人工智能CT定量分析技术在评价不同时期肺挫伤支气管变化过程中的应用价值

代永亮 张宇哲 张元刚 苟杰 程永涛 段小艺 郭佑民 李艳

［摘要］ 目的：探討人工智能CT定量分析技术在肺挫伤病情进展中的应用价值。方法：回顾性分析90例肺挫伤患者108处病灶的CT资料，利用人工智能CT定量分析技术自动分割图像，并测量不同时期（急性期、渗出期及吸收好转期）肺挫伤3～7级支气管定量指标，行统计学分析。结果：渗出期3～7级支气管的最大壁厚、平均壁厚大于急性期和吸收好转期，渗出期4～7级支气管的管腔内外直径、管腔内外周长及5～7级支气管的内腔横截面积、管壁横截面积小于急性期和吸收好转期（均P<0.05）。急性期4～7级支气管的最大壁厚、平均壁厚大于吸收好转期而小于渗出期，急性期4～7级支气管的管腔内外直径、管腔内外周长及5～7级支气管的内腔横截面积、管壁横截面积小于吸收好转期而大于渗出期，差异均有统计学意义（均P<0.05）。急性期肺挫伤灶占两肺总容积的百分比为（4.26±1.81）%，渗出期为（7.91±2.70）%，吸收好转期为（1.63±0.91）%。急性期肺挫伤灶容积占比与7级支气管内腔横截面积、最大壁厚及平均壁厚相关，渗出期肺挫伤灶容积占比与5级支气管内腔横截面积、支气管内外直径及内周长相关，吸收好转期肺挫伤灶容积占比与6级支气管内腔横截面积、最大壁厚、平均壁厚及7级支气管最大壁厚相关。结论：人工智能CT定量分析技术可直观显示肺挫伤及支气管的形态学变化情况，为临床预估病情发展及干预治疗提供新方法。

［关键词］ 肺挫伤；人工智能；体层摄影术，X线计算机；定量分析技术

Application value of artificial intelligence CT quantitative analysis technology in evaluation for the process of bronchial changes at different stages of pulmonary contusion

［Abstract］ Objective：To evaluate the potential of artificial intelligence CT quantitative analysis technology in tracking the progression and healing phases of pulmonary contusions. Methods：The chest CT data of 90 patients with pulmonary contusions （108 lesions） were retrospectively analyzed. Artificial intelligence CT quantitative analysis technology was used to automatically segment the images and measure the changes in the quantitative indicators of grade 3～7 bronchi in different periods of pulmonary contusion （acute stage，exudation stage and absorption stage），and the results were statistically analyzed. Results：Compared with the acute stage and absorption stage，the maximum and average wall thicknesses of grade 3～7 bronchi in the exudation stage were greater，while the intra- and extraluminal diameters and circumferences of grade 4～7 bronchi and the cross-sectional areas of luminal and wall of garde 5～7 bronchi in the exudation stage were significantly smaller （all P<0.05）. The maximum and average wall thicknesses of grade 4～7 bronchi in the acute stage were significantly greater than those in the absorption stage but significantly smaller than those in the exudation stage，while the intra- and extraluminal diameters and circumferences of grade 4～7 bronchi and the cross-sectional areas of the luminal and wall of grade 5～7 bronchi in the acute stage were significantly smaller than those in the absorption stage but significantly larger than those in the exudation stage （all P<0.05）. The volume proportion of pulmonary contusion was （4.26±1.81）% in the acute stage，（7.91±2.70）% in the exudation stage and （1.63±0.91）% in the absorption stage. The volume proportion of pulmonary contusion in the acute stage was correlated with the luminal cross-sectional area，the maximum and average wall thickness of grade 7 bronchi. The volume proportion of pulmonary contusion in the exudation stage was correlated with the luminal cross-sectional area，the intra- and extraluminal diameters，the intraluminal circumference of grade 5 bronchi. The volume proportion of pulmonary contusion in the absorption stage was correlated with the luminal cross-sectional area，the maximum and average wall thickness of grade 6 bronchi and the maximum wall thickness of grade 7 bronchi. Conclusions：Artificial intelligence CT quantitative analysis can be used to visualize bronchial morphological changes in various stages of pulmonary contusions and can be used to dynamically monitor the treatment of pulmonary contusions，providing a new approach for evaluating clinical efficacy.

