基于非線性融合技術(shù)肺支氣管血管成像在肺結(jié)節(jié)術(shù)前定位的應(yīng)用

顧秀婷，尹笑笑，吳云江，張 勇，趙 義，謝曉亮

隨著計算機體層成像（computed tomography，CT）快速的發(fā)展， 低劑量CT 掃描普遍用于肺癌的篩查，使肺癌能夠在早期得到確診[1]。 這為肺癌的微創(chuàng)手術(shù)開創(chuàng)了新的時代，肺解剖節(jié)段切除已經(jīng)成為早期肺癌肺葉切除的替代品，解剖節(jié)段切除可以最大程度地保留健康肺組織，保證患者后期的生存質(zhì)量，而且可以取得與肺葉切除相當?shù)氖中g(shù)效果[2，3]。肺靜脈是肺段與亞肺段之間功能解剖單元的解剖間隙，靶肺段的解剖性切除目的是完整地切除靶段， 切斷靶段的動脈、靜脈和支氣管，保留段間靜脈，最大程度地保留余肺結(jié)構(gòu)和功能[4]。因此，肺段的解剖性切除需要胸外科醫(yī)生對于肺部支氣管血管有一個空間上的立體感，準確地定位及判斷其血管有無變異。 西門子雙源CT 雙能量掃描可以得到不同能量級的圖像，不同能量組織的對比度也不同[5]。因此，筆者旨在比較肺結(jié)節(jié)患者行雙能量肺靜脈掃描后獲取不同能量圖像， 總結(jié)出對比度、信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）及肺部血管顯示較好的圖像，構(gòu)建清晰的肺三維支氣管血管成像（threedimensional computed tomography bronchography，3DCTBA），從而為胸外科醫(yī)生手術(shù)方案的確定提供可靠的理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性分析2020 年4 月至2022 年3 月在揚州大學附屬醫(yī)院行肺結(jié)節(jié)手術(shù)患者115 例， 其中男性55 例，女性60 例；年齡24 ～81 歲，平均年齡61.3 歲（標準差11.8 歲）； 病灶直徑0.4 ～2.4 cm， 平均直徑1.19 cm（標準差0.50 cm）；病程1 天～2 年，平均病程2.5 個月（標準差4.24 個月）。

選擇標準：肺部局灶性病變疑似惡性結(jié)節(jié)；所有患者均在術(shù)前進行肺靜脈成像；肺靜脈檢查前簽署增強檢查知情同意書并且要求家屬陪同；此次研究經(jīng)醫(yī)院倫理審查委員會批準 （審批號為2022-YKL5-18-008），患者均知情同意。

排除標準：多發(fā)原位癌、淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移、肺楔形切除術(shù)、小細胞肺癌及以往有對比劑過敏者。

1.2 方法

1.2.1 CT 掃描

采用德國西門子Force 雙源CT。 對所有患者行肺靜脈雙能量掃描，A 球管80 kV，B 球管（Sn）150 kV，CARE Dose 4D 自動毫安監(jiān)測，層厚5.0 mm，旋轉(zhuǎn)時間0.25 s，準直寬度192.0 mm×0.6 mm，螺距0.55。

掃描方法：①患者水平仰臥位，兩臂上舉抱頭，訓練患者吸氣屏氣，掃描范圍包括整個胸部；②獲取定位像后在氣管隆突下2 cm 掃監(jiān)測層，同時顯示肺動脈干及升主動脈，采用小劑量監(jiān)測法（test bolus），高壓注射器設(shè)置320 mgI/mL 的碘克沙醇15 mL，流率4 mL/s，同時按下曝光鍵及注射藥物按鈕，至肺動脈及升主動脈內(nèi)造影劑由暗變亮再變暗后停止掃描；③繪制造影劑在肺動脈干及升主動脈的峰值曲線，獲得造影劑在肺動脈干及升主動脈峰值時間；④高壓注射器A 管設(shè)置好30 mL 的造影劑，B 管設(shè)置30 mL 0.9%氯化鈉溶液（生理鹽水），調(diào)取胸部肺靜脈的雙源序列，將升主動脈造影劑峰值時間輸入后同時按下曝光按鈕及注射藥物按鈕， 藥物注射結(jié)束后注射0.9%氯化鈉溶液（生理鹽水），掃描結(jié)束。

1.2.2 圖像處理

圖像掃描結(jié)束后在Syngovia 工作站上進行后處理。 80 kV（A 組）、（Sn）150 kV（B 組）及線性融合M-0.6（C 組）是掃描后獲得。 然后將A 組和B 組圖像調(diào)入Syngovia 工作站上，選取優(yōu)化對比軟件，采用系統(tǒng)默認融合系數(shù)，默認融合窗位150HU，窗寬200 HU，獲得重組非線性融合圖像（D 組）。

