重建肺损伤3D图像对急性百草枯中毒预后的评估

杨旭，刘志

（中国医科大学附属第一医院急诊科，沈阳110001）

百草枯是我国目前广泛使用的有机杂环类接触性除草剂，喷洒后能够快速发挥作用，接触土壤后迅速失活［1］。口服中毒后以肺部损伤多见，至今尚无特效解毒剂。其主要死因为急性肺损伤（acute lung injury，ALI）所致的呼吸衰竭，后期多发展为多脏器功能衰竭［2］。对于百草枯中毒患者预后的评估，目前国内外还没有一个简单、明确的标准。研究发现临床上多种因素影响急性百草枯中毒患者的预后［3］，如口服毒物剂量、血清及尿中百草枯质量浓度、洗胃时间、血液灌流次数和时间等。为探讨百草枯中毒肺损伤程度与患者预后的关系，本文对102例具有完整临床信息的急性百草枯中毒患者影像资料进行3D图像重建，呈现肺损伤的轮廓，定量计算损伤肺组织的比例，讨论其对急性百草枯中毒患者预后评估的价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取2010年10月至2012年10月在我院急诊监护室治疗的急性百草枯中毒患者102例，其中男45例，女57例，年龄（35.9±14.1）岁。服毒剂量（45.3±24.2）mL，服毒后（8.3±3.7）h来诊且入院期间3～5 d内CT出现ALI的患者。

1.2 纳入标准

明确为口服百草枯中毒，就诊时间为口服药物后24 h以内的患者。排除标准：合并有其他药物中毒、创伤和其他急性病发作者。

1.3 影像学方法

使用医学3D图像生成及编辑处理软件Mimics10.01，利用患者已有的CT断层图像的DICOM文件资料，定义阈值范围为-800～-600 HU，重建患者出现ALI当天和出现ALI3 d后的肺损伤3D图像并计算损伤肺组织的体积，定量计算损伤肺组织体积占全肺的比例。Mimics即交互式医学图像控制系统软件，它能输入各种扫描的数据（CT、MRI等）建立3D图像进行编辑。由于人体组织的密度差异，不同组织的CT值不同。选定阈值的范围，Mimics软件就会把所选与阈值内相匹配的组织器官筛选出来，重建3D图像。本研究选择肺窗阈值范围为-800～-600 HU重建的3D图像，图中浅灰色的部分为正常肺组织，由于含气体较多，密度较低；图中银白的部分为损伤肺组织，由于其炎性渗出较多，密度相对较高。

1.4 治疗方法

按照常规方法处理，包括催吐、洗胃、导泻、补液利尿、血液灌流、脏器功能支持、纠正电解质酸碱失衡等综合治疗。

1.5 统计学方法

2 结果

2.1 存活组与死亡组患者损伤肺组织体积比例的比较

死亡组患者出现ALI当天损伤肺组织体积的比例为（25.3±4.2）%，存活组为（21.2±3.8）%，二者比较无统计学差异（t=35.1，P＞0.05）；死亡组患者出现ALI3 d后的损伤肺组织体积的比例为（68.2±8.7）%，存活组为（45.7±5.6）%，死亡组明显高于存活组，差异有统计学意义（t=24.6，P<0.05）。结果表明：出现ALI当天损伤肺组织体积的比例不能很好地反映患者的生存情况，而就诊3 d后的结果与患者存活率的关系较大，损伤比例大于60%常说明该患者的预后不良。

2.2 同一患者在就诊当天和就诊3 d后损伤肺组织体积比例的比较

就诊3 d后损伤肺组织体积的比例为（59.1±10.2）%，明显高于就诊当天损伤肺组织体积的比例（23.6±2.7）%，差异有统计学意义（t=21.8，P<0.05）。由此可见：急性百草枯中毒肺损伤的进程进展较快，重建百草枯肺损伤3D图像能有效监测病情的进展。

2.3 损伤肺组织的3D图像与断层CT扫描的比较

图1为急性百草枯中毒患者出现ALI3 d后典型的断层CT扫描图像，表现为满肺野炎性渗出性改变，伴少量肺间质纤维化形成。图2为急性百草枯中毒患者出现ALI当天、第2天和第3天的损伤肺组织的3D图像，损伤肺组织体积的比例分别占全肺野的25.7%、66.7%和85.3%，肺损伤范围逐渐扩大，病情进展迅速。断层CT扫描只是描绘一个层面的病灶情况（图1），往往不能提示和它临近层面的病灶特点。由于断层CT扫描层数有限，未扫描的层面也有存在病灶的可能。重建的3D图像虽然来自于传统的CT资料（图1），却比传统的CT资料更能表现病灶的大小和范围，并能定量测量病灶的体积，弥补断层CT的不足（图2）。可见，联合使用断层CT扫描和重建3D图像对监测百草枯所致ALI的病情进展和评估其预后更具有临床意义。