［Key words］ Pulmonary contusion；Artificial intelligence；Tomography，X-ray computed；Quantitative analysis technology

肺挫伤是胸部钝性伤后常见的肺实质损伤，约占外伤发病的5%，易合并感染、低氧血症、呼吸衰竭、急性呼吸窘迫综合征等，死亡率高［1］。肺挫伤的病情演变是持续动态变化的过程，MSCT检查能直观反映这一变化过程，对病情严重程度、临床预后评估及辅助治疗有重要作用［2］。肺挫伤研究的关注重点大多局限于挫伤灶的形态学改变［3-4］，忽略了挫伤灶与病变区域各级支气管的变化关系。本研究利用人工智能CT定量分析技术观察肺挫伤临床动态演变过程中支气管空间结构的变化情况。

1  资料与方法

1.1 一般资料

选取2019年2月至2020年10月在西安交通大学第一附属医院确诊并入院治疗的肺挫伤患者90例，其中男76例，女14例；年龄33～76岁，平均（52.3±12.1）岁。90例患者共108处肺挫伤灶，其中右肺上叶7处，右肺中叶3处，右肺下叶45处，左肺上叶6处，左肺下叶47处。按肺挫伤CT形态学，划分为实变型（40处）和非实变型（68处）。

纳入标准：①符合肺挫伤诊断标准［5］；②行胸部CT检查及复查；③入院前无严重胸部疾患或急、慢性感染性病变。排除标准：①≤18岁；②妊娠期妇女；③因屏气困难、胸廓塌陷、大量胸腔积液及气胸、大面积肺实变等影响人工智能CT定量分析技术对支气管图像进行分割。

1.2  仪器与方法

应用Philips Brilliace 64排螺旋CT扫描仪。扫描参数：120 kV，200 mAs，矩阵512×512，重建层厚1 mm，层距1 mm，高分辨骨算法重建。

1.3  图像处理及分析

将图像导入“数字肺”后处理工作站，使用人工智能CT定量分析技术构建两肺支气管树模型，通过肺容积密度差测算肺挫伤灶范围，利用支气管仿真内镜分析模块重建挫伤灶支气管CPR效果图及支气管骨架树图，自动识别并测算肺挫伤灶对应区域3～7级支气管所有标注点（各级支气管起始部至邻近下一级支气管分叉处）累计值的平均值；具体定量参数包括：两肺总容积及肺挫伤灶容积占比（肺挫伤灶占两肺总容积的百分比）、支气管内腔横截面积、管壁横截面积、最大及平均壁厚、管腔内外直径、管腔内外周长。

测量肺挫伤灶在急性期（伤后24～48 h）、渗出期（伤后3～14 d）、吸收好转期（伤后15 d～4周）支气管的定量参数，并进行对比（图1）。

1.4  统计学分析

采用SPSS 19.0软件进行统计学分析。不同时期肺挫伤灶3～7级支气管CT定量参数比较行[χ]2检验。不同时期肺挫伤灶容积占比与对应部位支气管定量参数行Spearman线性相关分析及秩相关分析。以P<0.05为差异有统计学意义。

2  结果

不同时期肺挫伤3～7级支气管CT定量指标对比见表1。渗出期3～7级支气管的最大壁厚、平均壁厚大于急性期和吸收好转期（均P<0.05），渗出期4～7级支气管的管腔内外直径、管腔内外周长及5～7级支气管的内腔横截面积、管壁横截面积小于急性期和吸收好转期（均P<0.05）。急性期4～7级支气管的最大壁厚、平均壁厚大于吸收好转期而小于渗出期，急性期4～7级支气管的管腔内外直径、管腔内外周长及5～7级支气管的内腔横截面积、管壁横截面积小于吸收好转期而大于渗出期，差异均有统计学意义（均P<0.05）。

