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两种软件在测量先天性小眼球眼眶容积中的临床研究

2020-12-24 216 上传者：管理员

摘要：目的：评估两种软件测量先天性小眼球患者眼眶容积的准确性。方法：横断面回顾性研究。纳入2007年1月至2019年1月就诊于北京同仁医院眼科中心的先天性小眼球患者86例(86只眼)作为研究对象。其中,男性47例(47只眼),女性39例(39只眼);年龄1～57岁,平均年龄(10.0±11.1)岁。根据患者年龄和发育情况,分为A～I组共9组。全部患者行眼眶CT检查,分别使用iPlanCranial2.5软件和SyngoMMWPVE36A软件进行眼眶三维重建并测量眼眶容积。眼眶容积以均数±标准差描述。采用Bland-altman图评估两种软件测量的一致性;采用组内相关系数(ICC)分别评估患侧、健侧眼眶测量的一致性;计算眼眶容积患侧/健侧比值,并描绘年龄-比值曲线。结果：全部86例(86只眼)患者,iPlanCranial软件和SyngoMMWP软件测量的患侧眼眶容积分别为(14.51±3.53)cm3和(14.10±3.63)cm3;健侧分别为(17.70±3.53)cm3和(17.40±3.60)cm3。iPlanCranial软件测量A～I组患者患侧的眼眶容积分别为(11.35±2.97)cm3、(13.33±2.59)cm3、(13.76±2.66)cm3、(13.82±2.68)cm3、(15.77±1.93)cm3、(15.52±1.15)cm3、(16.85±2.81)cm3、(15.85±2.00)cm3及(17.47±2.16)cm3;SyngoMMWP软件测量A～I组患者患侧的眼眶容积分别为(10.80±2.37)cm3、(13.36±2.37)cm3、(13.92±1.89)cm3、(13.36±2.66)cm3、(15.59±1.16)cm3、(15.08±1.88)cm3、(16.25±4.52)cm3、(14.99±2.76)cm3及(17.01±2.72)cm3;者iPlanCranial软件测量A～I组患健侧的眼眶容积分别为(14.44±3.13)cm3、(16.15±2.37)cm3、(15.93±2.83)cm3、(17.37±1.40)cm3、(18.50±1.62)cm3、(19.24±1.37)cm3、(20.33±2.28)cm3、(20.29±1.23)cm3及(20.62±1.73)cm3;SyngoMMWP软件测量A～I组患者健侧的眼眶容积分别为(13.84±2.72)cm3、(16.03±2.04)cm3、(16.59±1.63)cm3、(17.16±1.21)cm3、(18.39±1.38)cm3、(18.93±1.97)cm3、(20.22±4.00)cm3、(19.09±2.27)cm3及(20.30±2.29)cm3。两种软件测量均值为0.4cm3,95%一致性区间为(-3.0cm3,+3.7cm3);患侧眼眶容积测量的信度良好,经检验有统计学意义(95%CI:ICC=0.881,0.821～0.922;P<0.05);健侧眼眶容积测量的信度良好,经检验有统计学意义(95%CI:ICC=0.886,0.830～0.924;P<0.05)。iPlanCranial软件和SyngoMMWP软件测量眼眶容积的时间分别为30min和5min。结论：两种软件眼眶容积测量结果的一致性好,但需注意眶口与眶尖边界识别;SyngoMMWP软件因测量便捷更适合大批量测量。

关键词：
先天性小眼球
器官测量
眼眶
眼科疾病
计算机辅助
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先天性小眼球是一种先天性基因缺陷病。病变早期眼球内的组织结构发育异常造成眼球的发育迟滞,并导致眼眶发育迟缓。较为严重的先天性盲性小眼球本身无复明价值,还会造成眼眶和面部发育的不对称。对于有整复外观愿望的患者,临床医师需要对其眼眶的发育状况进行评估。目前,国内外常用CT、MRI或3D扫描等技术对眼眶发育进行测量和评估,但尚无眼眶容积测量的金标准[1,2]。既往,已有研究使用iPlanCranial2.5软件测量眼眶容积[3,4,5,6,7,8],但其检测时间偏长。本文中笔者结合眼眶多层螺旋CT的检查资料与计算机辅助技术,尝试使用SyngoMMWP软件进行测量,并分析两种软件的测量结果和误差,以期找到便捷且准确的测量方法。

