重建肺損傷3D圖像對急性百草枯中毒預后的評估

楊旭，劉志

（中國醫科大學附屬第一醫院急診科，沈陽110001）

百草枯是我國目前廣泛使用的有機雜環類接觸性除草劑，噴灑后能夠快速發揮作用，接觸土壤后迅速失活［1］。口服中毒后以肺部損傷多見，至今尚無特效解毒劑。其主要死因為急性肺損傷（acute lung injury，ALI）所致的呼吸衰竭，后期多發展為多臟器功能衰竭［2］。對于百草枯中毒患者預后的評估，目前國內外還沒有一個簡單、明確的標準。研究發現臨床上多種因素影響急性百草枯中毒患者的預后［3］，如口服毒物劑量、血清及尿中百草枯質量濃度、洗胃時間、血液灌流次數和時間等。為探討百草枯中毒肺損傷程度與患者預后的關系，本文對102例具有完整臨床信息的急性百草枯中毒患者影像資料進行3D圖像重建，呈現肺損傷的輪廓，定量計算損傷肺組織的比例，討論其對急性百草枯中毒患者預后評估的價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選取2010年10月至2012年10月在我院急診監護室治療的急性百草枯中毒患者102例，其中男45例，女57例，年齡（35.9±14.1）歲。服毒劑量（45.3±24.2）mL，服毒后（8.3±3.7）h來診且入院期間3～5 d內CT出現ALI的患者。

1.2 納入標準

明確為口服百草枯中毒，就診時間為口服藥物后24 h以內的患者。排除標準：合并有其他藥物中毒、創傷和其他急性病發作者。

1.3 影像學方法

使用醫學3D圖像生成及編輯處理軟件Mimics10.01，利用患者已有的CT斷層圖像的DICOM文件資料，定義閾值范圍為-800～-600 HU，重建患者出現ALI當天和出現ALI3 d后的肺損傷3D圖像并計算損傷肺組織的體積，定量計算損傷肺組織體積占全肺的比例。Mimics即交互式醫學圖像控制系統軟件，它能輸入各種掃描的數據（CT、MRI等）建立3D圖像進行編輯。由于人體組織的密度差異，不同組織的CT值不同。選定閾值的范圍，Mimics軟件就會把所選與閾值內相匹配的組織器官篩選出來，重建3D圖像。本研究選擇肺窗閾值范圍為-800～-600 HU重建的3D圖像，圖中淺灰色的部分為正常肺組織，由于含氣體較多，密度較低；圖中銀白的部分為損傷肺組織，由于其炎性滲出較多，密度相對較高。

1.4 治療方法

按照常規方法處理，包括催吐、洗胃、導瀉、補液利尿、血液灌流、臟器功能支持、糾正電解質酸堿失衡等綜合治療。

1.5 統計學方法

2 結果

2.1 存活組與死亡組患者損傷肺組織體積比例的比較

死亡組患者出現ALI當天損傷肺組織體積的比例為（25.3±4.2）%，存活組為（21.2±3.8）%，二者比較無統計學差異（t=35.1，P＞0.05）；死亡組患者出現ALI3 d后的損傷肺組織體積的比例為（68.2±8.7）%，存活組為（45.7±5.6）%，死亡組明顯高于存活組，差異有統計學意義（t=24.6，P<0.05）。結果表明：出現ALI當天損傷肺組織體積的比例不能很好地反映患者的生存情況，而就診3 d后的結果與患者存活率的關系較大，損傷比例大于60%常說明該患者的預后不良。

2.2 同一患者在就診當天和就診3 d后損傷肺組織體積比例的比較

就診3 d后損傷肺組織體積的比例為（59.1±10.2）%，明顯高于就診當天損傷肺組織體積的比例（23.6±2.7）%，差異有統計學意義（t=21.8，P<0.05）。由此可見：急性百草枯中毒肺損傷的進程進展較快，重建百草枯肺損傷3D圖像能有效監測病情的進展。

