PACS系統(tǒng)三維測(cè)量方法與多田公式計(jì)算方法在腦出血測(cè)量的準(zhǔn)確性比較

張巧瑩 ，黃曉宇 ，梁小紅 ，周俊林

1.蘭州大學(xué)第二醫(yī)院放射科，甘肅蘭州730030；2.蘭州大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅蘭州730000；3.甘肅省醫(yī)學(xué)影像重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅蘭州730030

前言

腦出血是卒中的最小可治療形式，占全球所有卒中的10%～30%［1］，1個(gè)月的死亡率為30%～50%［2］，一半的死亡發(fā)生在48小時(shí)內(nèi)［3］。出血量是評(píng)估腦出血預(yù)后簡(jiǎn)單可靠的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素，準(zhǔn)確測(cè)量腦內(nèi)血腫體積對(duì)臨床制定治療方案和評(píng)價(jià)療效至關(guān)重要［4-5］。

測(cè)量腦出血的方法有CT定量方法、多田公式法等［5］。CT定量方法由于計(jì)算過(guò)程過(guò)于繁瑣復(fù)雜，無(wú)法被臨床應(yīng)用。臨床中血腫測(cè)量多采用多田公式簡(jiǎn)化公式［6］。其應(yīng)用原理是將血腫體積理想化為一橢球體。然而臨床中腦出血形狀大部分不規(guī)則，甚至呈分葉狀，因此理論上多田公式法計(jì)算誤差較大［7］。目前公認(rèn)的3D Slicer平臺(tái)是基于CT的容積測(cè)量方法，有學(xué)者已經(jīng)證實(shí)了其測(cè)量準(zhǔn)確性高于多田公式計(jì)算方法，但是3D Slicer平臺(tái)屬于醫(yī)院PACS之外的公共平臺(tái)，臨床醫(yī)生需要將PACS系統(tǒng)圖像導(dǎo)出到3D Slicer平臺(tái)，不適用于日常工作［8-9］。

為了有效改善上述測(cè)量方法的不足，筆者發(fā)明了一種適用于螺旋掃描的測(cè)量方法，該發(fā)明正在申請(qǐng)專(zhuān)利：Picture Archiving and Communication Systems（PACS）三維測(cè)量方法。PACS系統(tǒng)是指包含了放射科信息系統(tǒng)和醫(yī)學(xué)影像存檔與通信系統(tǒng)的醫(yī)學(xué)影像信息系統(tǒng)，普遍應(yīng)用在醫(yī)院影像科室［10］。該方法原理是基于螺旋CT的容積測(cè)量方法,在PACS系統(tǒng)重建三維圖像上選定腦出血感興趣區(qū)，利用出血CT值范圍，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別并標(biāo)記感興趣區(qū)CT值范圍內(nèi)的所有體素，再由計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量血腫體積（即所有體素體積之和），是一種計(jì)算機(jī)輔助的半自動(dòng)容積測(cè)量方法。

本文通過(guò)比較腦出血在體積及形態(tài)不同時(shí)兩種測(cè)量方法之間的差異性，及兩種方法測(cè)量血腫體積的準(zhǔn)確性，為臨床提供一種更可靠的血腫測(cè)量方法。

1 材料和方法

1.1 研究設(shè)計(jì)

收集從2016年9月～2017年9月蘭州大學(xué)第二醫(yī)院165例自發(fā)性腦出血住院病例，進(jìn)行了單中心，回顧性觀察隊(duì)列研究。年齡25～87歲，平均年齡55歲，男性97例、女性68例。

病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡＞18歲；②腦實(shí)質(zhì)出血，出血量＞5 mL；③起病24 h內(nèi)行頭頗CT平掃。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①腦室內(nèi)出血或血腫主體破入腦室；②腫瘤卒中出血；③硬腦膜外血腫或硬腦膜下血腫；④CT禁忌證及缺乏知情同意。

水模設(shè)計(jì)：選擇36個(gè)不同形狀的不規(guī)則容器，分別裝入不同體積的水（10、20、30、40、50、100 mL各6個(gè)）。

患者或最近的親屬給出書(shū)面知情同意書(shū)。當(dāng)?shù)貍惱砦瘑T會(huì)批準(zhǔn)了研究方案的所有方面。

1.2 數(shù)據(jù)采集

所有病例均行常規(guī)頭顱CT平掃；36個(gè)水模分別行常規(guī)CT平掃。

所有CT檢查均采用多排CT掃描儀（Somatom Sensation64;Siemens，Germany）從顱底到顱頂進(jìn)行。管電壓120 kV，自動(dòng)調(diào)節(jié)管電流，螺距因子1.2∶1，層厚3 mm。