资料与方法

一、一般资料

收集2007年1月至2019年1月就诊于北京同仁医院眼科中心的先天性小眼球患者86例(86只眼)。其中,男性47例(47只眼),女性39例(39只眼);年龄1～57岁,平均年龄(10.0±11.1)岁。本研究经首都医科大学附属北京同仁医院伦理审查委员会批准,患者和家属均签署了知情同意书。

二、纳入与排除标准

1.纳入标准:

(1)临床确诊单眼先天性小眼球;(2)年龄≥1岁;(3)已在首都医科大学附属北京同仁医院进行眼眶CT检查。

2.排除标准:

(1)先天性颅面发育畸形;(2)已进行眼睑手术干预;(3)已进行眼球手术干预;(4)已进行眼眶手术干预;(5)严重认知障碍不能配合完成检查的患者。

三、分组方法

按照受检者年龄和发育阶段进行分组。A组≥1岁,且<2岁;B组≥2岁,且<3岁;C组≥3岁,且<4岁;D组≥4岁,且<5岁;E组≥5岁,且<6岁;F组≥6岁,且<9岁;G组≥9岁,且<13岁;H组≥13岁,且<18岁;I组≥18岁。

四、检查指标与方法

1.CT检查:

采用飞利浦Brilliance64排螺旋CT扫描仪(美国飞利浦医疗系统公司生产)进行检查。受检者取仰卧位,横断面采用听眶下线,冠状面垂直于硬腭行眼眶横断面螺旋CT扫描。成人扫参数为电压120kV、电流250mA、层厚0.625mnd64i、间距0.563、窗位150～700Hu及窗宽1500～4000Hu,且以矩阵512x512建立图像。为了最大限度地减少儿童辐射暴露,本研究严格遵守尽可能低的ALARA原则,调低峰值电压(100kV)和电流(93.8mAs),且每2年内进行放射检查次数不超过1次[9]。

2.数据的传输与处理:

将眼眶CT检查结果以DICOM格式(扩展名DCM)进行文件输出,并转存在华海医学影像存储传输系统(中国华海医疗信息技术股份有限公司提供)。测量时,将DICOM文件分别导入iPlanCranial软件2.5版本(德国BrainLAB公司提供)和SyngoMMWP软件VE36A版本(SyngoMulti-ModalityWorkplace,德国西门子公司提供)计算机辅助软件进行眼眶的三维重建。

3.解剖标志点:

眼眶前部标记点为眶外缘、dacryon点、眶上切迹和眶下切迹。眶外缘,是颧额缝和眼眶口弧面的接合处;Dacryon点,为泪骨、额骨和上颌骨额结节的接合处。眼眶后部标记点为视神经管外侧壁[5]。见图1和图2。

4.以iPlanCranial2.5软件测量眼眶容积的方法:

将眼眶CT数据导入iPlanCranial软件。首先标记眶顶,并从水平截面找到第1张图像。然后,用对比眼眶轮廓用智能画笔进行仔细描画,描绘方法近似Photoshop软件磁性套索工具,软件依据描画的轮廓并结合CT图像中的HU值分界进行智能矫正以得到眶顶的眼眶面积。同理切换到第8张图像续描眼眶外形并得到第8张眼眶面积。此时,第2～7张图像的眼眶轮廓会自动生成,如果自动识别与实际轮廓不符,可以在第2～7张图像的任一中间窗口内进行微调,其余窗口会随即进行相应的调整。依此类推,至全部70余张层面描绘完成。测量者可在水平位、冠状位和矢状位进行验证描画,以修正轮廓与实际轮廓相符。最终,系统对所有面积进行叠加并得到最终眼眶容积。见图3。

