第三代雙源CT 卷積核在支氣管三維重組中的應(yīng)用價(jià)值

張勇 吳云江 焦志云 顧秀婷 劉靜 王葦

肺血管、支氣管三維重組技術(shù)可在術(shù)前充分了解肺部結(jié)節(jié)與肺段結(jié)構(gòu)（肺支氣管、肺段靜脈、肺段動(dòng)脈）的解剖變異和空間關(guān)系，能夠提高胸腔鏡解剖性肺段切除術(shù)的精確性[1]。在臨床工作中發(fā)現(xiàn)由于支氣管與相鄰肺組織分辨率較低，無(wú)法直接重組出滿足臨床需求的三維支氣管樹(shù)圖像，然而不同卷積核可以獲取不同的像素噪聲、空間分辨率及密度分辨率[2]，相同原始數(shù)據(jù)可通過(guò)改變卷積核重建圖像來(lái)提高重組支氣管的質(zhì)量。因此本研究主要對(duì)比三種具有代表性的卷積核進(jìn)行支氣管樹(shù)三維重組，探討不同卷積核重建對(duì)支氣管樹(shù)三維重組的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 一般資料收集2022 年3 月～7 月我院擬行視頻輔助胸腔鏡解剖性肺段、亞段切除術(shù)患者38 例，術(shù)前均行胸部CT 增強(qiáng)檢查，其中男18 例，女20 例，年齡41～81（63.3±10.7）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：肺部小結(jié)節(jié)或磨玻璃樣變大小0.8～2.0cm。排除標(biāo)準(zhǔn)：①造影劑過(guò)敏者；②有心、腦、腎等器官有禁忌的疾患及不能配合者；③完善相關(guān)檢查排除手術(shù)禁忌者。入選對(duì)象均具有知情權(quán)且自愿簽訂知情同意書(shū)。

1.2 儀器與方法采用Siemens Somatom Force 多層雙源螺旋CT，雙能量模式行肺靜脈CTA 掃描。掃描參數(shù)：A、B 球管電壓分別80KVp/Sn150KVp，有效管電流為382/212mAs，螺距0.55，轉(zhuǎn)速0.25s/rot，準(zhǔn)直器寬度192mm×0.6mm。掃描方法：患者取仰臥位，雙手置于頭頂，掃描前進(jìn)行呼吸訓(xùn)練。于肱正中靜脈或前臂靜脈內(nèi)置入20G 的靜脈留置針，并告知患者注射造影劑時(shí)會(huì)有輕微不適感不必緊張。采用小劑量測(cè)試法Test Bolus 以5ml/s 的速率注入非離子型對(duì)比劑（優(yōu)維顯370，先靈拜耳，德國(guó)）約10ml，接著以相同的速率再追加20ml 生理鹽水，注入對(duì)比劑后連續(xù)監(jiān)測(cè)支氣管分叉處20s，分別在主動(dòng)脈和肺動(dòng)脈畫(huà)ROI 測(cè)得達(dá)峰時(shí)間。肺靜脈CTA 掃描時(shí)造影劑30ml，接著以相同的速率再追加30ml 生理鹽水，以主動(dòng)脈達(dá)峰時(shí)間作為掃描延遲時(shí)間。掃描范圍均從胸廓入口平面至后肋膈角平面，采用吸氣末屏氣掃描方案。

1.3 圖像重建及分析采用雙源CT 線性融合技術(shù)權(quán)重因子（weighing factor，M）M=0.6 分別重建卷積核Br32（medium smooth）、Br40（medium）、Br54（medium sharp）圖像，重建層厚1.0mm，層間隔1.0mm。采用Syngo.via 工作站肺3D 軟件對(duì)支氣管樹(shù)進(jìn)行三維重組后處理。