其中15例病人在第一次頭顱CT掃描后，進(jìn)行神經(jīng)內(nèi)鏡微創(chuàng)血腫清除術(shù)，并盡可能徹底清除并收集完整的出血及血凝塊，于術(shù)后送至病理科做血液及血凝塊融化，測(cè)量其腦出血量。

1.3 圖像分析

由兩名影像科醫(yī)師獨(dú)立在CT視屏上，分別用多田公式、PACS系統(tǒng)三維方法測(cè)量水模及血腫的體積。并記錄血腫位置（腦葉，基底節(jié)或丘腦，腦干或小腦），腦室內(nèi)和蛛網(wǎng)膜下腔出血情況。

多田公式：V=a×b×c×1/2，其中V代表血腫體積，a、b分別是CT片中血腫最大層面的的最長(zhǎng)徑、最寬徑，c是CT片中出現(xiàn)血腫的層面數(shù)。

PACS系統(tǒng)三維方法。S1：測(cè)出血腫的最大CT值與最小CT值，之后利用薄層圖像進(jìn)行三維重建；S2：分別在重建好的三維圖像的最大橫斷面、矢狀面、冠狀面中用適合血腫大小的矩形框選定所要測(cè)量的病灶；S3：選一種顏色來(lái)表示S2中血腫最大CT值與最小CT值之間的CT值范圍；S4：系統(tǒng)自動(dòng)標(biāo)記并測(cè)量出該顏色區(qū)域的體積大小，即我們所要測(cè)量的血腫的體積，見(jiàn)圖1。

圖1 PACS系統(tǒng)三維方法Fig.1 PACS three-dimensional measuring method

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 差異性分析 ①按PACS測(cè)量體積將血腫大小分為 5級(jí)（0～10.0 mL、10.1～20.0 mL、20.1～30.0 mL、30.1～50.0 mL、＞50.1 mL），比較不同級(jí)別下兩種測(cè)量方法測(cè)得的血腫體積；②按barras scale規(guī)則［11］來(lái)劃分血腫形態(tài)（圖2），比較不同血腫形態(tài)下，兩種測(cè)量方法測(cè)得的血腫體積。

圖2 barras scale規(guī)則Fig.2 Rule of barras scale

1.4.2 準(zhǔn)確性分析將36個(gè)水模分別置于64排螺旋CT行常規(guī)CT平掃，分別用兩種方法測(cè)定體積，并與水模實(shí)際體積對(duì)比。

1.4.3 準(zhǔn)確性驗(yàn)證統(tǒng)計(jì)15例經(jīng)神經(jīng)內(nèi)鏡微創(chuàng)手術(shù)的病例，分別用兩種測(cè)量方法測(cè)得的出血量與術(shù)后證實(shí)的實(shí)際出血量作對(duì)比。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

運(yùn)用SPSS23.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和統(tǒng)計(jì)處理。分類(lèi)變量以絕對(duì)值（百分比）表示，連續(xù)變量用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差或中位數(shù)表示。通過(guò)對(duì)分類(lèi)變量使用Pearson x2或Fisher精確檢驗(yàn)，連續(xù)變量用Studentt檢驗(yàn)，Mann-WhitneyU檢驗(yàn)或Kruskal-Wallis檢驗(yàn)評(píng)估組間差異的統(tǒng)計(jì)顯著性。由于數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，采用非參數(shù)配對(duì)檢驗(yàn)：即兩相關(guān)樣本威爾科克森符號(hào)秩檢驗(yàn)，雙側(cè)P＜0.05認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 研究人群

本研究共納入165名患者，表1提供了患者基線(xiàn)特征。

表1 患者基線(xiàn)特征Tab.1 Baseline characteristics of patients

2.2 差異性

2.2.1 不同血腫體積當(dāng)10.0 mL＜血腫體積≤30.0 mL時(shí)，兩種方法測(cè)得的血腫體積差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；當(dāng)血腫體積≤10.0 mL或＞30.0 mL時(shí)，兩種方法測(cè)得血腫體積差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見(jiàn)表2。

表2 不同血腫體積兩種方法測(cè)得血腫體積差異比較Tab.2 Comparison of the difference in hematomas volume measured by two methods when hematoma volume was different

2.2.2 不同血腫形態(tài)當(dāng)血腫形態(tài)為1～3級(jí)時(shí)，兩種方法測(cè)得血腫體積差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；當(dāng)血腫形態(tài)為4～5級(jí)時(shí)，兩種方法測(cè)得的血腫體積差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），見(jiàn)表3。

