嚴(yán)煜，周學(xué)軍，覃文軍，王曉譚，楊茗峻

(南通大學(xué)附屬醫(yī)院1 胸外科，2 影像科，南通 226001；3 東北大學(xué)醫(yī)學(xué)影像智能計(jì)算教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室)

肺部小結(jié)節(jié)病變常與早期肺癌有關(guān)，臨床常選用亞肺葉切除[1]。由于肺結(jié)節(jié)病變可在肺內(nèi)較深位置，常導(dǎo)致定位不準(zhǔn)，或因切除范圍不夠致術(shù)后復(fù)發(fā)[2]。肺段血管與氣管解剖結(jié)構(gòu)變異，術(shù)中誤傷導(dǎo)致精準(zhǔn)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(dǎo)航可以將肺結(jié)節(jié)、肺段支氣管及肺段血管結(jié)構(gòu)形成可視化動(dòng)圖，實(shí)現(xiàn)術(shù)前規(guī)劃，術(shù)中精準(zhǔn)切除病灶，減少手術(shù)并發(fā)癥[1,3-4]。DeepInsight 是我國自行設(shè)計(jì)的一款針對(duì)肺段、亞肺段手術(shù)研發(fā)的3D 導(dǎo)航軟件，通過增強(qiáng)CT 影像數(shù)據(jù)導(dǎo)入該軟件并運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)肺結(jié)節(jié)病變及肺段支氣管、動(dòng)脈、靜脈提取，形成可視化的3D 動(dòng)畫，為胸外科亞肺葉手術(shù)提供導(dǎo)航[4-5]。為獲得滿意的導(dǎo)航效果，對(duì)DeepInsight3D 導(dǎo)航軟件相關(guān)的胸部增強(qiáng)CT 的條件設(shè)置，數(shù)據(jù)處理方面進(jìn)行了一些探索，現(xiàn)報(bào)告如下。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 收集南通大學(xué)附屬醫(yī)院2018 年10月—2020 年11 月肺結(jié)節(jié)手術(shù)患者胸部增強(qiáng)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(jié)節(jié)病灶直徑0.8～2.0 cm，均為實(shí)性及亞實(shí)性結(jié)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(shè)備，通過右前臂注入對(duì)比劑行胸部增強(qiáng)CT 掃描[5]。對(duì)比劑量和CT掃描延時(shí)的準(zhǔn)確計(jì)算是形成滿意的增強(qiáng)CT 圖像數(shù)據(jù)的關(guān)鍵步驟。為掌握對(duì)比劑注射量及CT 掃描延時(shí)時(shí)間操作數(shù)值，正式注射對(duì)比劑前，所有受檢查者均采用“團(tuán)注測(cè)試法”，預(yù)注射小劑量對(duì)比劑(30 mL)，獲得肺動(dòng)脈、主動(dòng)脈“時(shí)間-密度”曲線圖，依據(jù)肺動(dòng)脈峰值時(shí)間、主動(dòng)脈峰值時(shí)間，肺動(dòng)脈峰值-主動(dòng)脈峰值(V-A)間隔時(shí)間3 個(gè)參數(shù)，計(jì)算個(gè)體對(duì)比劑注射量和CT 掃描延時(shí)時(shí)間，然后實(shí)施胸部CT 對(duì)比劑增強(qiáng)掃描。為獲得最佳胸部增強(qiáng)CT 操作數(shù)據(jù)，首先收集41 例患者肺動(dòng)脈、主動(dòng)脈“時(shí)間-密度”曲線及測(cè)定參數(shù)進(jìn)行排列觀察，按“時(shí)間-密度”曲線軟件設(shè)定的8.8、10.3、11.8 s 時(shí)間點(diǎn)，將收集數(shù)據(jù)分組，分別統(tǒng)計(jì)各組V-A 間隔時(shí)間、對(duì)比劑注射量、CT 掃描延時(shí)時(shí)間3個(gè)參數(shù)并根據(jù)導(dǎo)航軟件運(yùn)行滿意與否進(jìn)行對(duì)比分析和t 檢驗(yàn)，以期發(fā)現(xiàn)不同肺動(dòng)脈峰值分組中，上述3 個(gè)參數(shù)改變對(duì)3D 導(dǎo)航軟件肺血管提取、染色的影響。最后確定滿意對(duì)比劑注射量和CT 掃描延時(shí)時(shí)間作為全組434 例增強(qiáng)CT 操作的參考值。