急性期肺挫伤灶容积占比为（4.26±1.81）%，渗出期为（7.91±2.70）%，吸收好转期为（1.63±0.91）%，差异有统计学意义（F=236.573，P<0.01）。

急性期肺挫伤灶容积占比与7级支气管内腔横截面积、最大壁厚及平均壁厚相关（均P<0.05）；渗出期肺挫伤灶容积占比与5级支氣管内腔横截面积、支气管内外直径及内周长相关（均P<0.05）；吸收好转期肺挫伤灶容积占比与6级支气管内腔横截面积、最大壁厚、平均壁厚及7级支气管最大壁厚相关（均P<0.05）（表2）。

3  讨论

肺挫伤大多为闭合性胸部钝性损伤，病理表现为病变区域肺泡、毛细血管损伤，并导致肺间质、肺泡内血液渗出增多，随病情进展分泌液充盈各级支气管，加剧肺实变，可引发严重的并发症，病死率高［6-8］。CT检查在肺挫伤诊断、病情评估及预后分析方面发挥重要作用，随着计算机辅助诊断、深度学习等人工智能技术的普及应用，医学影像处理分析更加精准、便捷。借助人工智能CT定量分析技术研究发现，早期单纯性肺挫伤影像表现与肺挫伤急性创伤期病理改变一致［9］。肺挫伤急性期、渗出期是病情变化的非常时期，也是影响临床医师判断患者预后的关键时期。本研究通过此类技术立体呈现肺挫伤及挫伤灶区域支气管的影像空间结构，利用数据动态反映肺挫伤病情发展不同时期的变化情况，渗出期病变范围及各级支气管参数的变化幅度提示病情进展的严重程度，同时也印证了肺挫伤的病理改变。人工智能CT定量分析技术能直观显示肺挫伤容积及支气管变化情况，可为临床及时调整治疗方案提供详实的影像学依据。

3～7级支气管是直径大于2 mm的叶段级、亚段级软骨性气道，是软件重建支气管树方便测量稳定性好的中央气道，也是目前纤维支气管镜能到达的最远段支气管。本研究发现，肺挫伤渗出量越多，病变区域支气管管径变窄、管壁增厚、管腔横截面积下降的幅度越大，随着病变范围扩大，受累支气管也由远段向近段延伸，从肺挫伤急性期到渗出期进展过程中，肺挫伤灶容积占比与支气管定量参数的相关性分析结果也能反映出来。在肺挫伤合并急性呼吸窘迫综合征的研究中发现严重肺挫伤主要累及3级以上的细小支气管，表现为支气管受压狭窄、闭塞或管腔内黏液嵌塞［10］。支气管受外因压迫或管腔分泌物填充均会造成支气管狭窄，导致肺实变肺通气功能下降，通过影像手段辅助诊断可为临床选择呼吸机正压通气、支气管镜灌洗等针对性治疗措施解除支气管狭窄提供技术支持［11-12］。不同分型肺挫伤的预后及转归不同，病程进展情况和影像学表现也存在差异。本研究因纳入例数较少，未按照肺挫伤类型进行分组研究，下一步将扩大样本量，分析不同分型肺挫伤在不同时期挫伤灶及支气管、肺小血管变化规律，利用人工智能技术深度挖掘数据，设计肺挫伤临床转归预测模型，丰富研究内容。

综上所述，肺挫伤的发生、发展是个动态演变过程，一次检查仅能反映某个节点肺挫伤情况，结合临床复查才能准确判断其转归及预后［13-15］。人工智能CT定量分析技术可全面监测不同时期肺挫伤及各级支气管变化情况，为临床提供影像诊疗依据。

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