由2 名主治及以上的影像科醫(yī)師分別測量4 組圖像的肺靜脈干CT 值、豎脊肌CT 值、右肺上靜脈及右肺中動脈CT 值，并計算平均值。選取感興趣區(qū)約0.2 cm2，同一層面胸前正中處空氣標準差為噪聲（noise，N），計算肺靜脈干SNR= 肺靜脈干平均CT 值/N，肺靜脈干對比噪聲比（contrast-to-noise ratio，CNR）= （肺靜脈平均CT 值- 豎脊肌平均CT 值）/N。 右肺上葉靜脈與右肺中葉動脈差值（V上-A中）和右肺上葉靜脈CT 值較右肺中葉動脈CT 值增加的比率（V上-A中）/A中，比較4 組間SNR、CNR、（V上-A中）差值及（V上-A中）/A中。

1.2.3 圖像評價

根據(jù)比較結(jié)果選取最佳組數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics 軟件進行3D-CTBA，根據(jù)臨床需求將圖像分為優(yōu)、良、差3 個等級。 肺靜脈標記為黃色，肺動脈標記為紅色，支氣管標記為白色。 優(yōu)：亞段肺動靜脈及支氣管偽彩區(qū)分顯示清晰。 良：段肺動靜脈及支氣管偽彩區(qū)分顯示清晰。差：肺動靜脈及支氣管不能通過偽彩顯示清晰。

1.3 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 23.0 統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)分析。 計量資料采用均數(shù)± 標準差表示， 對4 組數(shù)據(jù)先進行Levene 方差齊性檢驗， 各組間比較用單因素方差檢驗。觀察者間測量的一致性用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient，ICC）分析，ICC ＜0.40，觀察者間測量的一致性較差；ICC 介于0.40 ～0.75， 觀察者間測量的一致性中等；ICC ＞0.75，觀察者間測量的一致性好。 P ＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 觀察者間測量一致性結(jié)果分析

兩名主治及以上的影像科醫(yī)師分別測量4 組圖像對應(yīng)組織的CT 值， 兩者間的測量值經(jīng)一致性分析，一致性均較好，其中4 組圖像肺靜脈干的ICC 分別為0.991、0.987、0.985、0.994，豎脊肌的ICC 分別為0.877、0.885、0.887、0.895。

2.2 4 組圖像比較結(jié)果

4 組圖像的SNR 和CNR 均不同且差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）（表1）。D 組圖像SNR 和CNR 最高，與D組比較，A、B、C 組tSNR分別為-2.227、-8.199、-5.906，tCNR分別為- 2.111、- 8.756、- 5.920。 肺靜脈與動脈CT 值差值對比結(jié)果均不同，D 組圖像肺靜脈與動脈CT 值差值最大，且右肺上葉靜脈CT 值較右肺中葉動脈CT 值增加的比率最高，與A 組差異無統(tǒng)計學意義（P ＞0.05），與B、C 組差異有統(tǒng)計學意義（tV上-A中=- 9.207、- 4.167，tV上-A中/A中= - 4.396、- 3.102，P ＜0.05）。

表1 不同能量4 組數(shù)據(jù)比較Tab.1 Comparison of energy data in 4 groups

2.3 三維肺支氣管血管成像評價

將D 組圖像導(dǎo)入Mimics 軟件進行3D-CTBA，根據(jù)臨床需求評價圖像，111 例圖像為優(yōu)，3 例為良，1例為差。 見圖1、2。

圖1 1 例47 歲女性患者雙能量肺靜脈評分為優(yōu)3D-CTBAFig. 1 Image of 3D-CTBA in 47-year-old female patient with dual-energy pulmonary vein score of excellent

圖2 1 例67 歲男性患者雙能量肺靜脈評分為良3D-CTBAFig. 2 Image of 3D-CTBA in 67-year-old male patient with dual-energy pulmonary vein score of good

3 討論

近些年隨著低劑量螺旋CT 的快速發(fā)展，肺癌的檢出率大大提高，手術(shù)方案直接影響患者術(shù)后肺功能的恢復(fù)[6]。 電視輔助胸腔鏡手術(shù)逐漸替代肺部惡性腫瘤的開胸手術(shù)，有文獻報道早期肺癌的胸腔鏡下肺解剖節(jié)段性切除可以最大程度地保留健康肺組織，有利于保護肺功能，減少術(shù)后并發(fā)癥的產(chǎn)生[7]。肺靜脈是肺段及亞肺段之間功能解剖單元的解剖間隙，術(shù)前需了解結(jié)節(jié)與段間靜脈的關(guān)系，判斷需要切除的血管及支氣管，保留段間靜脈[8]。段間靜脈的誤切是導(dǎo)致術(shù)后咯血的主要原因，因此肺血管的準確定位及判斷其有無變異，可有效減少術(shù)后咯血及肺損傷漏氣機會，更好地保護余肺結(jié)構(gòu)和功能的完整性。三維肺支氣管血管成像的出現(xiàn)滿足了這一技術(shù)要求，不僅能顯示變異血管還能精確地測量血管至病灶的距離[9]。因此，做出滿足臨床需求的三維肺支氣管血管非常重要，這對影像科醫(yī)生提出了巨大的挑戰(zhàn)。

