DeepInsight 3D-CTBA 434 例胸部增强CT 数据运行分析及临床应用

严煜，周学军，覃文军，王晓谭，杨茗峻

(南通大学附属医院1 胸外科，2 影像科，南通 226001；3 东北大学医学影像智能计算教育部重点实验室)

肺部小结节病变常与早期肺癌有关，临床常选用亚肺叶切除[1]。由于肺结节病变可在肺内较深位置，常导致定位不准，或因切除范围不够致术后复发[2]。肺段血管与气管解剖结构变异，术中误伤导致精准切除失败。利用三维CT 支气管血管成像(3D-computed tomography bronchography and angiography,3D-CTBA)导航可以将肺结节、肺段支气管及肺段血管结构形成可视化动图，实现术前规划，术中精准切除病灶，减少手术并发症[1,3-4]。DeepInsight 是我国自行设计的一款针对肺段、亚肺段手术研发的3D 导航软件，通过增强CT 影像数据导入该软件并运行，实现肺结节病变及肺段支气管、动脉、静脉提取，形成可视化的3D 动画，为胸外科亚肺叶手术提供导航[4-5]。为获得满意的导航效果，对DeepInsight3D 导航软件相关的胸部增强CT 的条件设置，数据处理方面进行了一些探索，现报告如下。

1 资料与方法

1.1 临床资料 收集南通大学附属医院2018 年10月—2020 年11 月肺结节手术患者胸部增强CT 数据共434 例，其中男185 例，女249 例；年龄23～81岁，平均62.5 岁。肺部结节病灶直径0.8～2.0 cm，均为实性及亚实性结节。

1.2 3D-CTBA 方法 患者均行胸部CT 支气管血管成像检查，采用GE Revolution 设备，通过右前臂注入对比剂行胸部增强CT 扫描[5]。对比剂量和CT扫描延时的准确计算是形成满意的增强CT 图像数据的关键步骤。为掌握对比剂注射量及CT 扫描延时时间操作数值，正式注射对比剂前，所有受检查者均采用“团注测试法”，预注射小剂量对比剂(30 mL)，获得肺动脉、主动脉“时间-密度”曲线图，依据肺动脉峰值时间、主动脉峰值时间，肺动脉峰值-主动脉峰值(V-A)间隔时间3 个参数，计算个体对比剂注射量和CT 扫描延时时间，然后实施胸部CT 对比剂增强扫描。为获得最佳胸部增强CT 操作数据，首先收集41 例患者肺动脉、主动脉“时间-密度”曲线及测定参数进行排列观察，按“时间-密度”曲线软件设定的8.8、10.3、11.8 s 时间点，将收集数据分组，分别统计各组V-A 间隔时间、对比剂注射量、CT 扫描延时时间3个参数并根据导航软件运行满意与否进行对比分析和t 检验，以期发现不同肺动脉峰值分组中，上述3 个参数改变对3D 导航软件肺血管提取、染色的影响。最后确定满意对比剂注射量和CT 扫描延时时间作为全组434 例增强CT 操作的参考值。

患者胸部增强CT DICOM 数据由手术人员输入DeepInsight 软件并运行，分别进行气管提取，血管提取、染色，结节及手术安全范围标注，图像剪裁等步骤，重建3D 肺结节、肺段支气管及动静脉血管模型，形成3D 动画图像[5]。3D 重建的评价结果分为：3 分(满意)，肺段血管及支气管提取清晰，形态完整，染色色彩明亮；2 分(较满意)，肺段血管可以提取，但不能染色或染色不全；1 分(不满意)，肺段血管无法提取。将3D 重建满意和较满意的立体动画图像应用于胸腔镜精准亚肺叶切除手术导航[5]。

