【摘 要】
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背景:气道尺寸的定量测量有助于气道相关疾病的精准诊断与个体化治疗,而目前关于成年人气道尺寸的研究尚有不足,气道尺寸的测量方法也存在较多缺陷,快速发展的定量CT技术在气道形态学参数测量领域存在固有优势。本研究旨在研发一款能够自动定量分析气道形态学参数的软件,并将其应用于中国成年人的大气道各形态学参数的测量。方法:软件研发采用医企合作模式,支气管树分割主要基于改良的区域生长算法。通过3个3D打印气道体
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背景:气道尺寸的定量测量有助于气道相关疾病的精准诊断与个体化治疗,而目前关于成年人气道尺寸的研究尚有不足,气道尺寸的测量方法也存在较多缺陷,快速发展的定量CT技术在气道形态学参数测量领域存在固有优势。本研究旨在研发一款能够自动定量分析气道形态学参数的软件,并将其应用于中国成年人的大气道各形态学参数的测量。方法:软件研发采用医企合作模式,支气管树分割主要基于改良的区域生长算法。通过3个3D打印气道体模、5具离体猪肺和16份胸部CT数据对软件的测量准确性进行检验,采用组内相关系数与Bland-Altman图示法对软件测量结果进行一致性评价。待软件通过验证之后,将其应用于679例健康成人的胸部高分辨率CT数据的定量分析中,使用软件测量大气道的直径、长度和支气管夹角。采用线性相关分析和线性回归分析对人口学参数与气道参数的相关性以及不同气道参数之间的相关性进行分析。采用多元线性回归分析获取各气道形态学参数的回归方程式。结果:软件可以提取亚段支气管以下的支气管树,耗时约3～5分钟,并实现气道管腔直径、管腔面积、长度和分枝角度的自动测量,可以对气道狭窄部位进行定量分析。在验证实验中,组内相关系数均大于0.97（P＜0.001）。Bland-Altman图结果显示,管腔直径测量值的差值均值为-0.03mm,95%一致性界限为（-0.67,0.6）;管腔面积测量值的差值均值为3.2mm~2,95%一致性界限为（-16.1,22.5）。在健康人群研究中,男性与女性的气管管腔内径（平第三胸椎上缘处）的参考值范围分别为16.31±2.70mm和12.82±2.20mm;男性与女性的左主支气管管腔内径的参考值范围分别为13.93±2.47mm和11.20±2.00mm;男性与女性的右主支气管管腔内径的参考值范围分别为14.92±2.45mm和12.06±2.16mm;男性与女性的胸内气管长度的参考值范围分别为81.80±17.52mm和73.17±16.35mm;男性与女性的左主支气管长度的参考值范围分别为40.08±7.57mm和37.08±6.88mm;男性与女性的右主支气管长度的参考值范围分别为9.33±7.64mm和8.60±6.55mm;男性与女性的主支气管间角的参考值范围分别为88.78±23.00°和88.76±21°。胸内气管直径的变化趋势表现出差异性,左主支气管在近中点附近出现最小直径,而右主支气管的直径逐渐变小。相关性分析结果显示,男性的气道管腔内径与气管、主支气管的长度较女性更大（P＜0.001）。身高、体重、体质指数和体表面积与大多数气道形态学参数存在相关性,其中,身高或体表面积是管腔内径的最佳预测因子,身高是气管和左主支气管长度的最佳预测因子。父代支气管的直径也可以用来预测子代支气管的直径,且有较高的决定系数。结论:我们研发的软件可以在短时间内成功提取亚段支气管以下的支气管树,并实现气道参数的自动定量分析,国内尚未见到类似软件。验证结果表明该软件能够以较高精度实现对气道的管腔直径、管腔面积、分枝角度以及支气管长度的自动测量。应用该软件,我们成功测量并建立了正常成年人大气道各形态学参数的参考值。形态学参数未来有望应用于气道相关疾病的精准诊断和个体化治疗决策。
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