基于CT值阈值法测量骨骼肌体积

2017-08-16杨献峰杨尚文胡安宁金文凤朱

中国医学计算机成像杂志 2017年3期

杨献峰杨尚文胡安宁金文凤朱斌*

基于CT值阈值法测量骨骼肌体积

杨献峰1杨尚文1胡安宁1金文凤2朱斌1*

目的：以臀肌群为例，探讨128层螺旋CT测量骨骼肌体积的可行性。方法：将横轴位臀肌群CT扫描原始数据输入后处理工作站，应用CT阈值法测量软件对骨骼肌的三维形态进行重建，由软件计算骨骼肌体积。由两名操作者分别进行处理，操作者1于一周后重复此过程，比较不同操作者间及同一操作者在不同时间点测量的可靠性。结果：臀肌群三维形态显示良好，符合解剖学所见。研究中在组内和组间测量上均显示了很高的可靠性。臀肌群体积存在性别及年龄差异。结论：128层螺旋CT应用CT值阈值法测量骨骼肌体积简便、直观、可重复性强，可作为骨骼肌体积评价的影像学手段。

骨骼肌，体积，测量，计算机体层成像，阈值

骨骼肌是人体运动系统的重要组成部分，其体积改变是骨科与运动医学临床评价、航空航天医学研究观测的重要指标。然而，由于骨骼肌为软组织密度，缺乏组织对比，长期以来对骨骼肌体积的测量一直缺乏方便、准确的方法。随着影像学设备性能的提高特别是图像后处理技术的进步，在体组织精确体积测量可通过CT值阈值法CT三维重建得以实现，目前已有较多应用[1-2]，在骨骼肌体积测量中目前尚未见报道。本研究拟在既往研究的基础上，以臀肌群为例，探讨基于CT值阈值组织体积测量技术在骨骼肌体积精准测量中的应用价值。

方法

1.临床资料

收集2016年3月到2016年9月于我院128层CT扫描范围包括双侧臀肌群的患者79例，其中男37例，年龄19～72岁，平均49.1±8.4岁，女42例，年龄29～94岁，平均45.8±6.2岁；根据年龄将患者分为3组：A组18～40岁（16例，男5例，女11例），B组41～60岁（48例，男23例，女25例），C组61～94岁（15例，男9例，女6例）。纳入标准：扫描范围包括双侧臀大肌上下边界，图像清晰，无运动伪影及金属放射伪影。

2.CT检查方法

采用联影128层UIH uCT760螺旋CT机（联影，中国上海），管电压120kV，管电流80mAs，层厚5mm，螺距1.0，重建层厚0.5mm，采用标准算法，重建范围上缘起自臀肌群上缘，下缘至臀肌群下缘。将薄层数据传输至同机工作站，采用阈值体积测量后处理软件重建臀肌群的三维形态，由软件自动测算骨骼肌体积。此过程由两名观察者分别独立进行处理，其中观察者1一周后进行重复操作，记录数据。

3.统计学方法

采用SPSS15.0统计分析软件，计量资料用

表示。采用独立样本t检验比较不同性别受检者，对不同年龄段受检者臀大肌群集体采用单因素方差分析进行比较，P＜0.05为差异有统计学意义。采用组内相关系数（Intra-class Correlation Coefficient，ICC）及其95%置信区间描述组内和组间测量的可靠性，ICC0.00～0.20为可靠性很差，0.21～0.40为可靠性差，0.41～0.60为可靠性中等，0.61～0.80为可靠性好，＞0.81为可靠性很好。

图1 女，75岁，三维图像示双侧臀肌群形态与解剖形态一致，臀肌群边界选取准确。

结果

臀肌群三维形态显示良好，符合解剖学所见（图1～3），单块骨骼肌（臀中肌）清晰可辨（图2），组中最高龄患者94岁，臀肌群萎缩、脂肪化（图3）。研究中在组内和组间测量上均显示了很好的可靠性（表1）。臀肌群各肌肉及总体积均大于女性，但差异无统计学意义（表2）。不同年龄男性群各肌肉及总体积结果见表3，A组与C组间臀肌群总体积差异有统计学意义（P＜0.01），B组与C组间臀肌群总体积有统计学意义（P＜0.05），AB组间比较差异无统计学意义（P=0.21）。不同年龄女性群各肌肉及总体积结果见表4，A组与C组间臀肌群总体积差异有统计学意义（P＜0.01），B组与C组间臀肌群总体积有统计学意义（P＜0.05），AB组间比较差异无统计学意义（P=0.25）。

图2 女，52岁，右侧臀中肌边界选取清晰，可见其三维形态。

表1 组内和组间测量的可靠性

表2 男女性右侧臀肌群体积对照（cm3，±s）

性别臀大肌臀中肌臀小肌总体男877.9±95.4 139.3±35.6 39.8±9.7 1168.8±124.3女702.7±83.3 126.7±27.8 33.2±7.9 991.6±111.5