患者胸部增強(qiáng)CT DICOM 數(shù)據(jù)由手術(shù)人員輸入DeepInsight 軟件并運(yùn)行，分別進(jìn)行氣管提取，血管提取、染色，結(jié)節(jié)及手術(shù)安全范圍標(biāo)注，圖像剪裁等步驟，重建3D 肺結(jié)節(jié)、肺段支氣管及動(dòng)靜脈血管模型，形成3D 動(dòng)畫圖像[5]。3D 重建的評(píng)價(jià)結(jié)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(dòng)畫圖像應(yīng)用于胸腔鏡精準(zhǔn)亞肺葉切除手術(shù)導(dǎo)航[5]。

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

2 結(jié)果

2.1 肺動(dòng)脈、主動(dòng)脈“時(shí)間-密度”曲線 41 例“團(tuán)注測(cè)試法”預(yù)注射增強(qiáng)掃描獲得肺動(dòng)脈、主動(dòng)脈“時(shí)間-密度”曲線見圖1，結(jié)果顯示，V-A 間隔時(shí)間5.92～9.50 s，對(duì)比劑注射量44.17～67.33 mL，CT 掃描延時(shí)時(shí)間14.13～22.00 s。不同肺動(dòng)脈峰值3 組中3 個(gè)參數(shù)的統(tǒng)計(jì)比較結(jié)果見表1。結(jié)果發(fā)現(xiàn)8.8 s 組中對(duì)比劑注射量、CT 掃描延時(shí)時(shí)間這兩個(gè)參數(shù)變化對(duì)3D導(dǎo)航軟件血管提取和染色滿意與否有關(guān)(P＜0.05)，而肺動(dòng)脈峰值10.3 s 組、11.8 s 組上述參數(shù)變化與3D導(dǎo)航軟件染色滿意與否無明顯關(guān)系(P＞0.05)。

圖1 41 例“團(tuán)注測(cè)試法”預(yù)注射對(duì)比劑獲得的肺動(dòng)脈、主動(dòng)脈“時(shí)間-密度”曲線圖

表1 41 例“團(tuán)注測(cè)試”法不同肺動(dòng)脈峰值時(shí)間分組各參數(shù)滿意度比較()

表1 41 例“團(tuán)注測(cè)試”法不同肺動(dòng)脈峰值時(shí)間分組各參數(shù)滿意度比較()

2.2 DeepInsight 運(yùn)行結(jié)果 全組434 例DeepInsight 3D-CTBA 運(yùn)行血管提取染色結(jié)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(dòng)脈CT 值420～495 Hu，肺動(dòng)脈165～200 Hu，主/肺動(dòng)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(duì)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(duì)精準(zhǔn)亞肺葉切除起到良好的導(dǎo)航作用。將滿意、較滿意DeepInsight 3D-CTBA 圖像應(yīng)用于胸腔鏡肺段/亞肺段手術(shù)導(dǎo)航，術(shù)中與解剖對(duì)照觀察，結(jié)果完全相符(視頻1，見二維碼)。

