區(qū)域生長后處理技術(shù)在支氣管動(dòng)脈CTA 中的應(yīng)用價(jià)值

劉佳懌，張 俊，梁志鵬

（南京醫(yī)科大學(xué)附屬逸夫醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，江蘇 南京 211000）

肺由肺動(dòng)脈及支氣管動(dòng)脈雙重供血，分別來自肺循環(huán)和體循環(huán)。支氣管動(dòng)脈是肺的營養(yǎng)血管，正常支氣管動(dòng)脈細(xì)小，走行迂曲，開口變異較大［1］。支氣管動(dòng)脈參與各類肺疾病病變的發(fā)生及發(fā)展全過程，并發(fā)生相應(yīng)的形態(tài)變化。隨著MSCT、容積CT 的臨床應(yīng)用及圖像后處理技術(shù)的不斷進(jìn)步，目前CTA 已可無創(chuàng)、快速、立體地顯示支氣管動(dòng)脈［2］。區(qū)域生長法是醫(yī)學(xué)應(yīng)用較廣泛的分割方法之一，有利于劃分灰度圖像十分接近的區(qū)域，利用選定的種子點(diǎn)向外擴(kuò)張，可直接選中ROI，根據(jù)事先定義的準(zhǔn)則，將像素點(diǎn)或子區(qū)域聚合成更大的區(qū)域［3］。其基本方法［4］：以一組“種子”點(diǎn)開始，將與種子性質(zhì)相似的相鄰像素附加到生長區(qū)域的每個(gè)種子點(diǎn)上?；陂撝祬^(qū)域生長的血管分隔方法為：通過設(shè)置閾值，并用相鄰像素點(diǎn)的灰度值與閾值進(jìn)行對(duì)比，確定是否與種子點(diǎn)的性質(zhì)相似。本研究采用區(qū)域生長圖像后處理技術(shù)觀察CTA 圖像上支氣管動(dòng)脈的立體解剖及形態(tài)特征。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016 年10 月至2019 年6 月間我院診斷為肺癌或咯血并行支氣管動(dòng)脈CTA 檢查的患者35 例，其中男16 例，女19 例；年齡49～76歲，平均（56.1±11.30）歲；19.0 kg/m2≤體質(zhì)量指數(shù)（BMI）＜25 kg/m2，無明顯心臟擴(kuò)大及心衰表現(xiàn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：碘對(duì)比劑高危及過敏、心肝腎功能不全、心臟搭橋術(shù)后患者等。所有患者均簽署檢查知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens 第3 代炫速雙源CT，管電壓無預(yù)設(shè)值，開啟CARE Dose4D，CARE kV設(shè)為Semi。掃描參數(shù)：120 kV，400 mAs，準(zhǔn)直128×0.6 mm，患者屏氣一次完成掃描，掃描范圍自胸廓入口處至心臟膈面，實(shí)際掃描長度由計(jì)算機(jī)給出。采用雙筒高壓注射器以4.5～5.5 mL/s 的流率經(jīng)肘前靜脈注射對(duì)比劑（碘克沙醇270 mgI/mL），劑量1.0 mL/kg體質(zhì)量，后續(xù)注射生理鹽水30～40 mL。應(yīng)用對(duì)比劑示蹤法在主動(dòng)脈根部層面選擇ROI 檢測CT 值，當(dāng)CT 值達(dá)到120 HU 時(shí)，延遲5 s 掃描。

1.3 圖像后處理及分析 將原始圖像數(shù)據(jù)傳輸至后處理工作站（Syngo via，version VB10B；Siemens Medical Solutions），分別采取傳統(tǒng)方法（A 組）和傳統(tǒng)方法+區(qū)域生長法（B 組）進(jìn)行后處理。采用Inspace-Merged 和3D 軟件，行MPR、MIP、CPR 及VR 等多方位觀察支氣管動(dòng)脈圖像。

1.4 圖像質(zhì)量評(píng)價(jià) 支氣管動(dòng)脈的認(rèn)定［5］：從體循環(huán)動(dòng)脈發(fā)出，經(jīng)肺門至支氣管肺內(nèi)并緊貼支氣管壁走行的小動(dòng)脈。由2 名高年資影像診斷主治醫(yī)師分別對(duì)重建后支氣管動(dòng)脈圖像質(zhì)量進(jìn)行獨(dú)立評(píng)分［6］：5分，血管顯示很清晰且邊緣銳利；4 分，血管清晰、邊緣基本光滑；3 分，血管尚清楚且能夠分辨血管邊緣；2 分，血管邊緣不銳利但尚能分辨；1 分，血管邊緣模糊不能分辨者。3 分以上能滿足診斷需要。2 位閱片者意見不一致時(shí)協(xié)商診斷?？陀^評(píng)價(jià)：在支氣管動(dòng)脈選取ROI（大小為1 mm2），距離主動(dòng)脈或肋間動(dòng)脈開口處1.0 cm；測量支氣管動(dòng)脈的CT 值、同側(cè)腋窩脂肪的CT 值和標(biāo)準(zhǔn)差（standard deviation，SD），SD 值作為背景噪聲，均測量3 次取平均值，并計(jì)算CNR及SNR；CNR=（CT1-CT2）/SD，SNR=CT1/SD（CT1為支氣管動(dòng)脈的CT 值，CT2為同側(cè)腋窩脂肪CT 值）。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)軟件，組間比較行χ2檢驗(yàn)，計(jì)量資料以表示，計(jì)數(shù)資料以百分率（%）表示，圖像主觀評(píng)分采用等級(jí)資料秩和檢驗(yàn)。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。應(yīng)用Kappa 檢驗(yàn)評(píng)價(jià)2 位閱片者的一致性，K＞0.7 為一致性較好，0.4≤K≤0.7 為一致性中等，K＜0.4 為一致性差。

