第三代双源CT 卷积核在支气管三维重组中的应用价值

张勇 吴云江 焦志云 顾秀婷 刘静 王苇

肺血管、支气管三维重组技术可在术前充分了解肺部结节与肺段结构（肺支气管、肺段静脉、肺段动脉）的解剖变异和空间关系，能够提高胸腔镜解剖性肺段切除术的精确性[1]。在临床工作中发现由于支气管与相邻肺组织分辨率较低，无法直接重组出满足临床需求的三维支气管树图像，然而不同卷积核可以获取不同的像素噪声、空间分辨率及密度分辨率[2]，相同原始数据可通过改变卷积核重建图像来提高重组支气管的质量。因此本研究主要对比三种具有代表性的卷积核进行支气管树三维重组，探讨不同卷积核重建对支气管树三维重组的应用价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料收集2022 年3 月～7 月我院拟行视频辅助胸腔镜解剖性肺段、亚段切除术患者38 例，术前均行胸部CT 增强检查，其中男18 例，女20 例，年龄41～81（63.3±10.7）岁。纳入标准：肺部小结节或磨玻璃样变大小0.8～2.0cm。排除标准：①造影剂过敏者；②有心、脑、肾等器官有禁忌的疾患及不能配合者；③完善相关检查排除手术禁忌者。入选对象均具有知情权且自愿签订知情同意书。

1.2 仪器与方法采用Siemens Somatom Force 多层双源螺旋CT，双能量模式行肺静脉CTA 扫描。扫描参数：A、B 球管电压分别80KVp/Sn150KVp，有效管电流为382/212mAs，螺距0.55，转速0.25s/rot，准直器宽度192mm×0.6mm。扫描方法：患者取仰卧位，双手置于头顶，扫描前进行呼吸训练。于肱正中静脉或前臂静脉内置入20G 的静脉留置针，并告知患者注射造影剂时会有轻微不适感不必紧张。采用小剂量测试法Test Bolus 以5ml/s 的速率注入非离子型对比剂（优维显370，先灵拜耳，德国）约10ml，接着以相同的速率再追加20ml 生理盐水，注入对比剂后连续监测支气管分叉处20s，分别在主动脉和肺动脉画ROI 测得达峰时间。肺静脉CTA 扫描时造影剂30ml，接着以相同的速率再追加30ml 生理盐水，以主动脉达峰时间作为扫描延迟时间。扫描范围均从胸廓入口平面至后肋膈角平面，采用吸气末屏气扫描方案。

1.3 图像重建及分析采用双源CT 线性融合技术权重因子（weighing factor，M）M=0.6 分别重建卷积核Br32（medium smooth）、Br40（medium）、Br54（medium sharp）图像，重建层厚1.0mm，层间隔1.0mm。采用Syngo.via 工作站肺3D 软件对支气管树进行三维重组后处理。

1.4 图像质量评价支气管数目：利用肺3D 软件分别重组卷积核Br32、Br40、Br54 支气管树，记录区域增长支气管数目。支气管树三维重组图像评分标准：5 分：图像对比度优秀，可显示5 级亚亚段支气管分支，较好显示支气管树；4 分：图像对比度良好，可显示4 级亚段支气管分支；3 分：图像对比度一般，可显示3 级段支气管分支，大致能够满足肺段切除术；2 分：图像对比度较差，能够显示2 级叶支气管分支；1 分：图像对比度差，叶支气管显示不清，无法达到术前评估要求。可术前评估率为评分3～5 分的患者数量除以患者总数的百分比，优良率为评分4～5 分的患者数量除以患者总数的百分比。

1.5 统计学分析采用SPSS 25.0 软件进行统计学分析。采用Shapiro-Wilk 检验进行正态性分析，正态性分布数据用表示，不符合正态分布数据用M（Q1，Q3）表示。各卷积核支气管增长数目比较采用Kruskal-Wallis H 检验，组间比较采用Bonferroni 法多重比较分析。各卷积核支气管可术前评估率及优良率比较采用χ2检验。P<0.05 为差异具有统计学意义。

2 结果

各卷积核支气管增长数目比较：卷积核Br32 组30.0（22.0，45.0）支，Br40 组36.0（27.0，56.0）支，Br54组50.0（36.0，84.0）支，三种卷积核支气管区域增长数目比较，差异具有统计学意义（H=21.09，P<0.001）。其中卷积核Br54 组与卷积核Br32 组支气管区域增长数目比较，差异有统计学意义（P<0.001）；卷积核Br54 与卷积核Br40 组支气管区域增长数目比较，差异有统计学意义（P=0.018）；卷积核Br40 与卷积核Br32 组支气管区域增长数目比较，差异有统计学意义（P=0.037）。各卷积核支气管三维重建图像及评分结果，见图1、表1。