圖2 DeepInsight 運(yùn)行血管不同染色結(jié)果

3 討論

肺結(jié)節(jié)磨玻璃病變與早期肺癌有關(guān)。自有關(guān)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(xiàng)系列臨床研究[1,4,6-10]，及時(shí)治療肺結(jié)節(jié)早期肺癌，患者預(yù)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(diǎn)是創(chuàng)傷小、手術(shù)切除精準(zhǔn)、患者術(shù)后生活質(zhì)量改善[11,13]。精準(zhǔn)手術(shù)要求術(shù)前設(shè)計(jì)規(guī)劃手術(shù)方案，術(shù)中清晰明了肺結(jié)節(jié)，特別是多發(fā)結(jié)節(jié)，跨段肺結(jié)節(jié)準(zhǔn)確定位，保證安全切除范圍。對(duì)肺段、亞肺段支氣管、血管解剖變異等能夠正確識(shí)別，避免術(shù)中副損傷。新近開展的肺亞段/聯(lián)合肺亞段手術(shù)更強(qiáng)調(diào)段間、段內(nèi)靜脈正確鑒別和處理[4,14]。隨著計(jì)算機(jī)、CT 技術(shù)的發(fā)展，3DCTBA 利用胸部計(jì)算機(jī)斷層掃描，在計(jì)算機(jī)上使用三維可視化軟件進(jìn)行計(jì)算，渲染，構(gòu)建出胸部骨骼、血管、軟組織等解剖結(jié)構(gòu)的虛擬三維結(jié)構(gòu)。手術(shù)中利用3D-CTBA 進(jìn)行導(dǎo)航，就能解決這些問題。國外已開展3D 導(dǎo)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(shù)的一款導(dǎo)航軟件，該軟件采用人工智能方法提取肺部精細(xì)結(jié)構(gòu)并形成可視動(dòng)畫[16-17]，為胸外科精準(zhǔn)手術(shù)提供了診斷及手術(shù)信息。國內(nèi)學(xué)者[4,18-22]利用該軟件導(dǎo)航，成功施行肺段，亞肺段，聯(lián)合亞段精準(zhǔn)切除。

DeepInsight 軟件運(yùn)行對(duì)胸部肺動(dòng)靜脈CT 值有一定的要求。本研究測(cè)試軟件提供的增強(qiáng)CT 影像，升主動(dòng)脈的CT 值為451.8 Hu，肺動(dòng)脈為189.7 Hu，主/肺動(dòng)脈CT 差值為262.1 Hu。CT 在胸部區(qū)域作增強(qiáng)掃描時(shí)，在空氣充滿支氣管及其分支的理想狀態(tài)下，主/肺動(dòng)脈內(nèi)對(duì)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(dòng)脈、主動(dòng)脈“時(shí)間-密度”曲線是對(duì)比劑流經(jīng)心肺血管，到達(dá)升主動(dòng)脈時(shí)，CT 即時(shí)掃描產(chǎn)生的肺動(dòng)脈/主動(dòng)脈曲線圖(圖1)。肺動(dòng)脈、主動(dòng)脈“時(shí)間-密度”曲線參數(shù)變化反映了受檢者主/肺動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)，表現(xiàn)在血管峰值、峰值時(shí)間、V-A 間隔時(shí)間、曲線陡峭度等參數(shù)的改變。因此，掌握肺動(dòng)脈、主動(dòng)脈“時(shí)間-密度”曲線參數(shù)和圖形動(dòng)態(tài)行走趨向，準(zhǔn)確計(jì)算對(duì)比劑注射量和CT 掃描延時(shí)時(shí)間，是成功實(shí)施增強(qiáng)CT 血管造影的關(guān)鍵。良好的CT 增強(qiáng)造影圖像數(shù)據(jù)能夠滿足軟件運(yùn)行要求，實(shí)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(jié)果，首先收集41 例患者“團(tuán)注測(cè)試法”參數(shù)并根據(jù)肺動(dòng)脈、主動(dòng)脈“時(shí)間-密度”曲線肺動(dòng)脈峰值時(shí)間進(jìn)行分組。結(jié)果表明，41 例患者V-A 間隔時(shí)間為5.92～9.50 s，對(duì)比劑注射量為44.17～67.33 mL，CT 掃描延時(shí)時(shí)間為14.13～22.00 s，說明個(gè)體差異范圍較大。進(jìn)一步觀察不同肺動(dòng)脈峰值分組測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，肺動(dòng)脈峰值時(shí)間8.8 s 組中，血管染色不滿意組對(duì)比劑注射量和CT 掃描延時(shí)時(shí)間均少于滿意組(均P＜0.05)。結(jié)果說明肺動(dòng)脈峰值時(shí)間8.8 s 組中對(duì)比劑量減少，CT 掃描延時(shí)縮短與軟件血管提取、染色有關(guān)，而肺動(dòng)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(guān)系(P＞0.05)。另外，8.8 s組V-A 間隔時(shí)間縮短與染色結(jié)果滿意與否接近統(tǒng)計(jì)意義(P=0.083,表1)，說明V-A 間隔時(shí)間變化亦可能與染色結(jié)果有關(guān)。我們?cè)诓僮髦杏^察到肺動(dòng)脈峰值8.8 s 組常見于青壯年，其心肺功能好，對(duì)比劑流經(jīng)心肺血管內(nèi)速度快。對(duì)比劑用量過少不利于肺動(dòng)脈和主動(dòng)脈間形成滿意的CT 值和CT 值階差，加之掃描延時(shí)時(shí)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(dǎo)致軟件運(yùn)行失敗。特別需要注意的是，當(dāng)出現(xiàn)肺動(dòng)脈峰值8.8 s 時(shí)，增強(qiáng)CT 技術(shù)操作要謹(jǐn)慎，正確計(jì)算對(duì)比劑用量和掃描延時(shí)時(shí)間，才能獲得滿意的結(jié)果。