2 結(jié)果

2.1 2 組支氣管動(dòng)脈起源及大體解剖形態(tài)的顯示情況（表1，圖1、2）B 組支氣管動(dòng)脈起源及大體解剖形態(tài)的顯示情況均優(yōu)于A 組（χ2=11.234、23.563，均P＜0.05）。

表1 2 組支氣管動(dòng)脈起源及大體解剖形態(tài)的顯示情況

2.2 2 組圖像質(zhì)量主觀評(píng)價(jià)（表2）2 組主觀評(píng)分A 組（3.02±0.21）分，B 組（3.62±0.31）分，B 組優(yōu)于A 組（P＜0.05），2 名評(píng)價(jià)者的評(píng)分一致性較好（K=0.887，P＜0.05）。

表2 2 組圖像質(zhì)量的主觀評(píng)價(jià) 支

2.3 2 組圖像質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)（表3）2 組圖像支氣管動(dòng)脈的平均CT 值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），2組圖像的SD 值、CNR 及SNR 差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05）。

表3 2 組圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)（）

表3 2 組圖像質(zhì)量的客觀評(píng)價(jià)（）

2.4 2 組圖像后處理時(shí)間評(píng)價(jià)（表4）診斷醫(yī)師1對(duì)2 組圖像后處理時(shí)間及診斷醫(yī)師2 對(duì)2 組圖像的后處理時(shí)間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），表明使用區(qū)域生長法后處理技術(shù)用時(shí)少于傳統(tǒng)方法。

表4 2 組圖像后處理時(shí)間比較（t/s，）

表4 2 組圖像后處理時(shí)間比較（t/s，）

3 討論

區(qū)域生長屬于基于區(qū)域的分隔方法范疇，此方法一般需3 個(gè)步驟［7］：選擇合適的種子點(diǎn)，制訂適合的生長規(guī)則，制訂生長停止規(guī)則。首先在CT 圖像中選擇一個(gè)血管種子點(diǎn)，然后根據(jù)生長規(guī)則比較圖像鄰域中點(diǎn)與種子血管點(diǎn)的相似性，滿足生長規(guī)則的點(diǎn)將被合并為一個(gè)區(qū)域并繼續(xù)生長，直至滿足生長停止規(guī)則時(shí)結(jié)束生長，圖像分割質(zhì)量依賴于生長規(guī)則和停止規(guī)則。區(qū)域生長分割的優(yōu)點(diǎn)是速度快、效率高，尤其適合于簡單、灰度分布規(guī)律性強(qiáng)的圖像；缺點(diǎn)是需要太多人工交互，圖像噪聲影響分割，不易制訂適合的生長規(guī)則和停止規(guī)則［8］。

支氣管動(dòng)脈解剖結(jié)構(gòu)細(xì)小，走行迂曲，個(gè)體解剖變異較大。隨著微創(chuàng)外科技術(shù)的開展，食管癌胸腔鏡微創(chuàng)手術(shù)逐漸增多，CT 支氣管動(dòng)脈成像對(duì)術(shù)前評(píng)估支氣管動(dòng)脈走行、避免損傷導(dǎo)致支氣管壁壞死亦有重要臨床價(jià)值及應(yīng)用前景。支氣管動(dòng)脈的解剖分型依據(jù)Morita 報(bào)道分型方法［9］，并參考周金亮的解剖分型方法［10］，主要分為6 型。另外，支氣管動(dòng)脈在胸主動(dòng)脈的開口方向，大致有2 種定位方法［11-13］：“四壁法”和“時(shí)鐘法”；前者將胸主動(dòng)脈橫斷位平均分為四壁（前壁、后壁、左側(cè)壁、右側(cè)壁），觀察支氣管動(dòng)脈發(fā)出的方位，該方法簡單、易行，但定位不夠精確；后者將胸主動(dòng)脈橫斷位按照時(shí)鐘點(diǎn)數(shù)進(jìn)行劃分，觀察支氣管動(dòng)脈的發(fā)出方位。筆者認(rèn)為“時(shí)鐘法”能夠準(zhǔn)確提供支氣管動(dòng)脈開口方向，可為臨床提供更精確的術(shù)前指導(dǎo)等。本研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)域生長法圖像后處理技術(shù)對(duì)于判斷支氣管動(dòng)脈解剖分型和起源優(yōu)于傳統(tǒng)后處理方法，這是因?yàn)閰^(qū)域生長法可得出多個(gè)生長圖層，每個(gè)圖層分布代表氣管、骨骼、主動(dòng)脈及支氣管動(dòng)脈等，然后每個(gè)圖層選用不同的VR 模板，通過修改曲線閾值和顏色替代相應(yīng)的組織，這使得區(qū)域生長法提高了對(duì)分支的顯示能力。同時(shí)每個(gè)組織的VR模板在閾值和顏色調(diào)節(jié)滿意后保存到系統(tǒng)，這樣在下次提取完組織成分后可直接使用歷史模板，節(jié)約后處理時(shí)間。