1.4 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)支氣管數(shù)目：利用肺3D 軟件分別重組卷積核Br32、Br40、Br54 支氣管樹(shù)，記錄區(qū)域增長(zhǎng)支氣管數(shù)目。支氣管樹(shù)三維重組圖像評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：5 分：圖像對(duì)比度優(yōu)秀，可顯示5 級(jí)亞亞段支氣管分支，較好顯示支氣管樹(shù)；4 分：圖像對(duì)比度良好，可顯示4 級(jí)亞段支氣管分支；3 分：圖像對(duì)比度一般，可顯示3 級(jí)段支氣管分支，大致能夠滿足肺段切除術(shù)；2 分：圖像對(duì)比度較差，能夠顯示2 級(jí)葉支氣管分支；1 分：圖像對(duì)比度差，葉支氣管顯示不清，無(wú)法達(dá)到術(shù)前評(píng)估要求。可術(shù)前評(píng)估率為評(píng)分3～5 分的患者數(shù)量除以患者總數(shù)的百分比，優(yōu)良率為評(píng)分4～5 分的患者數(shù)量除以患者總數(shù)的百分比。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析采用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用Shapiro-Wilk 檢驗(yàn)進(jìn)行正態(tài)性分析，正態(tài)性分布數(shù)據(jù)用表示，不符合正態(tài)分布數(shù)據(jù)用M（Q1，Q3）表示。各卷積核支氣管增長(zhǎng)數(shù)目比較采用Kruskal-Wallis H 檢驗(yàn)，組間比較采用Bonferroni 法多重比較分析。各卷積核支氣管可術(shù)前評(píng)估率及優(yōu)良率比較采用χ2檢驗(yàn)。P<0.05 為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

各卷積核支氣管增長(zhǎng)數(shù)目比較：卷積核Br32 組30.0（22.0，45.0）支，Br40 組36.0（27.0，56.0）支，Br54組50.0（36.0，84.0）支，三種卷積核支氣管區(qū)域增長(zhǎng)數(shù)目比較，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（H=21.09，P<0.001）。其中卷積核Br54 組與卷積核Br32 組支氣管區(qū)域增長(zhǎng)數(shù)目比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.001）；卷積核Br54 與卷積核Br40 組支氣管區(qū)域增長(zhǎng)數(shù)目比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.018）；卷積核Br40 與卷積核Br32 組支氣管區(qū)域增長(zhǎng)數(shù)目比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.037）。各卷積核支氣管三維重建圖像及評(píng)分結(jié)果，見(jiàn)圖1、表1。

