepInsight 3D-CTBA 的滿意結果，首先收集41 例患者“團注測試法”參數(shù)并根據(jù)肺動脈、主動脈“時間-密度”曲線肺動脈峰值時間進行分組。結果表明，41 例患者V-A 間隔時間為5.92～9.50 s，對比劑注射量為44.17～67.33 mL，CT 掃描延時時間為14.13～22.00 s，說明個體差異范圍較大。進一步觀察不同肺動脈峰值分組測試結果發(fā)現(xiàn)，肺動脈峰值時間8.8 s 組中，血管染色不滿意組對比劑注射量和CT 掃描延時時間均少于滿意組(均P＜0.05)。結果說明肺動脈峰值時間8.8 s 組中對比劑量減少，CT 掃描延時縮短與軟件血管提取、染色有關，而肺動脈峰值10.3 s 組、11.8 s 組上述參數(shù)變化與軟件血管提取、染色無明顯關系(P＞0.05)。另外，8.8 s組V-A 間隔時間縮短與染色結果滿意與否接近統(tǒng)計意義(P=0.083,表1)，說明V-A 間隔時間變化亦可能與染色結果有關。我們在操作中觀察到肺動脈峰值8.8 s 組常見于青壯年，其心肺功能好，對比劑流經(jīng)心肺血管內(nèi)速度快。對比劑用量過少不利于肺動脈和主動脈間形成滿意的CT 值和CT 值階差，加之掃描延時時間過短，所形成的影像數(shù)據(jù)不能符合軟件血管和染色的提取閾值，從而導致軟件運行失敗。特別需要注意的是，當出現(xiàn)肺動脈峰值8.8 s 時，增強CT 技術操作要謹慎，正確計算對比劑用量和掃描延時時間，才能獲得滿意的結果。

通過對全組434 例肺動脈，主動脈“時間-密度”曲線觀察分析，發(fā)現(xiàn)患者“時間-密度”曲線具有個體化變異。表現(xiàn)在肺動脈峰值、主動脈峰值出現(xiàn)時間、波形高度、波形形態(tài)及波形趨向改變。一些患者肺動脈、主動脈峰值過早、過低，V-A 間隔時間過短時，需要實際操作中結合CT 設備性能，患者全身情況及配合狀態(tài)等，對計算出來的對比劑注射量和CT 掃描延時時間參考值作適當調(diào)整。血管染色滿意與否也與軟件提取支氣管及其分支有關。患者在行增強CT 檢查前需密切配合完成吸呼氣訓練，并在CT 掃描時保持充分吸氣后摒氣狀態(tài)，使支氣管細支氣管內(nèi)存有足量的氣體[1,4]，才能獲得滿意的掃描圖像數(shù)據(jù)。基于上述對肺動脈、主動脈“時間-密度”曲線的認識和學習，并在實際操作中進行了相應的技術參數(shù)調(diào)整，全組434 例DeepInsight 3D-CTBA 中結果滿意391 例，較滿意30 例，不滿意13 例。將結果滿意或較滿意的3D-CTBA 動畫應用于術前規(guī)劃設計，術中胸腔鏡亞肺葉精準切除導航(見二維碼)均取得了良好的導航效果。在術中同時將3D 建模的氣管，血管與手術中實體解剖對照，結果完全一致。3D-CTBA 應用方便了手術操作并防止副損傷。所有患者均成功實施亞肺葉切除手術并順利出院。

綜上所述，應用DeepInsight 3D-CTBA 為精準亞肺葉切除手術起到良好的導航作用。應用“團注測試法”，依據(jù)肺動脈、主動脈“時間-密度”曲線，計算合適的對比劑注射量和CT 掃描延時時間是DeepInsight 3D-CTBA 成功的技術關鍵因素。肺動脈、主動脈“時間-密度”曲線及參數(shù)變化，心肺功能狀態(tài)，患者配合以及CT 設備條件等，都會影響CT掃描和軟件運行結果。成功應用DeepInsight 3DCTBA 立體建模，手術中可行肺結節(jié)病變精準定位，手術中對肺段，亞肺段動脈、靜脈、支氣管結構及變異起到滿意的識別導航作用，為手術順利進行提供安全保障。