心臟冠狀動(dòng)脈、肺動(dòng)脈等血管成像已獲得廣泛應(yīng)用［14-15］，而支氣管動(dòng)脈CTA 至今尚未獲得真正技術(shù)上的成功而得以常規(guī)應(yīng)用，所以利用重建技術(shù)使支氣管動(dòng)脈清晰顯示尤為重要。MPR 建立在薄層軸位圖像的基礎(chǔ)上，操作簡便，能任意產(chǎn)生新的斷層圖像且無需重復(fù)掃描，從而很好地顯示支氣管動(dòng)脈的全段及管腔內(nèi)外的情況，但因支氣管動(dòng)脈細(xì)小、走行迂曲，常僅能顯示一個(gè)剖面而無法顯示整體走向，所以難以表達(dá)復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)。MIP 能夠調(diào)節(jié)重建厚度，并對(duì)所觀察到的血管行360°全方位旋轉(zhuǎn)、拉直，使不在同一平面的結(jié)構(gòu)顯示到同一層面，可對(duì)支氣管動(dòng)脈的大體走行進(jìn)行細(xì)致觀察，并借助MPR 圖像快速準(zhǔn)確定位［16］。VR 立體感強(qiáng)，它的顯示更接近于解剖結(jié)構(gòu)，形態(tài)及色彩逼真，不僅可直觀、立體顯示支氣管動(dòng)脈的起源、開口位置等，還可體現(xiàn)支氣管動(dòng)脈與周圍組織結(jié)構(gòu)的三維空間關(guān)系，但它對(duì)血管管徑和對(duì)比劑注射壓力、流率及濃度的要求較高。CPR 是二維重建中一種較特殊的形式，可跟蹤顯示支氣管血管全貌，能夠?qū)⒂厍?、縮短、堆疊的血管結(jié)構(gòu)伸展拉直，使其在同一平面全程清晰顯示，也可對(duì)血管腔內(nèi)對(duì)比劑充盈情況進(jìn)行觀察［17］，所以對(duì)血管管徑及對(duì)比劑濃度要求低；但其準(zhǔn)確性及客觀性受圖像后處理操作人員的影響，畫線稍不光滑圖像上管壁會(huì)呈鋸齒狀［18-19］。本研究B 組采用區(qū)域生長后處理技術(shù)顯示支氣管動(dòng)脈的起源優(yōu)于A 組，對(duì)支氣管動(dòng)脈大體走行的完整顯示能力較好。

本研究不足之處：①區(qū)域生長法應(yīng)用于臨床的時(shí)間尚短，且用于支氣管動(dòng)脈CTA 后處理的研究較少，仍需大樣本、多方案進(jìn)一步研究，同時(shí)也需DSA的對(duì)照研究。②支氣管動(dòng)脈擴(kuò)張程度及患者的差異是否對(duì)研究結(jié)果有影響，也需進(jìn)一步考證?？傊?，利用傳統(tǒng)方法+區(qū)域生長法后處理技術(shù)能快速、準(zhǔn)確顯示支氣管動(dòng)脈的起源、大體形態(tài)，以及相關(guān)供血來源，尤其是異位起源及多支責(zé)任血管等情況，可為中晚期中央型肺癌介入栓塞術(shù)提供精確的影像學(xué)支持。

圖1 男，56 歲，咯血 圖1a 采用傳統(tǒng)重建方法 圖1b 采用區(qū)域生長法，在顯示支氣管動(dòng)脈遠(yuǎn)端分支上優(yōu)于圖1a 圖2 女，64 歲，雙肺多發(fā)占位性病變 圖2a 采用傳統(tǒng)重建方法圖2b 采用區(qū)域生長法，在顯示支氣管動(dòng)脈大體形態(tài)上優(yōu)于圖2a