1.3 统计学方法 采用SPSS 20.0 统计分析软件处理数据。计量资料以表示，两组间比较采用t 检验，P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 肺动脉、主动脉“时间-密度”曲线 41 例“团注测试法”预注射增强扫描获得肺动脉、主动脉“时间-密度”曲线见图1，结果显示，V-A 间隔时间5.92～9.50 s，对比剂注射量44.17～67.33 mL，CT 扫描延时时间14.13～22.00 s。不同肺动脉峰值3 组中3 个参数的统计比较结果见表1。结果发现8.8 s 组中对比剂注射量、CT 扫描延时时间这两个参数变化对3D导航软件血管提取和染色满意与否有关(P＜0.05)，而肺动脉峰值10.3 s 组、11.8 s 组上述参数变化与3D导航软件染色满意与否无明显关系(P＞0.05)。

图1 41 例“团注测试法”预注射对比剂获得的肺动脉、主动脉“时间-密度”曲线图

表1 41 例“团注测试”法不同肺动脉峰值时间分组各参数满意度比较()

表1 41 例“团注测试”法不同肺动脉峰值时间分组各参数满意度比较()

2.2 DeepInsight 运行结果 全组434 例DeepInsight 3D-CTBA 运行血管提取染色结果3 分(满意)391 例，2 分(较满意)30 例，1 分(不满意)13 例(图2，见封二)。满意病例中，主动脉CT 值420～495 Hu，肺动脉165～200 Hu，主/肺动脉CT 差值225～295 Hu，3D 肺血管提取顺利，血管染色分支及走向清晰，特别对常见的左上肺A3，右上肺rec.A2、右上肺各肺段，亚肺段V.分支、中央静脉及其分支提供清晰走向，对精准亚肺叶切除起到良好的导航作用。将满意、较满意DeepInsight 3D-CTBA 图像应用于胸腔镜肺段/亚肺段手术导航，术中与解剖对照观察，结果完全相符(视频1，见二维码)。

图2 DeepInsight 运行血管不同染色结果

3 讨论

肺结节磨玻璃病变与早期肺癌有关。自有关肺段切除治疗早期肺癌临床研究[2]发表以来，日本、北美及我国开展多项系列临床研究[1,4,6-10]，及时治疗肺结节早期肺癌，患者预后良好[1,4,11-13]。胸腔镜微创亚肺叶切除是治疗这类疾病的主要方法，其优点是创伤小、手术切除精准、患者术后生活质量改善[11,13]。精准手术要求术前设计规划手术方案，术中清晰明了肺结节，特别是多发结节，跨段肺结节准确定位，保证安全切除范围。对肺段、亚肺段支气管、血管解剖变异等能够正确识别，避免术中副损伤。新近开展的肺亚段/联合肺亚段手术更强调段间、段内静脉正确鉴别和处理[4,14]。随着计算机、CT 技术的发展，3DCTBA 利用胸部计算机断层扫描，在计算机上使用三维可视化软件进行计算，渲染，构建出胸部骨骼、血管、软组织等解剖结构的虚拟三维结构。手术中利用3D-CTBA 进行导航，就能解决这些问题。国外已开展3D 导航亚肺叶切除[10,15]。DeepInsight 是我国自行研制的专为胸外科亚肺叶手术的一款导航软件，该软件采用人工智能方法提取肺部精细结构并形成可视动画[16-17]，为胸外科精准手术提供了诊断及手术信息。国内学者[4,18-22]利用该软件导航，成功施行肺段，亚肺段，联合亚段精准切除。

DeepInsight 软件运行对胸部肺动静脉CT 值有一定的要求。本研究测试软件提供的增强CT 影像，升主动脉的CT 值为451.8 Hu，肺动脉为189.7 Hu，主/肺动脉CT 差值为262.1 Hu。CT 在胸部区域作增强扫描时，在空气充满支气管及其分支的理想状态下，主/肺动脉内对比剂形成上述CT 值和阶差值，就能获得满意的血管提取和染色效果。肺动脉、主动脉“时间-密度”曲线是对比剂流经心肺血管，到达升主动脉时，CT 即时扫描产生的肺动脉/主动脉曲线图(图1)。肺动脉、主动脉“时间-密度”曲线参数变化反映了受检者主/肺动脉血流动力学状态，表现在血管峰值、峰值时间、V-A 间隔时间、曲线陡峭度等参数的改变。因此，掌握肺动脉、主动脉“时间-密度”曲线参数和图形动态行走趋向，准确计算对比剂注射量和CT 扫描延时时间，是成功实施增强CT 血管造影的关键。良好的CT 增强造影图像数据能够满足软件运行要求，实现肺内血管成功模拟提取、染色。