通過對(duì)全組434 例肺動(dòng)脈，主動(dòng)脈“時(shí)間-密度”曲線觀察分析，發(fā)現(xiàn)患者“時(shí)間-密度”曲線具有個(gè)體化變異。表現(xiàn)在肺動(dòng)脈峰值、主動(dòng)脈峰值出現(xiàn)時(shí)間、波形高度、波形形態(tài)及波形趨向改變。一些患者肺動(dòng)脈、主動(dòng)脈峰值過早、過低，V-A 間隔時(shí)間過短時(shí)，需要實(shí)際操作中結(jié)合CT 設(shè)備性能，患者全身情況及配合狀態(tài)等，對(duì)計(jì)算出來的對(duì)比劑注射量和CT 掃描延時(shí)時(shí)間參考值作適當(dāng)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(guān)。患者在行增強(qiáng)CT 檢查前需密切配合完成吸呼氣訓(xùn)練，并在CT 掃描時(shí)保持充分吸氣后摒氣狀態(tài)，使支氣管細(xì)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(duì)肺動(dòng)脈、主動(dòng)脈“時(shí)間-密度”曲線的認(rèn)識(shí)和學(xué)習(xí)，并在實(shí)際操作中進(jìn)行了相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)調(diào)整，全組434 例DeepInsight 3D-CTBA 中結(jié)果滿意391 例，較滿意30 例，不滿意13 例。將結(jié)果滿意或較滿意的3D-CTBA 動(dòng)畫應(yīng)用于術(shù)前規(guī)劃設(shè)計(jì)，術(shù)中胸腔鏡亞肺葉精準(zhǔn)切除導(dǎo)航(見二維碼)均取得了良好的導(dǎo)航效果。在術(shù)中同時(shí)將3D 建模的氣管，血管與手術(shù)中實(shí)體解剖對(duì)照，結(jié)果完全一致。3D-CTBA 應(yīng)用方便了手術(shù)操作并防止副損傷。所有患者均成功實(shí)施亞肺葉切除手術(shù)并順利出院。

綜上所述，應(yīng)用DeepInsight 3D-CTBA 為精準(zhǔn)亞肺葉切除手術(shù)起到良好的導(dǎo)航作用。應(yīng)用“團(tuán)注測(cè)試法”，依據(jù)肺動(dòng)脈、主動(dòng)脈“時(shí)間-密度”曲線，計(jì)算合適的對(duì)比劑注射量和CT 掃描延時(shí)時(shí)間是DeepInsight 3D-CTBA 成功的技術(shù)關(guān)鍵因素。肺動(dòng)脈、主動(dòng)脈“時(shí)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(shè)備條件等，都會(huì)影響CT掃描和軟件運(yùn)行結(jié)果。成功應(yīng)用DeepInsight 3DCTBA 立體建模，手術(shù)中可行肺結(jié)節(jié)病變精準(zhǔn)定位，手術(shù)中對(duì)肺段，亞肺段動(dòng)脈、靜脈、支氣管結(jié)構(gòu)及變異起到滿意的識(shí)別導(dǎo)航作用，為手術(shù)順利進(jìn)行提供安全保障。