Mimics,软件后处理技术与胸部CT对气胸致肺压缩程度的对比研究

王 剑 钟永红 居建刚 孙一波 沈林峰 张晓敏

气胸是临床常见的急症[1]，治疗方案取决于临床症状和肺压缩程度，肺压缩严重程度是人体损伤程度鉴定的重要依据。因此，精准判断气胸后肺压缩程度具有重要意义。目前常用测量工具为胸片和胸部CT，其中胸片评估气胸量较为粗糙，不能准确提供肺压缩程度，甚至有漏诊可能，胸部CT 诊断气胸灵敏度高，可相对准确地评估气胸量，但是需要借助相关分析软件ENREF1，过程复杂繁琐，耗时费力[2]。也有研究采用相关回归方程计算肺压缩程度，但这些方程较复杂，操作不便，并且很多病例不适用该方法测量，不便于临床实际工作中使用。MSCT 后处理技术可简单准确三维重建胸腔内气体，精确计算出被压缩肺体积比[3]，但是该技术主要依赖CT 设备自带软件和放射科医师的辅助。Mimics 软件是一款三维重建软件，在骨骼重建方面应用较多，在肺部疾病应用研究鲜有报道。本文采用Mimics 软件对压缩肺组织及患侧胸廓容积进行三维重建，计算肺压缩程度，并与CT 测量法对比，现报道如下。

1.1 一般资料 选择2015 年7 月至2020 年12 月在杭州市临平区第一人民医院经胸部CT 检查发现的自发性气胸患者21 例，男20 例，女1 例，年龄17～81（50.5±20.27）岁。右侧气胸者7 例，左侧者14 例。

1.2 纳入及排除标准 纳入标准：首次诊断、单侧气胸、未经治疗者；
排除标准：胸廓明显变形、胸腔积液较多者。

1.3 设备与软件 64 排螺旋Optima CT670（美国GE 公司）；
Precision Thunis 800 型X 射线机（美国GE 公司）。计算机配置为Windows10 操作系统、Intel（R）Core（TM）i3-4000M CPU@2.4GHz 处理器，4GB内存。三维建模软件为Mimics 20.0 版。

1.4 胸部CT 计算肺压缩比及其标准 胸部CT 计算气胸压缩比例的算法：在气胸侧，以横突外缘至胸壁内缘为基准范围为整个一侧肺野，当肺野外侧受压至上述范围之1/4 时，肺组织大约受压35%；
当受压至1/3 时，肺组织受压50%；
当受压1/2 时，肺组织受压65%；
当受压至2/3 时，肺组织受压80%；
当肺组织全部被压缩至肺门，呈软组织密度时，肺组织受压约为95%。气胸的分度：≤25%为少量气胸，＞25%～50%为中量气胸，≥50%为大量气胸。

1.5 Mimics 软件三维重建及肺压缩比计算 打开Mimics 软件，将断层CT 扫描的DICOM 格式图像导入。对患者胸腔提取有两种方法。方法1：依次使用“Segment-Pulmonary-Segment Airway”工具对气管、支气管树提取，使用Calculate 3D 工具对蒙版进行三维重建，利用“Cut Airway”进行气管标记，再选择“Segment Lung and Lobes”，最终提取两侧肺，即为胸腔容积（该方法可忽略压缩肺，直接按胸腔容积来运算肺容积），Properties 工具读取患侧胸腔的体积（见图1-2）。方法2：使用Thresholding 工具对患者胸部CT 图像进行阈值分割，设定分割阈值为-1024～-500，使胸腔完全填充，并与胸壁软组织、骨骼完全分割（见图3-4）；
使用Region Growing 工具进行区域增长，将图像保存为蒙板，通过Edit masks 编辑蒙版中Erase 工具手动擦除不相关区域，使用Edit masks 中Draw 工具进行修补，将图像保存为蒙板，通过使用Calculate 3D 工具进行三维重建，重建后利用Wrap 工具对内部空洞再次进行填充，利用“颜色”“光滑”等效果对模型进行美化处理，Properties 工具读取患侧胸腔体积。压缩肺组织重建同方法2，阈值分割阈值为-900～-450。肺压缩比=100%-压缩肺体积/患侧胸腔体积×100%。

