MSCT評價肺動脈樹形態(tài)與全肺灌注定量分析的研究.pdf

1、研究背景:
　　 CT的問世,使的我們對肺內(nèi)病變的了解和診斷有了飛躍性的進(jìn)步,當(dāng)前CT的不斷更新?lián)Q代,又不斷出現(xiàn)很多應(yīng)用于臨床的新功能。多層螺旋CT(Multi-sliceCT,MSCT)的使用能在更高的時間分辨力和更高的空間分辨力的基礎(chǔ)上產(chǎn)生冠狀、矢狀和各種斜位圖像;由此而產(chǎn)生的動態(tài)增強(qiáng)現(xiàn)在也可用來評價血管結(jié)構(gòu)和肺灌注。這兩項(xiàng)優(yōu)勢使得CT對肺的評價開始從靜態(tài)的形態(tài)學(xué)研究逐漸轉(zhuǎn)入動態(tài)的和定量的形態(tài)學(xué)或功能學(xué)研究,形態(tài)學(xué)和功能學(xué)的

2、結(jié)合將會是未來CT研究的方向。
　　 CT對于肺動脈的形態(tài)學(xué)測量具有重要的臨床意義,過去三十多年來,許多研究證實(shí)應(yīng)用CT能準(zhǔn)確的測量肺動脈的管徑并能可靠的評價肺動脈高壓(PulmonaryHypertension,PH),主肺動脈干直徑增加是判斷肺動脈高壓的可靠指標(biāo),當(dāng)其直徑大于28.6mm時診斷為肺動脈高壓的特異性為100％。也有研究發(fā)現(xiàn)肺動脈直徑與升主動脈直徑的比值能更好的評價肺動脈壓力,更有學(xué)者對肺動脈分支與其相對應(yīng)的支氣

3、管的關(guān)系進(jìn)行研究以此來評價肺動脈高壓。但是,大部分研究確認(rèn)肺動脈擴(kuò)張是在CT橫軸位圖像上通過測量部分肺動脈主干或分支血管直徑來進(jìn)行分析,不能反映肺動脈高壓狀態(tài)下肺動脈樹的形態(tài)學(xué)特征。肺動脈高壓狀態(tài)下肺動脈樹的形態(tài)學(xué)改變通常用定性的方式來描述,對于血管走形紊亂、肺動脈呈枯枝樣改變的評價,則缺乏定量分析的方法。
　　 分形維數(shù)(Fractaldimension,FD)分析是一種能夠分析自然界中不規(guī)則物體或圖像的數(shù)學(xué)方法,在多種學(xué)科中

4、得到廣泛應(yīng)用。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中,分維分析已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于病理、解剖、醫(yī)學(xué)圖像等研究中。應(yīng)用FD分析可通過對常規(guī)X線胸部圖像進(jìn)行研究以此來定量評價肺血流量的改變,應(yīng)用FD分析對CT圖像的研究中,有學(xué)者為了在整個肺組織中區(qū)分正常區(qū)域和肺氣腫區(qū)域,應(yīng)用此方法對肺氣腫進(jìn)行了定量研究。對于肺動脈樹的FD分析,多集中于解剖學(xué)研究,這些解剖學(xué)的研究可獲得準(zhǔn)確和詳細(xì)的肺動脈信息,但僅限于離體狀態(tài)下。FD分析提供了一種潛在的觀察和定量研究CT肺動脈圖像的方法

5、。
　　 CT肺灌注是肺功能學(xué)研究最早也是較成熟的成像方式。肺灌注成像是一種重要的臨床檢查手段,通過觀察區(qū)域性的灌注改變有助于做出準(zhǔn)確的臨床診斷,同時能夠評價肺功能的缺損。肺實(shí)質(zhì)的灌注能提供一種灌注的可視化顯示,同時能定量評價因肺栓塞或肺氣腫導(dǎo)致的肺血流量的減低。核素閃爍成像法被認(rèn)為是評價肺灌注的金標(biāo)準(zhǔn),但是它卻具有自身本質(zhì)上的不足,該方法的空間和時間分辨率較低。MRI因其具有較高的空間分辨率和能夠觀察肺葉和肺段灌注異常的能力而

6、被看作是一種較為有前途的技術(shù)。但MR不能準(zhǔn)確評價肺實(shí)質(zhì)的形態(tài)學(xué)特征,在對肺灌注成像時往往需要高分辨率CT的協(xié)同幫助,因此在對比研究肺灌注受損區(qū)域和肺內(nèi)形態(tài)學(xué)改變時不得不增加其他檢查方式,這就增加了患者負(fù)擔(dān)和造成社會資源的浪費(fèi)。
　　 近些年,由于CT設(shè)備的發(fā)展,肺部CT灌注成像開始受到人們的重視。雙源CT系統(tǒng)通過發(fā)射不同能量的x射線可同時獲取兩套螺旋CT數(shù)據(jù),根據(jù)碘的x線吸收特性,雙源CT可形成碘的分布圖以此來模擬肺灌注成像,通

