肋软骨CT影像真实大小胶片打印技术的应用.docx

肋软骨CT 影像真实大小胶片打印技术的应用摘要： 目的 ：探索在医用胶片上对肋软骨 CT 影像显示其真实大小的胶片打印技术 。方法 ：选取 31 例患 者肋软骨 CT 影像资料 ，经影像后处理 ，胶片采用 14 英寸 17 英寸（35 cm 43 cm）规格 ，计算 EBW 工作 站显示屏主影像显示区和 14 17 胶片上实际影像显示区之间的比例关系 ，制成 10 cm 和 5 cm 两个长度 规格的实物比例尺 。打印时将胶片以 2 2 分格呈 4 幅图像布局 ，选取 5 cm 实物比例尺打印单根肋软骨 横轴面或矢状面影像； 以 1 1 分格呈单幅图像布局 ，选取 10 cm 实物比例尺打印全部前肋弓（含肋软骨） 的三维影像 。选取右侧第 6 肋软骨升部 、横部的长度 ，升部横部连接处宽度 、厚度 ，肋软骨胸骨端 、肋 软骨肋骨端的厚度等 6 个指标的胶片测量值和手术中实体测量值进行比较 ， 并做统计学分析 。结果： 对已打印的胶片进行测量 ，胶片上所示 10 cm 和 5 cm 比例尺与直尺的实际尺寸相等； 胶片上肋软 骨影像的 6 组测量值和手术中的肋软骨实体测值对比 ，测量值差异无统计学意义 。结论 ：基于 DICOM 协 议下的打印技术可以实现肋软骨 CT 影像在胶片上的真实大小打印 ，术者从胶片中所获取的目标组织的 形态数据可靠。关键词：CT 影像；肋软骨；真实大小；胶片打印肋软骨是一种具有一定弹性 、强度和柔韧性的透明软骨 ， 因其来源安全可靠 、组织量充足 1， 且具有移植后吸收率低 、易塑形 、 自体肋软骨移植组织相容性好 、无免疫排斥反应2-3等特点 ，是整 形外科手术填充或支撑的理想材料 ，广泛应用于各种原因导致的鼻畸形矫正术 、耳廓缺损外耳再造 术等整形外科领域 1-4 ，其中以采取第 68 肋软骨最为常用 。肋软骨发育情况和钙化程度是术前评 估的重要内容，术前了解患者肋软骨的形态至关重要。相对于超声（ultrasound，US）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）， 多层螺旋 CT（multi-slice spiral computed tomography，MSCT）及后处理技术能够清晰准确地反映肋骨及肋 软骨发育情况、真实形态、体积和钙化程度5-7 ， 已广泛应用于临床8-10。通常 CT 胶片上的影像均小于人体组织的实际大小， 临床医生需要根据胶片上附带的比例尺进行 换算才能获得组织的真实值 。为了使临床医生的判断过程更加便捷和直观 ，我们将换算工作前移， 使胶片上显示的肋软骨的形态特征和尺寸即为肋软骨的真实状态 ， 并联合手术医生进行了实体测量 加以验证。1 材料与方法1.1 临床资料影像资料来源于 2021 年 8 月至 9 月在中国医学科学院院整形外科医院就诊 ，进行鼻整形 、外 耳 再 造 等 手 术 治 疗 的 患 者 。 随 机 选 取 31 例 患 者 影 像 数 据 与 手 术 测 量 数 据 相 比 较 ， 其 中 男 性 20 例 ， 女性 11 例 ， 年龄 5.6750.67 岁 ， 平均（15.6 9.78）岁； BMI 12.6126.02 kg/m2 ， 平均 （18.7 3.04）kg/m2。1.2 设备及材料采 用 Philips Brilliance 64 排 MSCT 机（ Philips 公 司 ）， Philips Extended Brilliance Workspace 后处理工作站（Philips EBW， Philips 公司 版本 4.5.3）， 19 英寸医用显示器 ， FUJI DRYPIX Plus 激 光 相 机（FUJIFILM 公 司）， 14 英 寸 17 英 寸（ 35 cm 43 cm）医 用 干 式 激 光 胶 片 （FUJIFILM 公司）。