3 讨论

百草枯中毒主要以肺部损伤为主［4］，其在肺组织中的浓度是其他组织的10～90倍。肺的抗氧化剂浓度较低而含氧量又较高，使其更易受到损害［5］。肺损伤的演变过程包括弥漫性炎性反应、肺泡细胞水肿、肺泡腔融合，最终出现肺间质纤维化，具有病死率高、治疗困难的特点。

目前，CT、MRI等断层扫描已经成为医学诊断的主要依据，但它仅能表现一个图层的病变，不能直观呈现出病灶的整体范围，而且有时未被扫描到图层的病灶甚至会被忽略。医学图像的3D成像技术在现代临床医学中起着越来越重要的作用。3D重建软件已经由过去对生物体材料几何结构的简单模拟和近似计算，发展到了能对人体各组成部分和复杂的非均质性结构进行真实模拟和精密分析，是现代人体生物力学和临床医学研究的一种重要工具。它能够弥补CT、MRI在成像上的不足，为临床医生诊断和治疗提供准确的科学依据。Mimics10.01是目前国内外较先进的3D影像处理软件，其建模不但可避免以往通过轮廓线建模无法完整描述器官复杂外形的缺点，而且还简化了建模中提取轮廓线的过程，缩短了建模时间，并能在整个重建过程中最大限度地排除人为的干扰，体现了便捷、高效、准确、高度自动化的建模优势［6］。

从20世纪70年代起，计算机的3D影像重建技术开始应用于脊柱的生物力学研究，80年代后其应用范围逐渐扩展到颅面骨、颌骨、四肢骨、牙齿等骨性结构的研究上［7］。到目前为止，尚未检索到中外有关3D影像重建技术在研究急性百草枯中毒所致肺损伤方面的文献。重建的百草枯肺损伤3D图像具有独特优势，能够有效监测病情的进展，评估患者预后。百草枯肺损伤3D图像可以直接反映肺损伤的程度，而且操作简单、便捷，几乎无成本，适合在临床上推广应用。

本研究存在的不足：（1）单中心，小样本；（2）由于考虑到患者个人经济原因，我们不能做到每天复查肺CT，这里仅重建了患者出现ALI当天和出现ALI3 d后这两个时间点的影像学数据，因为其较易获得且又是病情进展最快的时间点；（3）在重建3D损伤肺组织图像的过程中，由于Mimics10.01软件的使用技巧不够成熟，尚不能准确区分炎症、渗出、纤维化和陈旧性病变。

综上所述，在临床上重建百草枯肺损伤3D图像与断层CT扫描联合应用能有效地监测急性百草枯中毒患者病情的进展，评估急性百草枯中毒患者的预后。

［1］Chu JJ，Ding Y，Zhuang QJ.Invasion and control of water hyacinth（Eichhornia crassipes）in China［J］.J Zhejiang Univ Sci B，2006，7（8）：623-626.

［2］Agarwal R，Srinivas R，Aggarwal AN，et al.Experience with paraquat poisoning in a respiratory intensive care unit in North India［J］.Singapore Med J，2006，47（12）：1033-1037.

［3］Lee EY，Hwang KY，Yang JO，et al.Predictors of survival after acute paraquat poisoning［J］.Toxicol Ind Health，2002，18（4）：201-206.

［4］Neves FF，Sousa RB，Pazin-Fiho A，et al.Severe paraquat poisoning：clinical and radiological findings in a survivor［J］.J Bras Pneumol，2010，36（4）：313-316.

［5］李欣，李志远，马梦华.百草枯中毒的胸部CT表现［J］.中国医疗医学，2003，12（2）：118-120.

［6］芦俊鹏，张建国.人体颅脑三维有限元模型构建［J］.微计算机信息，2006，22（81）：211.

［7］Cevidanes LH，Motta A，Proffit WR，et al.Cranial base superimpostioin for3-dimensional evaluation of soft tissue changes［J］.Am J Orthod Dentofacial Orthop，2010，137（4 Suppl）：S120-S129.