7、過減影的方式處理增強(qiáng)前后的CT數(shù)據(jù),應(yīng)用一種新的CT圖像后處理技術(shù)對圖像進(jìn)行彩色編碼也可用于模擬肺灌注成像以此來評價形態(tài)學(xué)和功能改變。但是,所有這些技術(shù)不能提供真正的灌注測量,由于這些模擬灌注成像并不是來源于動態(tài)CT圖像,因此他們只能提供肺灌注的圖像而不能作為定量分析研究。常規(guī)CT由于受限于探測器的排列方式和寬度,因此覆蓋范圍較小。隨著CT技術(shù)的快速發(fā)展,當(dāng)前對整個組織器官的容積CT灌注得以實(shí)現(xiàn),新近的128層螺旋掃描設(shè)備具有自身獨(dú)有的

8、技術(shù)特點(diǎn),使大范圍動態(tài)掃描成為可能。通過雙向鐘擺式往復(fù)移床方式和較寬的探測器陣列,覆蓋范圍最大可達(dá)27cm,能覆蓋較大器官和腫瘤對其進(jìn)行灌注成像。通過新設(shè)備的引入使得全面評價總的肺實(shí)質(zhì)灌注成為可能。
　　 本研究的目的是通過兩個部分評價多層螺旋CT對肺動脈樹形態(tài)學(xué)和肺實(shí)質(zhì)灌注的定量研究,第一部分主要是在肺動脈高壓患者中,應(yīng)用分維數(shù)對多層螺旋CT形成的肺動脈樹的形態(tài)學(xué)改變進(jìn)行定量分析,評價肺動脈高壓者和無肺動脈高壓者肺動脈樹分維數(shù)

9、的差異,并探討其影響因素。第二部分主要是應(yīng)用128層螺旋CT評價全肺動態(tài)容積灌注的可行性,并對其進(jìn)行定量研究和肺灌注可視化定性顯示。評價正常肺實(shí)質(zhì)的在重力方向和非重力方向上區(qū)域性的灌注參數(shù)差異,對病理狀態(tài)下肺實(shí)質(zhì)容積灌注參數(shù)與正常肺實(shí)質(zhì)間的對比研究。
　　 第一部分,應(yīng)用分形維數(shù)對多層螺旋CT肺動脈樹的形態(tài)學(xué)改變進(jìn)行定量分析
　　 目的:本研究目的為在肺動脈高壓患者中,應(yīng)用分維數(shù)對多層螺旋CT形成的肺動脈樹的形態(tài)學(xué)改變進(jìn)

10、行定量分析。
　　 材料和方法:將14名肺動脈高壓患者和17名無肺動脈高壓者納入研究范圍,其中無肺動脈高壓者作為對照組。所有受檢者分別進(jìn)行增強(qiáng)螺旋CT掃描和經(jīng)胸的超聲心動圖檢查。應(yīng)用后處理軟件形成肺動脈樹,在個人計(jì)算機(jī)中借助專業(yè)圖形處理軟件(ImageJsoftware)對肺動脈樹的投影面積及其分維數(shù)進(jìn)行計(jì)算。對肺動脈高壓組和無肺動脈高壓組的分維數(shù)、肺動脈樹投影面積和肺動脈壓力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)評價。
　　 結(jié)果:肺動脈高壓患者

11、的肺動脈樹分維數(shù)、肺動脈樹投影面積和肺動脈壓力均高于無肺動脈高壓者(p＜0.05,t-test)。分維數(shù)與肺動脈壓力間有較高的相關(guān)性(r=0.82,p＜0.05,偏相關(guān)分析)。分維數(shù)與肺動脈樹投影面積間存在較輕的相關(guān)性(r=0.49,p＜0.05,偏相關(guān)分析)。肺動脈壓力與肺動脈樹投影面積間亦存在相關(guān)性(r=0.65,p＜0.05,Pearson相關(guān)分析)。
　　 結(jié)論:肺動脈高壓患者的肺動脈樹的分維數(shù)要顯著高于無肺動脈高壓者,

12、而且分維數(shù)與肺動脈壓力間存在較高的相關(guān)性。
　　 第二部分,應(yīng)用128層螺旋CT對全肺容積灌注評價的可行性研究
　　 目的:本研究的目的是應(yīng)用128層螺旋CT評價全肺動態(tài)容積灌注的可行性,并對其進(jìn)行定量研究和肺灌注可視化定性顯示。
　　 材料和方法:對照組為肺實(shí)質(zhì)正常組,該組包含17名受檢者,此受檢者無肺功能受損或彌漫性肺病的征象,15名患者組成肺實(shí)質(zhì)異常組(5名受檢者患急性肺栓塞,10名受檢者患有不同程度肺氣腫

13、)。所有受檢者均進(jìn)行動態(tài)容積灌注CT檢查,動態(tài)容積灌注覆蓋范圍約20.7cm,分別計(jì)算動態(tài)增強(qiáng)圖像的肺血流量(PBF)、肺血容量(PBV)和平均通過時間(MTT)。在正常和異常肺實(shí)質(zhì)組分別對區(qū)域性和容積性的PBF、PBV和MTT進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。
　　 結(jié)果:在正常肺實(shí)質(zhì)組內(nèi),重力方向上與非重力方向上區(qū)域性PBF、PBV和MTT存在顯著性差異;全肺動態(tài)容積灌注能清晰顯示灌注缺損區(qū)和增強(qiáng)區(qū),盡管有幾個肺葉體積較大超過20.7cm的覆