Mimics 軟件后處理技術與胸部CT對氣胸致肺壓縮程度的對比研究

王 劍 鐘永紅 居建剛 孫一波 沈林峰 張曉敏

氣胸是臨床常見的急癥[1]，治療方案取決于臨床癥狀和肺壓縮程度，肺壓縮嚴重程度是人體損傷程度鑒定的重要依據。因此，精準判斷氣胸后肺壓縮程度具有重要意義。目前常用測量工具為胸片和胸部CT，其中胸片評估氣胸量較為粗糙，不能準確提供肺壓縮程度，甚至有漏診可能，胸部CT 診斷氣胸靈敏度高，可相對準確地評估氣胸量，但是需要借助相關分析軟件ENREF1，過程復雜繁瑣，耗時費力[2]。也有研究采用相關回歸方程計算肺壓縮程度，但這些方程較復雜，操作不便，并且很多病例不適用該方法測量，不便于臨床實際工作中使用。MSCT 后處理技術可簡單準確三維重建胸腔內氣體，精確計算出被壓縮肺體積比[3]，但是該技術主要依賴CT 設備自帶軟件和放射科醫師的輔助。Mimics 軟件是一款三維重建軟件，在骨骼重建方面應用較多，在肺部疾病應用研究鮮有報道。本文采用Mimics 軟件對壓縮肺組織及患側胸廓容積進行三維重建，計算肺壓縮程度，并與CT 測量法對比，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇2015 年7 月至2020 年12 月在杭州市臨平區第一人民醫院經胸部CT 檢查發現的自發性氣胸患者21 例，男20 例，女1 例，年齡17～81（50.5±20.27）歲。右側氣胸者7 例，左側者14 例。

1.2 納入及排除標準 納入標準：首次診斷、單側氣胸、未經治療者；排除標準：胸廓明顯變形、胸腔積液較多者。

1.3 設備與軟件 64 排螺旋Optima CT670（美國GE 公司）；Precision Thunis 800 型X 射線機（美國GE 公司）。計算機配置為Windows10 操作系統、Intel（R）Core（TM）i3-4000M CPU@2.4GHz 處理器，4GB內存。三維建模軟件為Mimics 20.0 版。

1.4 胸部CT 計算肺壓縮比及其標準 胸部CT 計算氣胸壓縮比例的算法：在氣胸側，以橫突外緣至胸壁內緣為基準范圍為整個一側肺野，當肺野外側受壓至上述范圍之1/4 時，肺組織大約受壓35%；當受壓至1/3 時，肺組織受壓50%；當受壓1/2 時，肺組織受壓65%；當受壓至2/3 時，肺組織受壓80%；當肺組織全部被壓縮至肺門，呈軟組織密度時，肺組織受壓約為95%。氣胸的分度：≤25%為少量氣胸，＞25%～50%為中量氣胸，≥50%為大量氣胸。

1.5 Mimics 軟件三維重建及肺壓縮比計算 打開Mimics 軟件，將斷層CT 掃描的DICOM 格式圖像導入。對患者胸腔提取有兩種方法。方法1：依次使用“Segment-Pulmonary-Segment Airway”工具對氣管、支氣管樹提取，使用Calculate 3D 工具對蒙版進行三維重建，利用“Cut Airway”進行氣管標記，再選擇“Segment Lung and Lobes”，最終提取兩側肺，即為胸腔容積（該方法可忽略壓縮肺，直接按胸腔容積來運算肺容積），Properties 工具讀取患側胸腔的體積（見圖1-2）。方法2：使用Thresholding 工具對患者胸部CT 圖像進行閾值分割，設定分割閾值為-1024～-500，使胸腔完全填充，并與胸壁軟組織、骨骼完全分割（見圖3-4）；使用Region Growing 工具進行區域增長，將圖像保存為蒙板，通過Edit masks 編輯蒙版中Erase 工具手動擦除不相關區域，使用Edit masks 中Draw 工具進行修補，將圖像保存為蒙板，通過使用Calculate 3D 工具進行三維重建，重建后利用Wrap 工具對內部空洞再次進行填充，利用“顏色”“光滑”等效果對模型進行美化處理，Properties 工具讀取患側胸腔體積。壓縮肺組織重建同方法2，閾值分割閾值為-900～-450。肺壓縮比=100%-壓縮肺體積/患側胸腔體積×100%。