表3 不同血腫形態(tài)兩種方法測(cè)得血腫體積差異比較Tab.3 Comparison of the difference in hematomas volume measured by two methods when hematoma shape was different

2.3 準(zhǔn)確性

PACS系統(tǒng)三維測(cè)量方法測(cè)得的水模體積與水模實(shí)際體積比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.22），多田公式測(cè)量方法測(cè)得的水模體積與水模實(shí)際體積比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.01）。PACS三維方法測(cè)量結(jié)果更接近水模真實(shí)體積；兩種方法測(cè)得水模體積統(tǒng)計(jì)學(xué)特征如表4所示。

表4 兩種方法測(cè)得水模體積的統(tǒng)計(jì)學(xué)特征（mL）Tab.4 Statistical characteristics of measured phantom volume by two methods(mL)

2.4 準(zhǔn)確性驗(yàn)證

15例經(jīng)神經(jīng)內(nèi)鏡微創(chuàng)手術(shù)的病例，PACS系統(tǒng)三維測(cè)量方法測(cè)得的腦出血量與手術(shù)證實(shí)的真實(shí)出血量更接近。兩種方法測(cè)得15例經(jīng)微創(chuàng)手術(shù)證實(shí)的患者腦出血體積統(tǒng)計(jì)學(xué)特征見(jiàn)表5。

3 討論

腦出血是臨床工作中的急重癥，其致殘率、致死率高［2］，出血量是患者預(yù)后不良的獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)［12］，腦出血的變化，也是臨床密切關(guān)注的指標(biāo)［13］，血腫體積測(cè)量誤差較大會(huì)影響臨床決策，延誤最佳治療時(shí)機(jī)，影響患者治療效果［14］，準(zhǔn)確地測(cè)量出血量可幫助臨床有效治療并評(píng)估預(yù)后［15］。

目前，腦出血血腫體積測(cè)量尚缺少金標(biāo)準(zhǔn)，多田公式計(jì)算方法較常用，關(guān)于多田公式計(jì)算腦內(nèi)血腫體積準(zhǔn)確性的研究，國(guó)內(nèi)外均有報(bào)道。外國(guó)學(xué)者Gonzalo Dominguez［9］及中國(guó)學(xué)者徐興華等［16］通過(guò)與3D Slicer軟件測(cè)量結(jié)果對(duì)比，證明多田公式測(cè)量顱內(nèi)血腫存在較大誤差［5］。白莉等［16］學(xué)者應(yīng)用CT容積測(cè)量方法表明CT容積測(cè)量方法較多田公式準(zhǔn)確。本研究采用一種新的三維測(cè)量方法—PACS系統(tǒng)三維方法，與多田公式對(duì)比探討兩種方法的準(zhǔn)確性，并研究不同體積及形態(tài)下兩種方法之間的差異。研究表明PACS系統(tǒng)三維方法較多田公式測(cè)量方法準(zhǔn)確，與之前的研究結(jié)果相一致。但是本文的創(chuàng)新之處在于采用水模來(lái)分析兩種方法測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，有明確的參照金標(biāo)準(zhǔn)。以往的研究都是采用經(jīng)典的CT測(cè)量方法測(cè)得的結(jié)果作為金標(biāo)準(zhǔn)，或是采用公共平臺(tái)提供的3D Slice軟件測(cè)得的結(jié)果作為金標(biāo)準(zhǔn)，但這些金標(biāo)準(zhǔn)都不是研究對(duì)象的真實(shí)體積，依然存在測(cè)量誤差。而本文水模設(shè)計(jì)有效的解決了這個(gè)不足。同時(shí)15例經(jīng)手術(shù)證實(shí)出血量的病例也驗(yàn)證了準(zhǔn)確性研究結(jié)果。

表5 兩種方法測(cè)得15例經(jīng)微創(chuàng)手術(shù)患者腦出血體積統(tǒng)計(jì)學(xué)特征（mL）Tab.5 Statistical characteristics of measured intracerebral hemorrhage volume in 15 patients receiving minimally invasive surgery by two methods(mL)