表1 三种卷积核的主观评分结果

图1 各卷积核支气管三维重建

3 讨论

随着CT 设备的不断更新，第三代双源CT 在临床得到了广泛应用，具有快速、精准、安全的临床信息采集特点，在实现超低剂量体检、大范围血管检查、心脏冠脉检查成像等方面具有领先优势，同时在提高图像质量方面也起到积极作用。双源CT 成像在不同能量的X 线照射下，不同组织X 线衰减不同，再通过融合重组技术可取得高分辨率、低噪声的高质量混合能量图像，使得早期肺癌更易确诊[3]。外科手术目前仍是治疗早期肺癌的最佳方案，楔形切除术和肺段切除术均可用于治疗选择性早期肺癌，但肺段切除术疗效优于楔形切除术[4～6]。然而肺段、亚段的血管及支气管相互关系错综复杂，走形规律性差，且肺血管、支气管解剖变异较多，使得手术过程中辨认困难，增加了手术的难度。随着肺血管、支气管三维重组技术的应用，使精准的肺段切除成为可能。视频辅助胸腔镜手术（VATS）被认为是原发性肺癌的一种替代开胸手术的方法，通过配合肺段切除术可保留更多的健康肺组织，有利于保护患者术后肺功能，提高术后生活质量，降低术后并发症发生率[7]。以右肺上叶支气管为例，根据终末通气区域分为尖段（B1）、后段（B2）及前段（B3），有三干型，双干型及缺失型三个主要类型。三干型三支支气管发于同一平面，双干型同一平面发出两支支气管，其中一个再发出两个分支供应两个肺段，主要有前段单干、尖段后段共干（B3，B2+B1），后段单干、尖段前段共干（B2，B1+B3），尖段单干、前段后段共干（B1，B2+B3）。缺失型又分为两类，分别为尖段缺失型（尖亚段及前亚段支气管分别自后段及前段支气管发出，后段缺失型前外亚段及前内亚段分别自尖段及后段支气管发出[8，9]。所以了解肺支气管的形态及解剖变异对VATS 非常重要，通常重组支气管树需要胸外科医生结合二维CT 图像验证重组的准确性耗时耗力。本研究以不同卷积核为基础，选择一种最有利于支气管显示的卷积核以提高显示准确性，减少与二维CT 图像相互验证然后手动增长未显示支气管的情况，以提高工作效率。CT 卷积核又称卷积函数或者滤波函数，是图像重建运算处理的重要步骤。卷积核处理通常使用滤波函数，即重建函数核来修正图像，重建函数核是一种算法函数，主要用于凸显目标组织。高通算法即锐利的卷积核，得到高空间分辨率和高噪声的图像、相对的低密度分辨率，可用于需要观察及分辨细节的组织，可提高薄层的评价精度。而低通算法即平滑的卷积核，获得高密度分辨率、低空间分辨率和低噪声，可用于图像三维重组使重组后的图像更平滑，同时可以改善高对比度小病变的可检测性[10，11]。卷积核的参数值从低到高，获得的横断面图像从平滑到锐利，图像空间分辨率呈增高趋势，卷积核从低到高时图像重组VR 的颗粒感也随之增强，过于平滑及太强颗粒感的图像都会影响支气管识别，所以合理的选择卷积核显得尤为重要。本研究中，当选择卷积核为Br32 时，重建的横断面图像空间分辨率低，显示对比差，对支气管壁线样结构显示模糊，不能显示更细小的线样结构；选择卷积核Br40 时，图像空间分辨率提高，显示对比良好，对支气管壁线样结构显示较清晰，但更细小的线样结构显示略显模糊；选择卷积核为Br54 时，图像空间分辨率在三者中最高，显示对比佳，对支气管壁线样结构显示清晰锐利，还可以显示更细小的线样结构，因而，对于支气管的VR 图像，在一定范围内卷积核参数越高，图像效果越好，但过高的卷积核因为噪声的增加，在受呼吸影响的区域或呼吸配合不佳患者误增长中也较明显。当前，对双源CT 关于肺部的研究大多在肺灌注及肺灌注与肺动脉造影融合方面，也有使用迭代重建技术减少辐射剂量，改善图像质量等方面[12]。另外在头颈部及脊柱CT、肺孤立结节及冠状动脉支架选择合理卷积核重建方面也有报道[13～15]，对于在支气管三维重组中如何合理选择卷积核目前尚无报道。

综上所述，本研究通过评价第三代双源CT 不同卷积核重组支气管的数目及评分，合理选择卷积核以获得高质量的3D 支气管树图像，为临床提供支气管的变异情况及其与肺动静脉的解剖关系并以此制定个性化的手术方案，以便取得良好的手术效果，做到精准医疗。