在肺支氣管血管成像中，肺動靜脈內(nèi)造影劑要達到一定的濃度差，才能重組出比較理想的圖像。 在筆者研究中胸外科的醫(yī)生希望得到充滿高濃度造影劑的肺靜脈，而肺動脈沒有或者只有少量造影劑，因此在檢查過程采用test bolus 測試法充分考慮患者的個體循環(huán)差異，先用小劑量測試肺動脈及升主動脈造影劑的峰值時間，這樣避免因設(shè)置固定的觸發(fā)閾值而導(dǎo)致掃描失敗。 而且用test bolus 測試法，通過精準地測試造影劑在血管內(nèi)的峰值時間，減少注射過多造影劑而給患者帶來后續(xù)的不良反應(yīng)[10]。在筆者研究中D 組圖像的肺靜脈與動脈CT 值差值最大， 平均值達到328.5 HU，重建圖像能清晰的分清亞段肺動靜及支氣管，這與鐘晶等的研究一致[11]。 B、C 組的肺靜脈與動脈CT 值差值平均值在200 HU 以下， 重建出的三維肺支氣管血管圖像不能滿足胸外科醫(yī)生的要求。

雙源CT 使用兩套獨立的球管-探測器系統(tǒng)，可同時獲得同一物質(zhì)在高低不同能量下的物質(zhì)衰減系數(shù)。 在雙能量肺靜脈CT 掃描時可以得到高低兩組能量的圖像，即80 kV 和（Sn）150 kV 的圖像，80 kV 圖像組織內(nèi)造影劑的CT 值高，便于觀看血管且容易發(fā)現(xiàn)病灶， 但是圖像噪聲大，（Sn）150 kV 的圖像噪聲小，圖像看起來更細膩，但組織造影劑CT 值低，血管和病灶與正常組織對比差，容易遺漏病灶[12]。 目前臨床上經(jīng)常用的圖像是線性融合圖像即融合了60%的80 kV 的圖像及40%的（Sn）150 kV 的圖像，兼顧了血管及病灶的顯示也提高了圖像SNR。 但是在實際工作中筆者希望軟組織噪聲更低， 采用更多的高kV圖像的CT 值，而少采用低kV 圖像的CT 值，血管及病灶多采用低kV 圖像的CT 值， 因此非線性融合軟件根據(jù)不同的CT 值進行不同的融合，并根據(jù)融合的窗位和窗寬自動優(yōu)化圖像的CNR。 非線性融合技術(shù)是雙源CT 獨有的圖像處理技術(shù)，根據(jù)顯示要求可以對每一個像素進行不同能量的融合。筆者研究對雙能量肺靜脈CT 各組圖像進行統(tǒng)計學分析，發(fā)現(xiàn)非線性融合的圖像SNR、CNR 較其他組均高，肺靜脈較肺動脈CT 值增加的百分比最高，用非線性融合圖像進行三維支氣管血管重建得出的優(yōu)質(zhì)圖像達97%， 為臨床手術(shù)方案的確定提供了必要的理論依據(jù)。在盧光明等[13]研究中也證明了非線性融合技術(shù)在肺部血管成像中的應(yīng)用。非線性融合技術(shù)在其他部位成像中也得到了廣泛的應(yīng)用[14]。有研究報道對于肺部的解剖節(jié)段切除手術(shù)，開發(fā)了很多肺部血管及3D-CTPA 軟件[15~17]，但是3D-CTPA 在臨床應(yīng)用中存在一些局限性[18]，因為軟件包并不是全自動的，而是把影像科做出的圖像導(dǎo)入軟件程序然后人工進行處理，需要依賴影像科醫(yī)生掃描的圖像質(zhì)量，因此筆者研究以在實際工作中進一步提高肺靜脈的圖像質(zhì)量為目標，充分利用了雙能量CT 的優(yōu)勢，將非線性融合技術(shù)用于改善肺血管的顯示。 最終經(jīng)統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，97%圖像能較好地滿足胸外科醫(yī)生術(shù)前的定位，為胸外科手術(shù)方案的確定提供可靠的理論依據(jù)。

綜上所述，基于非線性融合技術(shù)肺支氣管血管圖像SNR、CNR 更高，且肺靜脈與動脈CT 值差值最大，能夠精確地發(fā)現(xiàn)肺血管是否有變異及還原肺部結(jié)節(jié)與支氣管、動靜脈及周圍組織的關(guān)系，為胸外科醫(yī)生手術(shù)方案的制定提供重要的理論依據(jù)，從而減少手術(shù)出血和并發(fā)癥的發(fā)生，提高患者術(shù)后生存質(zhì)量。