量程为 30 mm，分度值为 0.05 mm 的游标卡尺 ；量程为 200 mm，分度值为 0.5 mm 的 外科直尺。1.3 研究方法患者行全胸廓 CT 扫描后 ，在 Philips EBW 工作站上做图像后处理 。 以横轴面显示肋软骨厚度， 以最大密度投影（maximum intensity projection，MIP）影像显示肋软骨长度和宽度 7 。打印胶片 全部采用 14 17 规格 ， 以“2 2 分格呈 4 幅图像”和“1 1 分格呈单幅图像”两种图像布局方式打 印图像。1.3.1 设计实物比例尺首先测量出 14 17 医用胶片影像显示区域的总长为 38.8 cm，此长度对应 1 1 分格的图像 ；之 后将该显示区域以 2 2 分格后，测得胶片上每个分格的长度为 15.2 cm； 再测量出EBW 工作站 19 英 寸医用显示器屏幕上主影像显示区长度为 25.8 cm 。本研究中以上 3 个值均为固定值，不因患者体态 改变而改变。继而计算出EBW 工作站显示屏上主影像显示区和 14 17 医用胶片影像显示区之间不同的比例关 系 按照计算得出的比例关系制作了长度为 8.49 cm 的 5 cm 实物比例尺 ，截取中间 6.65 cm 部分作 为 10 cm 实物比例尺 。使用时，通过缩放影像使电子比例尺的 5 cm 或 10 cm 长度与对应的实物比例尺长度相吻合，这样打印的胶片影像中的电子比例尺能真实反映实物大小（图 1（a）和图 1（b）。（a）10 cm 实物比例尺 （b）5 cm 实物比例尺图 1 经换算后置于屏幕上的实物比例尺Fig.1 Physical scale on the screen after conversion1.3.2 划分肋软骨升部及横部鉴于肋软骨的形态特性 ， 为便于描述 ，我们将第 68 肋软骨的长度按弧度每根划分为两部分， 第 1 部分为肋软骨胸骨端至下方相邻的肋软骨相连的转折处 ，称为肋软骨升部； 第 2 部分为此转折 处至肋软骨肋骨端，称为肋软骨横部（图 2）。1.3.3 影像后处理及打印方式影像后处理及打印过程分为 3 个步骤。（1）二维影像的选取和打印： 选取肋软骨胸骨端 、肋软骨升部 1/2 处 、肋软骨升部横部结合 处 、肋软骨肋骨端共 4 个点的二维图像 ， 以横轴面为主显示影像 ， 以冠状面 、矢状面为辅助定位影像 ， 矢冠轴三图同步 ， 选用 5 cm 电子比例尺 和实物比例尺相吻合 ，胶片以“2 2”分格打印 （图 3（a）。（2）三维影像的选取和打印 ：运用MIP 影像 进行三维重组，获取显示全部前肋弓（含肋软骨） 的三维影像 ，选用 10 cm 电子比例尺和实物比例 尺相吻合 ， 调整图像大小以 1 1 分格打印 ，此 胶片上可观察和测量全部肋软骨升部的长度和宽 度（图 3（b）。保持三维影像上的人体正中线垂直于水平面， 调整影像大小至 5 cm 电子比例尺和实物比例尺 相吻合，然后将影像分别向人体正中线方向旋转， 使左右两侧肋软骨横部整体旋转到正对视者的位 置 ，此位置用作肋软骨横部长度和宽度的测量， 以 2 2 分格打印（图 3（c）。图 2 肋软骨的划分Fig.2 Division of costal cartilage上述 3 个步骤形成了胶片在不同分格状态下影像的打印。（a）2 2 分格 5 cm 实物比例尺 打印单根肋软骨横轴位真实大小影像（b）1 1 分格 10 cm 实物比例尺 打印肋软骨升部真实大小影像（MIP 模式）（c）2 2 分格 5 cm 实物比例尺 打印肋软骨横部真实大小 （MIP 模式）图 3 利用 5 cm 和 10 cm 实物比例尺在胶片上打印肋软骨真实大小影像Fig.3 Print the true size image of costal cartilage on filsm with 5 cmand 10 cm physical scales1.4 统计学方法收集的数据采用运用 SAS 软件进行统计分析 。