PACS系统三维测量方法与多田公式计算方法在脑出血测量的准确性比较

张巧莹 ，黄晓宇 ，梁小红 ，周俊林

1.兰州大学第二医院放射科，甘肃兰州730030；2.兰州大学第二临床医学院，甘肃兰州730000；3.甘肃省医学影像重点实验室，甘肃兰州730030

前言

脑出血是卒中的最小可治疗形式，占全球所有卒中的10%～30%［1］，1个月的死亡率为30%～50%［2］，一半的死亡发生在48小时内［3］。出血量是评估脑出血预后简单可靠的独立预测因素，准确测量脑内血肿体积对临床制定治疗方案和评价疗效至关重要［4-5］。

测量脑出血的方法有CT定量方法、多田公式法等［5］。CT定量方法由于计算过程过于繁琐复杂，无法被临床应用。临床中血肿测量多采用多田公式简化公式［6］。其应用原理是将血肿体积理想化为一椭球体。然而临床中脑出血形状大部分不规则，甚至呈分叶状，因此理论上多田公式法计算误差较大［7］。目前公认的3D Slicer平台是基于CT的容积测量方法，有学者已经证实了其测量准确性高于多田公式计算方法，但是3D Slicer平台属于医院PACS之外的公共平台，临床医生需要将PACS系统图像导出到3D Slicer平台，不适用于日常工作［8-9］。

为了有效改善上述测量方法的不足，笔者发明了一种适用于螺旋扫描的测量方法，该发明正在申请专利：Picture Archiving and Communication Systems（PACS）三维测量方法。PACS系统是指包含了放射科信息系统和医学影像存档与通信系统的医学影像信息系统，普遍应用在医院影像科室［10］。该方法原理是基于螺旋CT的容积测量方法,在PACS系统重建三维图像上选定脑出血感兴趣区，利用出血CT值范围，由计算机自动识别并标记感兴趣区CT值范围内的所有体素，再由计算机自动测量血肿体积（即所有体素体积之和），是一种计算机辅助的半自动容积测量方法。

本文通过比较脑出血在体积及形态不同时两种测量方法之间的差异性，及两种方法测量血肿体积的准确性，为临床提供一种更可靠的血肿测量方法。

1 材料和方法

1.1 研究设计

收集从2016年9月～2017年9月兰州大学第二医院165例自发性脑出血住院病例，进行了单中心，回顾性观察队列研究。年龄25～87岁，平均年龄55岁，男性97例、女性68例。

病例纳入标准：①年龄＞18岁；②脑实质出血，出血量＞5 mL；③起病24 h内行头颇CT平扫。

排除标准：①脑室内出血或血肿主体破入脑室；②肿瘤卒中出血；③硬脑膜外血肿或硬脑膜下血肿；④CT禁忌证及缺乏知情同意。

水模设计：选择36个不同形状的不规则容器，分别装入不同体积的水（10、20、30、40、50、100 mL各6个）。

患者或最近的亲属给出书面知情同意书。当地伦理委员会批准了研究方案的所有方面。

1.2 数据采集

所有病例均行常规头颅CT平扫；36个水模分别行常规CT平扫。

所有CT检查均采用多排CT扫描仪（Somatom Sensation64;Siemens，Germany）从颅底到颅顶进行。管电压120 kV，自动调节管电流，螺距因子1.2∶1，层厚3 mm。

其中15例病人在第一次头颅CT扫描后，进行神经内镜微创血肿清除术，并尽可能彻底清除并收集完整的出血及血凝块，于术后送至病理科做血液及血凝块融化，测量其脑出血量。

1.3 图像分析

由两名影像科医师独立在CT视屏上，分别用多田公式、PACS系统三维方法测量水模及血肿的体积。并记录血肿位置（脑叶，基底节或丘脑，脑干或小脑），脑室内和蛛网膜下腔出血情况。