5.以SyngoMMWPVE36A软件测量眼眶容积的方法:

将CT数据导入SyngoMMWPVE36A软件。选取水平位手工勾画眼眶顶壁下层面、中部最大截面及底壁上层面。其余层面由电脑智能勾画边界(设定阈值为150HU,以区分骨性边界)。最后测量者核对电脑勾画的各层面范围是否正确并进行微调,从而得到最终的眼眶容积。见图4。

6.患侧与健侧眼眶容积的比值:

先测量双眼眼眶容积,然后使用眼眶容积患侧与健侧的比值(microphthalmic/contralateralratio,MCR)评价双侧眼眶容积发育的差异。计算方法为患侧眼眶容积除以健侧眼眶容积的百分比[3]。

7.误差的校正:

两种软件测量均重复两次取其平均值。SyngoMMWP软件测量时眼科和影像科各1名医师同时进行,若误差>5%则进行复测。

五、统计学分析方法

采用MedCalc15.2.2和SPSS19.0统计学软件处理数据。眼眶容积的测量数据,采用均数±标准差进行描述。采用Bland-altman图评估iPlanCranial软件和SyngoMMWP软件测量眼眶容积的一致性;采用组内相关系数(intraclasscorrelationcoefficient,ICC)分别评估患者患侧与健侧眼眶容积的一致性。以P<0.05为差异具有统计学意义。

结果

一、纳入本研究患者分组的结果

本研究纳入的86例(86只眼)患者,分为A～I组,共9组。其中,A组男性12例(12只眼),女性7例(7只眼),共计19例(19只眼);B组全部为男性,共计9例(9只眼);C组男性4例(4只眼),女性4例(4只眼),共计8例(8只眼);D组男性3例(3只眼),女性5例(5只眼),共计8例(8只眼);E组男性2例(2只眼),女性1例(1只眼),共计3例(3只眼);F组男性2例(2只眼),女性3例(3只眼),共计5例(5只眼);G组男性4例(4只眼),女性3例(3只眼),共计7例(7只眼);H组男性3例(3只眼),女性4例(4只眼),共计7例(7只眼);I组男性8例(8只眼),女性13例(13只眼),共计21例(21只眼)。

二、患者眼眶容积测量一致性的比较

iPlanCranial软件和SyngoMMWP软件测量患侧的平均眼眶容积分别为(14.51±3.53)cm3和(14.10±3.63)cm3;健侧分别为(17.70±3.53)cm3和(17.40±3.60)cm3。iPlanCranial软件与SyngoMMWP软件测量Bland-altman图显示的均值为0.4cm3,95%一致性区间为(-3.0cm3,+3.7cm3)。见图5。两种软件患侧眼眶容积测量的信度良好,经检验有统计学意义(95%CI:ICC=0.881,0.821～0.922;P<0.05);健侧眼眶容积测量的信度良好,经检验有统计学意义(95%CI:ICC=0.886,0.830～0.924;P<0.05)。见表1。

三、眼眶容积MCR随年龄变化的曲线

两种软件测量眼眶容积的MCR随年龄变化的曲线,见图6。两种软件测量的曲线均在81%上下浮动且基本一致。眼眶容积的MCR在SyngoMMWP软件曲线中,A组～C组为78.0%～83.9%,D组～E组为77.9%～84.8%,呈现明显增长。