表3 男性右侧臀肌群体积（cm3，±s）

组别臀大肌臀中肌臀小肌总体A 组 1021.9±125.6 165.1±22.2 47.4±6.2 1317.4±99.7 B 组 909.6±76.5 126.4±28.1 46.9±8.5 1279.9±125.4 C 组 647.3±72.8 106.4±26.6 22.3±7.1 907.5±85.4

图3 女，94岁，臀肌群萎缩，肌肉见脂肪浸润，边缘为著，三维形态可见显示。

表4 女性右侧臀肌群体积（cm3，±s）

组别臀大肌臀中肌臀小肌总体A 组 887.9±98.3 145.8±29.7 38.1±8.6 1028.4±116.9 B 组 713.6±67.8 123.7±31.1 39.9±10.4 953.3±107.2 C 组 587.3±54.2 109.4±22.9 29.6±8.5 717.0±76.5

讨论

骨骼肌体积可反映骨骼肌形态和功能状态，骨骼肌萎缩可导致关节稳定性降低，引起关节疼痛和功能障碍[3]。临床及科研工作中上常用骨骼肌体积来评估评价骨骼肌及邻近关节运动能力，如航空航天医学中失重状态下宇航员骨骼肌萎缩情况、增龄、绝经、骨性关节炎、竞技体育中运动员特定肌肉群训练后等状态下骨骼肌形态的变化[3-5]。

与测量其他组织体积相似[6]，目前下肢骨骼肌体积的定量评估是通过测量肌肉的最大横截面积来实现的，进行横轴位厚层扫描后逐层测量肌肉面积，再与层厚相乘得到体积数据或采用多田氏方程计算，即V=π/6×长×宽×高，各层体积数据相加得到总的肌肉体积数据[7-8]。然而，骨骼肌形态并非规则球体或柱体，上述方法评估存在较大误差，影响评估的准确性，且操作不便。此外，磁共振成像耗时较长，成像视野较小，难进行大范围的骨骼肌体积测量。

临床工作中CT成像是组织体积测量的重要方法。基于CT值阈值法组织体积测量是根据靶组织与周围组织的密度差异导致的CT 值差异来设置其测量阈，从而使靶组织的CT 值完全包含在预先设定的CT 值阈值范围内，三维重组后由软件自动计算出其体积[9-10]。采用阈值法进行CT图像中组织或器官体积的测量需要满足以下2个条件：①被测组织或器官与周围组织密度差异足够大，有研究认为差异大于150HU以上才能获得准确的组织分割；②采集的CT数据需达到各向同性[11-12]。需要评估体积的骨骼肌常体积较大，密度较均匀，CT值约40～50HU，与邻近的骨骼（1000HU）、皮下脂肪（-100HU）等组织CT值存在明显差异，而走行于肌间的神经、血管主干可后处理时通过手工去除，纤细的神经、血管分支体积远小于骨骼肌，引起的误差可忽略不计。

重建时首先由操作者进行图像分割，使用工作站后处理工具选取预定CT阈值内组织，并结合断层解剖学判断是否超出靶组织解剖学边界，超出部分进行手动去除。组织体积计算方法为“体积 =像素间距（x）×像素间距（y)×层间厚度，层间厚度=|posn –pos1| / (n–1)，其中，posn是靶组织最后一张图像的位置，pos1是靶组织第一张图像的位置”。

在臀肌群体积测量中，影响靶组织选择的因素较多，如肌间隔、肌间血管、神经、肌腱等CT值与骨骼肌类似的组织在靶组织选取时难于精确去除，单一骨骼肌如臀中肌、臀小肌边界界定存在主观误差等；但薄层CT扫描最小层厚可达0.5mm，较小的体素使得组织边界更加清晰锐利。本研究测量了79例臀肌群的体积，结果表明组间及组内测量均具有很高的可靠性。男性臀大肌、臀中肌及臀小肌体积均大于女性，差异有统计学意义。男性及女性各组中，AB组臀肌群体积大于C组，差异有统计学意义，A组大于B组，但无统计学差异，表明臀肌群随年龄增长逐渐萎缩，但在增龄萎缩过程中速度不相同，60岁后臀肌群萎缩速度加快，在男性组表现尤为显著。测量值存在较大个体差异，最大体积为最小体积的接近两倍，可能与受检者经常进行体育锻炼、脊柱及下肢疾病导致臀肌群废用性萎缩等有关。