2.3 損傷肺組織的3D圖像與斷層CT掃描的比較

圖1為急性百草枯中毒患者出現ALI3 d后典型的斷層CT掃描圖像，表現為滿肺野炎性滲出性改變，伴少量肺間質纖維化形成。圖2為急性百草枯中毒患者出現ALI當天、第2天和第3天的損傷肺組織的3D圖像，損傷肺組織體積的比例分別占全肺野的25.7%、66.7%和85.3%，肺損傷范圍逐漸擴大，病情進展迅速。斷層CT掃描只是描繪一個層面的病灶情況（圖1），往往不能提示和它臨近層面的病灶特點。由于斷層CT掃描層數有限，未掃描的層面也有存在病灶的可能。重建的3D圖像雖然來自于傳統的CT資料（圖1），卻比傳統的CT資料更能表現病灶的大小和范圍，并能定量測量病灶的體積，彌補斷層CT的不足（圖2）。可見，聯合使用斷層CT掃描和重建3D圖像對監測百草枯所致ALI的病情進展和評估其預后更具有臨床意義。

3 討論

百草枯中毒主要以肺部損傷為主［4］，其在肺組織中的濃度是其他組織的10～90倍。肺的抗氧化劑濃度較低而含氧量又較高，使其更易受到損害［5］。肺損傷的演變過程包括彌漫性炎性反應、肺泡細胞水腫、肺泡腔融合，最終出現肺間質纖維化，具有病死率高、治療困難的特點。

目前，CT、MRI等斷層掃描已經成為醫學診斷的主要依據，但它僅能表現一個圖層的病變，不能直觀呈現出病灶的整體范圍，而且有時未被掃描到圖層的病灶甚至會被忽略。醫學圖像的3D成像技術在現代臨床醫學中起著越來越重要的作用。3D重建軟件已經由過去對生物體材料幾何結構的簡單模擬和近似計算，發展到了能對人體各組成部分和復雜的非均質性結構進行真實模擬和精密分析，是現代人體生物力學和臨床醫學研究的一種重要工具。它能夠彌補CT、MRI在成像上的不足，為臨床醫生診斷和治療提供準確的科學依據。Mimics10.01是目前國內外較先進的3D影像處理軟件，其建模不但可避免以往通過輪廓線建模無法完整描述器官復雜外形的缺點，而且還簡化了建模中提取輪廓線的過程，縮短了建模時間，并能在整個重建過程中最大限度地排除人為的干擾，體現了便捷、高效、準確、高度自動化的建模優勢［6］。

從20世紀70年代起，計算機的3D影像重建技術開始應用于脊柱的生物力學研究，80年代后其應用范圍逐漸擴展到顱面骨、頜骨、四肢骨、牙齒等骨性結構的研究上［7］。到目前為止，尚未檢索到中外有關3D影像重建技術在研究急性百草枯中毒所致肺損傷方面的文獻。重建的百草枯肺損傷3D圖像具有獨特優勢，能夠有效監測病情的進展，評估患者預后。百草枯肺損傷3D圖像可以直接反映肺損傷的程度，而且操作簡單、便捷，幾乎無成本，適合在臨床上推廣應用。

本研究存在的不足：（1）單中心，小樣本；（2）由于考慮到患者個人經濟原因，我們不能做到每天復查肺CT，這里僅重建了患者出現ALI當天和出現ALI3 d后這兩個時間點的影像學數據，因為其較易獲得且又是病情進展最快的時間點；（3）在重建3D損傷肺組織圖像的過程中，由于Mimics10.01軟件的使用技巧不夠成熟，尚不能準確區分炎癥、滲出、纖維化和陳舊性病變。

綜上所述，在臨床上重建百草枯肺損傷3D圖像與斷層CT掃描聯合應用能有效地監測急性百草枯中毒患者病情的進展，評估急性百草枯中毒患者的預后。

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