圖1 氣胸患者胸部CT 影像

圖2 氣胸患者胸廓容積提取

圖3 氣胸患者壓縮肺容積提取

圖4 氣胸患者胸廓容積提取

1.6 統計學方法 應用SPSS 22.0 統計軟件，CT 測量法和Mimics 測量法所算得結果進行配對t 檢驗，相關性分析采用線性相關分析，以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 胸部CT 與Mimics 計算肺壓縮體積 胸部CT測得少量氣胸4 例，中量氣胸7 例，大量氣胸10 例，肺壓縮程度8%～90%（45.65±26.34）%。按Mimics 計算則測得少量氣胸7 例，中量氣胸5 例，大量氣胸9例，肺壓縮程度3.6%～83%（42.67±24.47）%，兩組比較差異無統計學意義（P=0.131）。CT 測量大中小氣胸均值分別為（70.47±13.01）%、（29.28±3.45）%、（13.25±3.50）%，按照CT 評估大中小氣胸標準，Mimics 測量大中小氣胸均值分別為（64.56±10.45）%、（30.03±10.75）%、（10.02±6.16）%（見表1）。二者呈線性正相關，散點圖見圖5。

圖5 Mimics 計算肺壓縮比與CT 測量壓縮比值散點圖，二者呈線性正相關，大部分數據位于95%CI 內

表1 Mimics 計算肺壓縮比與CT 測量壓縮比值比較（%，）

表1 Mimics 計算肺壓縮比與CT 測量壓縮比值比較（%，）

3 討論

肺壓縮程度是氣胸后選擇治療方案時的重要依據，根據壓縮程度來決定保守吸氧治療、閉式胸腔引流或者緊急開胸手術等[4]。目前臨床上肺壓縮程度的評估主要是通過拍攝胸片或胸部CT 后進行估算，主要有目測法、面積法、三線法、體積法等[5]。但這些方法存在一定的缺陷，如精準度不高、主觀性較大。Cai等[6]利用CT 上的軟件系統開發自動化測量容積系統，對氣胸診斷有較高的精準性，但仍必須使用依賴CT 掃描及相應的計算機軟件支持，并耗時費力，限制了臨床推廣應用。一些研究通過對氣胸時游離不同平面各種徑線的測量得到肺壓縮比的線性回歸方程，來計算肺壓縮比[7]。但這種計算方式不適合胸腔畸形、液氣胸、胸膜粘連嚴重、肺大泡等患者，故也較難在臨床推廣。穆曉俊等[8]利用氣管隆突層面的垂直距離比值來預估氣胸患者肺壓縮百分比，得出線性回歸方程，我們前期嘗試該回歸方程，發現有一定的實用性，但是對于少量氣胸、胸廓畸形、肺表面凹陷等情況則不能進行運算或計算結果出入較大。孟慶良等[9]利用MSCT 后處理技術評估氣胸、液氣胸患者肺壓縮比，MSCT 具備良好的空間及密度分辨率，并具有進行三維立體結構測量的優勢，能夠簡單、準確地測量出肺壓縮比，明顯優于傳統的胸片。但這一技術主要依賴CT 設備自帶軟件和放射科醫師的幫助，臨床醫生不能方便、有效地利用該技術開展工作。

Mimics 軟件是比利時Materialise 公司開發的交互式醫學圖像控制系統，可對二維影像信息（包括CT 和MRI）進行閾值分割、提取、渲染等，最終實現三維數字化重建[10]。Mimics 軟件目前主要應用于骨科疾病，可快速實現骨骼的重建，用于疾病評估、手術模擬、教學等，而在肺部疾病中的應用罕有報道，主要由于肺疾病多樣，肺結構復雜，與骨科、牙科、腹部疾病不同，這些部位的密度較高，結構相對簡單，可較為容易地提取三維模型，但肺部結構除骨骼外，還包含氣體、液體、血管、氣管、食管、軟組織等成分，將不同成分按需求提取有一定的技術難度。

占夢軍等[11]報道了1 例利用Mimics 軟件精準計算氣胸后肺組織壓縮程度的鑒定，但對Mimics 軟件的臨床實用性需更多的數據支撐。本研究利用Mimics 軟件評估例氣胸患者的肺壓縮程度，發現軟件中有2 種方法可對壓縮肺和患者胸廓容積進行三維重建及計算。與CT 測量法比較，兩組間測量結果差異無統計學意義，計算結果具有高度的一致性，這一結果表明Mimics 軟件評估氣胸嚴重程度具有可靠性和臨床實用性。另外我們還發現Mimics 測量評估的氣胸量普遍比CT 測量低，有1 例CT 評估為大量氣胸，Mimics 測量為中量氣胸，有3 例CT 測量為中量氣胸，Mimics 測量為中少量氣胸。這一現象說明Mimics 測量結果更精準，但還需更多臨床數據或測量方法支持。我們研究認為，與其他測量方法相比，Mimics 軟件優勢在于：（1）軟件廉價；（2）軟件操作步驟簡單，高度自動化，省時、省力，臨床醫師可在個人電腦安裝使用[12]；（3）計算精準度高，即便肺部及胸廓結構復雜，重建后仍能高度還原實物。缺陷在于對影像數據要求高，CT 層面少則精準度下降。

綜上所述，Mimics 軟件評估氣胸后肺壓縮程度具有簡單、快速、精準等優勢，可有效指導臨床選擇治療方案及療效評估，具有一定的臨床實用價值，值得推廣應用。