图1 气胸患者胸部CT 影像

图2 气胸患者胸廓容积提取

图3 气胸患者压缩肺容积提取

图4 气胸患者胸廓容积提取

1.6 统计学方法 应用SPSS 22.0 统计软件，CT 测量法和Mimics 测量法所算得结果进行配对t 检验，相关性分析采用线性相关分析，以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2.1 胸部CT 与Mimics 计算肺压缩体积 胸部CT测得少量气胸4 例，中量气胸7 例，大量气胸10 例，肺压缩程度8%～90%（45.65±26.34）%。按Mimics 计算则测得少量气胸7 例，中量气胸5 例，大量气胸9例，肺压缩程度3.6%～83%（42.67±24.47）%，两组比较差异无统计学意义（P=0.131）。CT 测量大中小气胸均值分别为（70.47±13.01）%、（29.28±3.45）%、（13.25±3.50）%，按照CT 评估大中小气胸标准，Mimics 测量大中小气胸均值分别为（64.56±10.45）%、（30.03±10.75）%、（10.02±6.16）%（见表1）。二者呈线性正相关，散点图见图5。

图5 Mimics 计算肺压缩比与CT 测量压缩比值散点图，二者呈线性正相关，大部分数据位于95%CI 内

表1 Mimics 计算肺压缩比与CT 测量压缩比值比较（%，）

表1 Mimics 计算肺压缩比与CT 测量压缩比值比较（%，）

肺压缩程度是气胸后选择治疗方案时的重要依据，根据压缩程度来决定保守吸氧治疗、闭式胸腔引流或者紧急开胸手术等[4]。目前临床上肺压缩程度的评估主要是通过拍摄胸片或胸部CT 后进行估算，主要有目测法、面积法、三线法、体积法等[5]。但这些方法存在一定的缺陷，如精准度不高、主观性较大。Cai等[6]利用CT 上的软件系统开发自动化测量容积系统，对气胸诊断有较高的精准性，但仍必须使用依赖CT 扫描及相应的计算机软件支持，并耗时费力，限制了临床推广应用。一些研究通过对气胸时游离不同平面各种径线的测量得到肺压缩比的线性回归方程，来计算肺压缩比[7]。但这种计算方式不适合胸腔畸形、液气胸、胸膜粘连严重、肺大泡等患者，故也较难在临床推广。穆晓俊等[8]利用气管隆突层面的垂直距离比值来预估气胸患者肺压缩百分比，得出线性回归方程，我们前期尝试该回归方程，发现有一定的实用性，但是对于少量气胸、胸廓畸形、肺表面凹陷等情况则不能进行运算或计算结果出入较大。孟庆良等[9]利用MSCT 后处理技术评估气胸、液气胸患者肺压缩比，MSCT 具备良好的空间及密度分辨率，并具有进行三维立体结构测量的优势，能够简单、准确地测量出肺压缩比，明显优于传统的胸片。但这一技术主要依赖CT 设备自带软件和放射科医师的帮助，临床医生不能方便、有效地利用该技术开展工作。

Mimics 软件是比利时Materialise 公司开发的交互式医学图像控制系统，可对二维影像信息（包括CT 和MRI）进行阈值分割、提取、渲染等，最终实现三维数字化重建[10]。Mimics 软件目前主要应用于骨科疾病，可快速实现骨骼的重建，用于疾病评估、手术模拟、教学等，而在肺部疾病中的应用罕有报道，主要由于肺疾病多样，肺结构复杂，与骨科、牙科、腹部疾病不同，这些部位的密度较高，结构相对简单，可较为容易地提取三维模型，但肺部结构除骨骼外，还包含气体、液体、血管、气管、食管、软组织等成分，将不同成分按需求提取有一定的技术难度。

占梦军等[11]报道了1 例利用Mimics 软件精准计算气胸后肺组织压缩程度的鉴定，但对Mimics 软件的临床实用性需更多的数据支撑。本研究利用Mimics 软件评估例气胸患者的肺压缩程度，发现软件中有2 种方法可对压缩肺和患者胸廓容积进行三维重建及计算。与CT 测量法比较，两组间测量结果差异无统计学意义，计算结果具有高度的一致性，这一结果表明Mimics 软件评估气胸严重程度具有可靠性和临床实用性。另外我们还发现Mimics 测量评估的气胸量普遍比CT 测量低，有1 例CT 评估为大量气胸，Mimics 测量为中量气胸，有3 例CT 测量为中量气胸，Mimics 测量为中少量气胸。这一现象说明Mimics 测量结果更精准，但还需更多临床数据或测量方法支持。我们研究认为，与其他测量方法相比，Mimics 软件优势在于：（1）软件廉价；
（2）软件操作步骤简单，高度自动化，省时、省力，临床医师可在个人电脑安装使用[12]；
（3）计算精准度高，即便肺部及胸廓结构复杂，重建后仍能高度还原实物。缺陷在于对影像数据要求高，CT 层面少则精准度下降。

综上所述，Mimics 软件评估气胸后肺压缩程度具有简单、快速、精准等优势，可有效指导临床选择治疗方案及疗效评估，具有一定的临床实用价值，值得推广应用。

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