为获得全组434 例DeepInsight 3D-CTBA 的满意结果，首先收集41 例患者“团注测试法”参数并根据肺动脉、主动脉“时间-密度”曲线肺动脉峰值时间进行分组。结果表明，41 例患者V-A 间隔时间为5.92～9.50 s，对比剂注射量为44.17～67.33 mL，CT 扫描延时时间为14.13～22.00 s，说明个体差异范围较大。进一步观察不同肺动脉峰值分组测试结果发现，肺动脉峰值时间8.8 s 组中，血管染色不满意组对比剂注射量和CT 扫描延时时间均少于满意组(均P＜0.05)。结果说明肺动脉峰值时间8.8 s 组中对比剂量减少，CT 扫描延时缩短与软件血管提取、染色有关，而肺动脉峰值10.3 s 组、11.8 s 组上述参数变化与软件血管提取、染色无明显关系(P＞0.05)。另外，8.8 s组V-A 间隔时间缩短与染色结果满意与否接近统计意义(P=0.083,表1)，说明V-A 间隔时间变化亦可能与染色结果有关。我们在操作中观察到肺动脉峰值8.8 s 组常见于青壮年，其心肺功能好，对比剂流经心肺血管内速度快。对比剂用量过少不利于肺动脉和主动脉间形成满意的CT 值和CT 值阶差，加之扫描延时时间过短，所形成的影像数据不能符合软件血管和染色的提取阈值，从而导致软件运行失败。特别需要注意的是，当出现肺动脉峰值8.8 s 时，增强CT 技术操作要谨慎，正确计算对比剂用量和扫描延时时间，才能获得满意的结果。

通过对全组434 例肺动脉，主动脉“时间-密度”曲线观察分析，发现患者“时间-密度”曲线具有个体化变异。表现在肺动脉峰值、主动脉峰值出现时间、波形高度、波形形态及波形趋向改变。一些患者肺动脉、主动脉峰值过早、过低，V-A 间隔时间过短时，需要实际操作中结合CT 设备性能，患者全身情况及配合状态等，对计算出来的对比剂注射量和CT 扫描延时时间参考值作适当调整。血管染色满意与否也与软件提取支气管及其分支有关。患者在行增强CT 检查前需密切配合完成吸呼气训练，并在CT 扫描时保持充分吸气后摒气状态，使支气管细支气管内存有足量的气体[1,4]，才能获得满意的扫描图像数据。基于上述对肺动脉、主动脉“时间-密度”曲线的认识和学习，并在实际操作中进行了相应的技术参数调整，全组434 例DeepInsight 3D-CTBA 中结果满意391 例，较满意30 例，不满意13 例。将结果满意或较满意的3D-CTBA 动画应用于术前规划设计，术中胸腔镜亚肺叶精准切除导航(见二维码)均取得了良好的导航效果。在术中同时将3D 建模的气管，血管与手术中实体解剖对照，结果完全一致。3D-CTBA 应用方便了手术操作并防止副损伤。所有患者均成功实施亚肺叶切除手术并顺利出院。

综上所述，应用DeepInsight 3D-CTBA 为精准亚肺叶切除手术起到良好的导航作用。应用“团注测试法”，依据肺动脉、主动脉“时间-密度”曲线，计算合适的对比剂注射量和CT 扫描延时时间是DeepInsight 3D-CTBA 成功的技术关键因素。肺动脉、主动脉“时间-密度”曲线及参数变化，心肺功能状态，患者配合以及CT 设备条件等，都会影响CT扫描和软件运行结果。成功应用DeepInsight 3DCTBA 立体建模，手术中可行肺结节病变精准定位，手术中对肺段，亚肺段动脉、静脉、支气管结构及变异起到满意的识别导航作用，为手术顺利进行提供安全保障。