水模研究及15例經(jīng)手術(shù)驗(yàn)證的腦出血患者病例表明，PACS系統(tǒng)三維方法較多田公式測(cè)量準(zhǔn)確性高，是由于多田公式用于測(cè)量腦出血存在以下缺陷：①多田公式適用于規(guī)則的橢球體血腫體積測(cè)量，而臨床中大多數(shù)腦出血病灶不規(guī)則［17］；②當(dāng)CT掃描基線(xiàn)、層厚、層距不同時(shí)，血腫層面數(shù)也會(huì)變化，多田公式單純的使用血腫層面數(shù)來(lái)估算血腫最高徑，顯然不妥［18］；③多田公式的徑線(xiàn)都是人工測(cè)量，主觀性較大；④由于工作經(jīng)驗(yàn)及測(cè)量方法的不同，人工誤差較大，重復(fù)性不高［19］。因此多田公式用于臨床腦出血量測(cè)量必然存在較大誤差。而PACS系統(tǒng)三維方法可以有效地改善上述不足：①其通過(guò)CT值范圍追蹤病灶，可以相對(duì)全面的采集病灶所有體素?cái)?shù)據(jù)，模擬出病灶的三維形狀［8］，其測(cè)量不受病灶形態(tài)的限制，自然較接近病灶的真實(shí)體積；②其采用半自動(dòng)計(jì)算機(jī)測(cè)量，減小了測(cè)量主觀性；③半自動(dòng)計(jì)算機(jī)測(cè)量，減小了人工誤差，提高了重復(fù)性。因此，PACS三維測(cè)量方法較多田公式測(cè)量血腫體積更準(zhǔn)確。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)血腫體積過(guò)小（＜10 mL）或過(guò)大（＞30 mL），以及血腫形態(tài)不規(guī)則時(shí)，兩種測(cè)量方法差異大，筆者已經(jīng)證明了不同體積不同形態(tài)時(shí)PACS系統(tǒng)三維測(cè)量方法較多田公式計(jì)算方法準(zhǔn)確性高，且用15例經(jīng)手術(shù)證實(shí)的病例得到驗(yàn)證，所以筆者有理由相信兩種方法測(cè)量差異增大，是由于多田公式測(cè)量誤差增大所致。多田公式在血腫體積過(guò)小（＜10 mL）或過(guò)大（＞30 mL）及血腫形態(tài)不規(guī)則時(shí)測(cè)量誤差較大是由于多田公式的原理是將血腫體積理想化為一橢球體，當(dāng)血腫形態(tài)越不規(guī)則，甚至存在子灶時(shí)，就越偏離橢球體形態(tài)，采用橢球體體積計(jì)算方法產(chǎn)生的誤差也就越大［20］；同時(shí)當(dāng)血腫越不規(guī)則，我們選擇合適的測(cè)量徑線(xiàn)也越困難，測(cè)量徑線(xiàn)選擇不合適，也會(huì)造成較大的測(cè)量誤差。當(dāng)血腫體積太小時(shí)，血腫沒(méi)有形成具體的形態(tài)，最大徑不容易確定；而血腫太大時(shí)，形態(tài)不規(guī)則，血腫很容易向周?chē)X實(shí)質(zhì)腦溝蔓延，導(dǎo)致邊界不清，甚至出現(xiàn)分葉及島征，血腫最大徑也不容易選擇［21］。而PACS三維方法通過(guò)CT值范圍來(lái)識(shí)別出血灶，不受血腫形態(tài)及血腫邊界的限制，對(duì)每個(gè)在出血CT值范圍內(nèi)的體素都追蹤計(jì)算，盡可能的減小了測(cè)量誤差［22］。因此當(dāng)血腫形態(tài)太小或太大，血腫形態(tài)極不規(guī)則時(shí)，測(cè)量也不受限制，測(cè)量準(zhǔn)確性較高。

本研究存在的不足：第一，樣本量有限，在后續(xù)的研究中應(yīng)繼續(xù)擴(kuò)大樣本量；為驗(yàn)證兩種測(cè)量方法的準(zhǔn)確性，經(jīng)手術(shù)測(cè)量出血量是本文的創(chuàng)新之處，但由于條件限制尚未做到所有患者都進(jìn)行術(shù)后出血量測(cè)量；第二，設(shè)定的血腫密度窗寬較寬，沒(méi)有區(qū)分急性出血與慢性出血，在接下來(lái)的研究中筆者將以更小的窗寬區(qū)分急性出血與慢性出血。

總之，PACS系統(tǒng)三維測(cè)量方法較多田公式計(jì)算方法測(cè)量準(zhǔn)確，且適用范圍廣，尤其適用于血腫體積過(guò)小、過(guò)大或血腫形態(tài)極不規(guī)則的病灶，在臨床工作中可以替代多田公式，并對(duì)指導(dǎo)臨床治療與干預(yù)有重要意義。