表1 三種卷積核的主觀評(píng)分結(jié)果

圖1 各卷積核支氣管三維重建

3 討論

隨著CT 設(shè)備的不斷更新，第三代雙源CT 在臨床得到了廣泛應(yīng)用，具有快速、精準(zhǔn)、安全的臨床信息采集特點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)超低劑量體檢、大范圍血管檢查、心臟冠脈檢查成像等方面具有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，同時(shí)在提高圖像質(zhì)量方面也起到積極作用。雙源CT 成像在不同能量的X 線照射下，不同組織X 線衰減不同，再通過(guò)融合重組技術(shù)可取得高分辨率、低噪聲的高質(zhì)量混合能量圖像，使得早期肺癌更易確診[3]。外科手術(shù)目前仍是治療早期肺癌的最佳方案，楔形切除術(shù)和肺段切除術(shù)均可用于治療選擇性早期肺癌，但肺段切除術(shù)療效優(yōu)于楔形切除術(shù)[4～6]。然而肺段、亞段的血管及支氣管相互關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，走形規(guī)律性差，且肺血管、支氣管解剖變異較多，使得手術(shù)過(guò)程中辨認(rèn)困難，增加了手術(shù)的難度。隨著肺血管、支氣管三維重組技術(shù)的應(yīng)用，使精準(zhǔn)的肺段切除成為可能。視頻輔助胸腔鏡手術(shù)（VATS）被認(rèn)為是原發(fā)性肺癌的一種替代開(kāi)胸手術(shù)的方法，通過(guò)配合肺段切除術(shù)可保留更多的健康肺組織，有利于保護(hù)患者術(shù)后肺功能，提高術(shù)后生活質(zhì)量，降低術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率[7]。以右肺上葉支氣管為例，根據(jù)終末通氣區(qū)域分為尖段（B1）、后段（B2）及前段（B3），有三干型，雙干型及缺失型三個(gè)主要類型。三干型三支支氣管發(fā)于同一平面，雙干型同一平面發(fā)出兩支支氣管，其中一個(gè)再發(fā)出兩個(gè)分支供應(yīng)兩個(gè)肺段，主要有前段單干、尖段后段共干（B3，B2+B1），后段單干、尖段前段共干（B2，B1+B3），尖段單干、前段后段共干（B1，B2+B3）。缺失型又分為兩類，分別為尖段缺失型（尖亞段及前亞段支氣管分別自后段及前段支氣管發(fā)出，后段缺失型前外亞段及前內(nèi)亞段分別自尖段及后段支氣管發(fā)出[8，9]。所以了解肺支氣管的形態(tài)及解剖變異對(duì)VATS 非常重要，通常重組支氣管樹(shù)需要胸外科醫(yī)生結(jié)合二維CT 圖像驗(yàn)證重組的準(zhǔn)確性耗時(shí)耗力。本研究以不同卷積核為基礎(chǔ)，選擇一種最有利于支氣管顯示的卷積核以提高顯示準(zhǔn)確性，減少與二維CT 圖像相互驗(yàn)證然后手動(dòng)增長(zhǎng)未顯示支氣管的情況，以提高工作效率。CT 卷積核又稱卷積函數(shù)或者濾波函數(shù)，是圖像重建運(yùn)算處理的重要步驟。卷積核處理通常使用濾波函數(shù)，即重建函數(shù)核來(lái)修正圖像，重建函數(shù)核是一種算法函數(shù)，主要用于凸顯目標(biāo)組織。高通算法即銳利的卷積核，得到高空間分辨率和高噪聲的圖像、相對(duì)的低密度分辨率，可用于需要觀察及分辨細(xì)節(jié)的組織，可提高薄層的評(píng)價(jià)精度。而低通算法即平滑的卷積核，獲得高密度分辨率、低空間分辨率和低噪聲，可用于圖像三維重組使重組后的圖像更平滑，同時(shí)可以改善高對(duì)比度小病變的可檢測(cè)性[10，11]。卷積核的參數(shù)值從低到高，獲得的橫斷面圖像從平滑到銳利，圖像空間分辨率呈增高趨勢(shì)，卷積核從低到高時(shí)圖像重組VR 的顆粒感也隨之增強(qiáng)，過(guò)于平滑及太強(qiáng)顆粒感的圖像都會(huì)影響支氣管識(shí)別，所以合理的選擇卷積核顯得尤為重要。本研究中，當(dāng)選擇卷積核為Br32 時(shí)，重建的橫斷面圖像空間分辨率低，顯示對(duì)比差，對(duì)支氣管壁線樣結(jié)構(gòu)顯示模糊，不能顯示更細(xì)小的線樣結(jié)構(gòu)；選擇卷積核Br40 時(shí)，圖像空間分辨率提高，顯示對(duì)比良好，對(duì)支氣管壁線樣結(jié)構(gòu)顯示較清晰，但更細(xì)小的線樣結(jié)構(gòu)顯示略顯模糊；選擇卷積核為Br54 時(shí)，圖像空間分辨率在三者中最高，顯示對(duì)比佳，對(duì)支氣管壁線樣結(jié)構(gòu)顯示清晰銳利，還可以顯示更細(xì)小的線樣結(jié)構(gòu)，因而，對(duì)于支氣管的VR 圖像，在一定范圍內(nèi)卷積核參數(shù)越高，圖像效果越好，但過(guò)高的卷積核因?yàn)樵肼暤脑黾樱谑芎粑绊懙膮^(qū)域或呼吸配合不佳患者誤增長(zhǎng)中也較明顯。當(dāng)前，對(duì)雙源CT 關(guān)于肺部的研究大多在肺灌注及肺灌注與肺動(dòng)脈造影融合方面，也有使用迭代重建技術(shù)減少輻射劑量，改善圖像質(zhì)量等方面[12]。另外在頭頸部及脊柱CT、肺孤立結(jié)節(jié)及冠狀動(dòng)脈支架選擇合理卷積核重建方面也有報(bào)道[13～15]，對(duì)于在支氣管三維重組中如何合理選擇卷積核目前尚無(wú)報(bào)道。

綜上所述，本研究通過(guò)評(píng)價(jià)第三代雙源CT 不同卷積核重組支氣管的數(shù)目及評(píng)分，合理選擇卷積核以獲得高質(zhì)量的3D 支氣管樹(shù)圖像，為臨床提供支氣管的變異情況及其與肺動(dòng)靜脈的解剖關(guān)系并以此制定個(gè)性化的手術(shù)方案，以便取得良好的手術(shù)效果，做到精準(zhǔn)醫(yī)療。