计算患者第 6 肋软骨 6 个相同位置胶片上测量值 和人体实际测量值的均数和标准差 ，采用 t 检验的方法比较胶片上测量值和人体实际测量值的差异， P 0.05 为差异有统计学意义。2 结果2.1 胶片验证测量已打印胶片上显示的比例尺 ，胶片上所示的 10 cm 和 5 cm 比例尺标注值与直尺的真实值相等（图 4（a）和图 4（b），表明胶片为等比例打印。（a） （b）注：（a）10 cm 和（b）5 cm 真实大小打印：胶片所示比例尺标注值均和直尺的真实值相同。图 4 胶片验证Fig.4 Film verification2.2 胶片测量值和手术中实体测量值的统计学比较对 31 例患者中的 14 例患者进行手术中取材验证，选取患者右侧第 6 肋软骨升部、横部的长度， 升部横部连接处宽度 、厚度 ，肋软骨胸骨端 、肋骨端的厚度等 6 个测量目标 ，采用 SAS 软件比较上 述目标的胶片测量值（图 5）和实体测量值（图 6）之间的差异（表 1）。经 t 检验分析 ，两种方法 6 个 位置的测量值差异无统计学意义，表明胶片上测量值等同于人体真实值。图 5 在胶片上测量右侧第 6 肋软骨胸骨端 厚度（矢冠轴 3 图以十字线同步定位）Fig.5 The measure the thickness of the sternal end of the sixth costalcartilage on the film图 6 右侧第 6 肋软骨胸骨端术中实体测量厚度Fig.6 The measured thickness of thesternal end of the sixth costal cartilage on the right during operation3 讨论在医学影像领域，胶片上的影像等比例显示一般只出现在普通 X 线摄影中，传统的屏-片系统11 胶片经 X 线曝光后通过显影 、定影等一系列步骤在胶片上形成可视的有黑白密度差的影像 ，这种影 像在不考虑 X 线曝光时斜射线效应12的前提下 ，可以视为与人体组织实际大小相等 。CT 是医学影像进入计算机数字时代的代表 ，其成像方式是 X 线束沿人体长轴对检查部位进行一定厚度的逐层扫描 或螺旋扫描 ，光信号转变为电信号 ，经计算机的数模转换 ，每个数字转为黑白不等的灰阶 ， 并按矩 阵排列即构成 CT 图像 。所产生的影像数量庞大，可生成成百上千幅图像， 由于胶片要做到可视性和 承载量两者的统一 ， 因此实际工作中从未实现过在胶片上打印出和人体某一组织真实大小相同的 CT 影像。表 1 肋软骨 6 个相同位置胶片测量值和人体测量值差异统计Table 1 Difference statistics of film measurement value and human measurementvalue at five same positions of costal cartilage分类胶片测量值（均数 标准差）统计检验实体胶片tP肋软骨升部长度/cm77.46 13.4677.84 13.45-0.070.94肋软骨横部长度/cm33.44 5.4933.24 5.850.090.93升部横部连接处宽度/cm15.83 1.9415.80 2.240.030.98升部横部连接处厚度/cm5.95 1.775.96 1.77-0.010.99肋软骨胸骨端厚度/cm12.05 2.5012.02 2.490.030.98肋软骨肋骨端厚度/cm8.48 1.118.49 1.02-0.040.97肋软骨的术前筛选 、评估 ，术中的采取是鼻整形 、外耳再造等整形外科手术治疗过程中的重要 环节 2 。