作为一项初步研究，本文存在较多不足之处。首先，样本量偏小，受个体差异影响较大，且未能分析与受检者身高、体重指数等的相关性；其次，数据为回顾性分析，未能做到取样随机化，所测得的臀肌群体积可能受某些疾病的影响，无法代表正常人群。再次，实际工作中发现，两侧臀肌群体积存在较大差异。限于文章篇幅，本文在数据分析时均统计右侧体积。最后，所测臀肌群总体积与单独测量臀大肌、臀中肌及臀小肌所得体积之和不完全一致，表明尽管后处理软件已经可以较为准确地勾画出所测肌群边界，仍需要继续改善性能以提高体积测量的精确度。

总之，通过CT薄层扫描结合后处理软件，利用CT阈值法，可重建出骨骼肌组织的三维形态，并可较为稳定、可靠地测量该骨骼肌或骨骼肌群的体积，为临床及科研工作提供更多有效信息。

[1]贾晶，陈勇，冀鑫，等.MSCT测量正常成人肝脏体积.中国介入影像与治疗学，2014,11 : 69-72.

[2]Kenji S, Ryan K, Mark LE, et al. Computer-aided measurement of liver volumes in CT by means of geodesic active contour segmentation coupled with level-set algorithms. Med. Phys,2010,37 : 2159-2166.

[3]宋亦军，翁习生，邱贵兴，等。增龄、绝经及退行性膝骨关节炎对妇女股骨颈骨强度及骨骼肌力量的影响。中华医学杂志，2002,82 : 752-755.

[4]朱明武，曹钧.力量性练习引起骨骼肌体积增大的机制研究.九江学院学报，2007, 140 : 121-123.

[5]金真，刘玉盛，费军，等.磁共振技术观察模拟失重状态下人体骨骼肌体积和肌内乙酰胆碱的变化.中华航空航天医学杂志，2002,13 : 112.

[6]文兵，杜瑛，胡良波,等.磁共振对BMI正常人群髓核体积的测量与临床应用研究.中国医学计算机成像杂志，2016，22 :346-350.

[7]刘明霞，唐志全，张艺军，等.3.0T磁共振三维容积扫描在15d卧床试验中评估下肢骨骼肌变化的应用.中华临床医师杂志（电子版），2012,6 : 1024-1025.

[8]Gerd FV, Inna K, Carsten MK, et al. Quantitative Magnetic Resonance Imaging Volumetry of Facial Muscles in Healthy Patients with Facial Palsy. Plastic and Reconstructive Surgery, 2014,2:1-9.

[9]张国来，陈自谦，陈光辉.体积测量CT值阈值法的准确性及应用研究.中国临床医学影像杂志，2014, 25 : 218-220.

[10]Nakayama T, Kuru S, Okura M, et al. Estimation of net muscle volume in patients with muscular dystrophy using muscle CT for prospective muscle volume analysis: an observational study. BMJ Open ,2013, 3 : e003603.

[11]Nicolas DP, Shonket R, John MB. Volume assessment accuracy in computed tomography: a phantom study. J Appl Clin Med Phys,2011,11 : 30-37.

[12]Darren F, Simrit N, Carlos FM, et al. Comparison of in vivo 3D conebeam computed tomography tooth volume measurement Protocols.Progress in Orthodontics ,2014, 15 : e69.

Measurement of Muscle Volume Based on CT Value Threshold Method

YANG Xian-feng1, YANG Shang-wen1, HU An-ning1, JIN Wen-feng2, ZHU Bin1*

Purpose:To explore the feasibility and reliability of muscle volume measurement using 128-slice spiral CT.Methods:Raw axial CT data of gluteal were transported into post-processing workstation, and the threedimension shape of muscle was reconstructed by software based on CT value threshold, then the muscle volume was calculated. This process was performed by 2 operators independently, and operator 1 repeat this process 1 week later.Intraclass correlation coefficient was calculated.Results:Three-dimension shape of gluteal was well demonstrated and corresponded well to the known anatomy. The measurement showed very good reliability in inter- and intra- observer.There were statistical differences between gluteal in different gender and age.Conclusion:128-slice CT measurement based on CT value threshold can evaluate the muscle volume conveniently and directly, and could be used as a first choice for muscle volume evaluation.

Muscle volume, Measurement, Computer tomography, Threshold

R445.3

1006-5741（2017）-03-0287-05

2016.10.18;修回时间：2016.11.29)

中国医学计算机成像杂志，2017，23：287-291

1南京大学医学院附属鼓楼医院放射科；

2 上海联影医疗科技有限公司

通信地址：江苏省南京市中山路321号，南京 210008

朱斌（电子邮箱：15950570742@163.com）

南京市医学科技发展项目 YKK14071

Chin Comput Med Imag，2017，23：287-291

1 Department of Radiology, The Affiliated Drum Tower Hospital of Nanjing University, Medical School.