多田公式：V=a×b×c×1/2，其中V代表血肿体积，a、b分别是CT片中血肿最大层面的的最长径、最宽径，c是CT片中出现血肿的层面数。

PACS系统三维方法。S1：测出血肿的最大CT值与最小CT值，之后利用薄层图像进行三维重建；S2：分别在重建好的三维图像的最大横断面、矢状面、冠状面中用适合血肿大小的矩形框选定所要测量的病灶；S3：选一种颜色来表示S2中血肿最大CT值与最小CT值之间的CT值范围；S4：系统自动标记并测量出该颜色区域的体积大小，即我们所要测量的血肿的体积，见图1。

图1 PACS系统三维方法Fig.1 PACS three-dimensional measuring method

1.4 实验方法

1.4.1 差异性分析 ①按PACS测量体积将血肿大小分为 5级（0～10.0 mL、10.1～20.0 mL、20.1～30.0 mL、30.1～50.0 mL、＞50.1 mL），比较不同级别下两种测量方法测得的血肿体积；②按barras scale规则［11］来划分血肿形态（图2），比较不同血肿形态下，两种测量方法测得的血肿体积。

图2 barras scale规则Fig.2 Rule of barras scale

1.4.2 准确性分析将36个水模分别置于64排螺旋CT行常规CT平扫，分别用两种方法测定体积，并与水模实际体积对比。

1.4.3 准确性验证统计15例经神经内镜微创手术的病例，分别用两种测量方法测得的出血量与术后证实的实际出血量作对比。

1.5 统计学分析

运用SPSS23.0统计软件对数据进行整理、分析和统计处理。分类变量以绝对值（百分比）表示，连续变量用均数±标准差或中位数表示。通过对分类变量使用Pearson x2或Fisher精确检验，连续变量用Studentt检验，Mann-WhitneyU检验或Kruskal-Wallis检验评估组间差异的统计显著性。由于数据不符合正态分布，采用非参数配对检验：即两相关样本威尔科克森符号秩检验，双侧P＜0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 研究人群

本研究共纳入165名患者，表1提供了患者基线特征。

表1 患者基线特征Tab.1 Baseline characteristics of patients

2.2 差异性

2.2.1 不同血肿体积当10.0 mL＜血肿体积≤30.0 mL时，两种方法测得的血肿体积差异均无统计学意义（P＞0.05）；当血肿体积≤10.0 mL或＞30.0 mL时，两种方法测得血肿体积差异均有统计学意义（P＜0.05），见表2。

表2 不同血肿体积两种方法测得血肿体积差异比较Tab.2 Comparison of the difference in hematomas volume measured by two methods when hematoma volume was different

2.2.2 不同血肿形态当血肿形态为1～3级时，两种方法测得血肿体积差异均无统计学意义（P＞0.05）；当血肿形态为4～5级时，两种方法测得的血肿体积差异均有统计学意义（P＜0.05），见表3。

表3 不同血肿形态两种方法测得血肿体积差异比较Tab.3 Comparison of the difference in hematomas volume measured by two methods when hematoma shape was different

2.3 准确性

PACS系统三维测量方法测得的水模体积与水模实际体积比较，差异无统计学意义（P=0.22），多田公式测量方法测得的水模体积与水模实际体积比较，差异有统计学意义（P=0.01）。PACS三维方法测量结果更接近水模真实体积；两种方法测得水模体积统计学特征如表4所示。

表4 两种方法测得水模体积的统计学特征（mL）Tab.4 Statistical characteristics of measured phantom volume by two methods(mL)

2.4 准确性验证

15例经神经内镜微创手术的病例，PACS系统三维测量方法测得的脑出血量与手术证实的真实出血量更接近。两种方法测得15例经微创手术证实的患者脑出血体积统计学特征见表5。

3 讨论

脑出血是临床工作中的急重症，其致残率、致死率高［2］，出血量是患者预后不良的独立预测指标［12］，脑出血的变化，也是临床密切关注的指标［13］，血肿体积测量误差较大会影响临床决策，延误最佳治疗时机，影响患者治疗效果［14］，准确地测量出血量可帮助临床有效治疗并评估预后［15］。