王永振等 6使用多层螺旋 CT 三维重组技术在 MIP 图像中测量肋软骨长 、宽 、厚度 ，对肋软 骨质量进行评估； 汤婷等 13多层螺旋 CT 容积再现技术在肋软骨切取中的应用 ，均证实 CT 三维重组 影像测得肋软骨数据与术中测量结果基本一致 。而对于外科医生来讲 ， 能够直观且便捷地获得与人 体组织实际大小相同的影像是手术设计和实际操作中的一个迫切愿望。虽然现在有多种计算机测量软件且使用方便 ，但是在术中 ， 由于术者操作电脑的不便 ，在手术 室基本还是使用观片灯对胶片进行阅读和测量 。因此实现影像在胶片上的真实大小打印 ，使术者不 需经过比例换算便可获得真实尺寸 ， 实用价值毋庸置疑 ， 同时又避免比例换算过程中存在的影响精 度的系统性误差以及发生选择性错误等缺点。实现胶片的真实大小打印 ，可以使术者观察更直接 、测量更便捷 、测量值更准确 、术中操作更 从容 。 同时胶片打印是基于 DICOM 3.014协议下的打印模式 ， 具有严谨的科学性 。所获得的长 、宽、 厚的真实值及全部前肋弓真实形态可以帮助医生准确定位肋软骨 ， 了解肋软骨本身的发育情况 ，钙 化程度及其与周围肋软骨 、肋骨以及胸骨联合情况以及和脏器的毗邻关系 ，有利于医生筛选出适宜 手术的患者 ，提高术中肋软骨采取的质量和效率 ，缩短时间 、减小切口 、减少软骨及周围软组织损 伤 ，减少气血胸及肋软骨折断的发生机率 ， 同时避免肋软骨及其采取术区过长时间暴露 ， 降低感染 发生率15。本方法在进行胶片测量和实体验证测量时发现所选的的点测量值上有微小的偏差 ，造成的原因 可能是实体测量点和胶片选点的位置稍有偏移 ，也不排除影像后处理过程中在生成胶片影像时电子 比例尺与实物比例尺 10 cm 或 5 cm 吻合度是略有偏差造成的 ， 不过这两种情况的误差都非常小 ， 实 际手术中基本可以忽略不计。此外 ， 由于肋软骨和相邻的皮下脂肪及脏器的密度比较接近 ，在显示肋软骨厚度方面 ，横轴位 影像显示的肋软骨断面会因肋软骨被相邻组织紧贴而区分不清 ， 实际操作中可以采取以矢状面替代 横轴面为主显示影像的方法，解决上述问题。从解剖形态上分 ，肋软骨属形态不规则的透明软骨组织 ，从第 5 肋软骨开始自人体躯干的正中 向两侧后下方走形 ，人体正面观呈左右基本对称的“八”字形 ，人体第 58 肋软骨的胸骨端和肋骨 端处在不同的冠状面上 ，而三维影像在胶片上是以二维的形式显示 ，其测量值尤其是肋软骨总长度这一指标确实会存在一定误差13 。因此在打印胶片时全部肋软骨除以 1 1 分格正面显示以外，还需 将胸廓整体向左右方向分别做水平旋转，把肋软骨横部转至于视者正对位置， 以 2 2 分格打印，这 样获得的肋软骨横部测量值更为准确 。之所以选择 MIP 影像显示肋软骨长度和宽度 ，主要是各种 CT 影像后处理技术中，MIP 相对于 VR 等技术显示肋软骨边界更为清晰，VR 图像立体性强，与人体肋骨 及肋软骨解剖结果更相近16 ，更适合多角度观察肋软骨形态及走行7以及软骨量及钙化情况17。本研究针对临床医生希望获得一种能够直观快速而精准地量化目标肋软骨组织的影像学技术手 段这一临床需求 ，探索并总结形成了一种可以在胶片上直接提供真实准确肋软骨影像及形态学参数 进而反映肋软骨组织量的技术方法 。通过技术手段创新性地获得了胶片中与真实尺寸相等的 10 cm 和 5 cm 比例尺 ， 实现了胶片的等比例打印 ， 并经过对比验证证明胶片上测量值等同于人体真实值。 该技术获得的胶片可以为术前设计和术中测量提供有力的帮助。因条件所限，本研究只从 PHILIPS 64 排 CT 入手，未涉及其他品牌的CT 机，在后续工作中会尽 可能地在更多品牌的设备上进行该方法的实践和验证， 以将此方法做更广泛的推广。参考文献1 VON G H, FISCHER H, EPPSSTEIN R, et al. 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