目前，脑出血血肿体积测量尚缺少金标准，多田公式计算方法较常用，关于多田公式计算脑内血肿体积准确性的研究，国内外均有报道。外国学者Gonzalo Dominguez［9］及中国学者徐兴华等［16］通过与3D Slicer软件测量结果对比，证明多田公式测量颅内血肿存在较大误差［5］。白莉等［16］学者应用CT容积测量方法表明CT容积测量方法较多田公式准确。本研究采用一种新的三维测量方法—PACS系统三维方法，与多田公式对比探讨两种方法的准确性，并研究不同体积及形态下两种方法之间的差异。研究表明PACS系统三维方法较多田公式测量方法准确，与之前的研究结果相一致。但是本文的创新之处在于采用水模来分析两种方法测量结果的准确性，有明确的参照金标准。以往的研究都是采用经典的CT测量方法测得的结果作为金标准，或是采用公共平台提供的3D Slice软件测得的结果作为金标准，但这些金标准都不是研究对象的真实体积，依然存在测量误差。而本文水模设计有效的解决了这个不足。同时15例经手术证实出血量的病例也验证了准确性研究结果。

表5 两种方法测得15例经微创手术患者脑出血体积统计学特征（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例经手术验证的脑出血患者病例表明，PACS系统三维方法较多田公式测量准确性高，是由于多田公式用于测量脑出血存在以下缺陷：①多田公式适用于规则的椭球体血肿体积测量，而临床中大多数脑出血病灶不规则［17］；②当CT扫描基线、层厚、层距不同时，血肿层面数也会变化，多田公式单纯的使用血肿层面数来估算血肿最高径，显然不妥［18］；③多田公式的径线都是人工测量，主观性较大；④由于工作经验及测量方法的不同，人工误差较大，重复性不高［19］。因此多田公式用于临床脑出血量测量必然存在较大误差。而PACS系统三维方法可以有效地改善上述不足：①其通过CT值范围追踪病灶，可以相对全面的采集病灶所有体素数据，模拟出病灶的三维形状［8］，其测量不受病灶形态的限制，自然较接近病灶的真实体积；②其采用半自动计算机测量，减小了测量主观性；③半自动计算机测量，减小了人工误差，提高了重复性。因此，PACS三维测量方法较多田公式测量血肿体积更准确。

研究发现，当血肿体积过小（＜10 mL）或过大（＞30 mL），以及血肿形态不规则时，两种测量方法差异大，笔者已经证明了不同体积不同形态时PACS系统三维测量方法较多田公式计算方法准确性高，且用15例经手术证实的病例得到验证，所以笔者有理由相信两种方法测量差异增大，是由于多田公式测量误差增大所致。多田公式在血肿体积过小（＜10 mL）或过大（＞30 mL）及血肿形态不规则时测量误差较大是由于多田公式的原理是将血肿体积理想化为一椭球体，当血肿形态越不规则，甚至存在子灶时，就越偏离椭球体形态，采用椭球体体积计算方法产生的误差也就越大［20］；同时当血肿越不规则，我们选择合适的测量径线也越困难，测量径线选择不合适，也会造成较大的测量误差。当血肿体积太小时，血肿没有形成具体的形态，最大径不容易确定；而血肿太大时，形态不规则，血肿很容易向周围脑实质脑沟蔓延，导致边界不清，甚至出现分叶及岛征，血肿最大径也不容易选择［21］。而PACS三维方法通过CT值范围来识别出血灶，不受血肿形态及血肿边界的限制，对每个在出血CT值范围内的体素都追踪计算，尽可能的减小了测量误差［22］。因此当血肿形态太小或太大，血肿形态极不规则时，测量也不受限制，测量准确性较高。

本研究存在的不足：第一，样本量有限，在后续的研究中应继续扩大样本量；为验证两种测量方法的准确性，经手术测量出血量是本文的创新之处，但由于条件限制尚未做到所有患者都进行术后出血量测量；第二，设定的血肿密度窗宽较宽，没有区分急性出血与慢性出血，在接下来的研究中笔者将以更小的窗宽区分急性出血与慢性出血。

总之，PACS系统三维测量方法较多田公式计算方法测量准确，且适用范围广，尤其适用于血肿体积过小、过大或血肿形态极不规则的病灶，在临床工作中可以替代多田公式，并对指导临床治疗与干预有重要意义。