讨论

先天性小眼球是胚胎发育过程中出现的眼球发育异常,分为单纯性、缺损性及并发性三种[10]。先天性小眼球每十万人发病率,在中国为9例;在英国为10.0～10.8例;其他国家为8～32例不等[11,12,13,14,15,16,17,18]。在常用的临床检查方法中,眼眶核磁检查易于软组织显影,但是检查费用高、扫描时间长、预约周期长且婴幼儿还需要镇静麻醉。眼部超声无辐射亦无需麻醉,但易将发育差者误诊为先天性无眼球。3D面部扫描无辐射,但要求严格的头部固定,检查时易出现扫描不完全和识别不完整的问题。眼眶CT兼容性好、扫描时间短、空间分辨率高且无组织重叠影,只需注意减少辐射即可[19,20]。临床上,对已明确先天性盲性小眼球诊断者,可根据眼眶发育评估的结果选择水凝胶义眼台等非组织整合假体进行眼眶发育刺激,或者直接选择羟基磷灰石义眼台等组织整合假体进行永久植入。

图1患者眼眶CT水平位检查的图像

图2眼眶CT水平位差异比较的图像

图3iPlanCranial软件3D重建的图像

图4SyngoMMWP软件测量眼眶容积的图像

图5两种软件测量眼眶容积的Bland-altman图

图6眼眶容积MCR随年龄的变化曲线

表1两种软件测量患者眼眶容积结果的比较

一、对眼眶容积测量软件及其版本的评价

SyngoMMWP软件VE30～VE40版为CT机系统自带,描绘和测量的时间为5min/人,适宜大批量测量[21,22,23]。iPlanCranial2.5软件因硬件配置陈旧,单病例测量耗时30min。2013年,BrainLAB公司推出的iPlanStereotaxy3.0andCranial3.0系统,基于自动化立体定向的高效流程,渲染速度更快且人工智能识别近乎全自动,但是价格昂贵。值得指出的是,测量时需要注意DICOM文件格式的兼容性,虽然西门子、飞利浦、通用电气、日立及东软医疗等公司电子胶片均为该标准格式,但是部分工作站的DICOM文件转存时进行了压缩和转码,再次导入时约15%文件会出现兼容性报错,还需eFilmWorkstation软件1.5.3以上版本重新转码。

二、影响眼眶容积发育的因素

患者患侧眼眶和健侧眼眶均随年龄逐渐增长,但患侧眼眶容积均低于健侧,推测眼球大小对眼眶发育的存在刺激作用[5,6,7,24,25]。与本研究结果一致。本研究还发现9～12岁青少年眼眶容积的标准差均较大,考虑此时患者处于发育敏感期故个体差异较大[25,26]。此外,有研究结果表明儿童眼眶容积与性别无相关性,故本研究未纳入性别指标[7,25,27,28]。

三、对测量误差的分析

两种软件眼眶容积测量结果的一致性较高,但Bland-altman图13cm3附近差异较大。此类病例多为婴幼儿,其眶尖部的骺软骨不显影,故难以准确定位和测量。提示应加强对眼眶解剖关系的理解,此时半自动描绘的准确性高于肉眼识别。当骺软骨钙化完全以后,眼眶容积测量的差异来自于对眶口和眶尖位置的判定模糊,此时两种软件均不能实现精确测量,需要熟识解剖关系进行手动矫正。此外,两种软件对骨壁结构和周围软组织的识别均比较准确,此亦为CT影像测量的最大优势也是实现半自动、快速测量的先决条件。笔者认为对于先天性小眼球、甲状腺相关眼病及眶壁骨折,均可以使用三维重建实现精确测量。未来也可使用人工智能软件降低误差并优化测量速度。

四、不同年龄眼眶容积MCR的差异及发育规律

眼眶容积MCR可直观评估患侧眼眶的发育程度[3,8]。本研究中两种软件测量图形曲线的一致性很高,各年龄段患侧眼眶容积MCR均低于健侧,仅为健侧容积的81%。根据SyngoMMWP软件曲线的变化,可见A～C组患侧眼眶容积和眼眶容积MCR均呈现自然增长,这与既往报道相似[7,25]。C～D组,因小眼球发育迟滞造成眼眶发育刺激减小,患侧眼眶增长和眼眶容积MCR呈下降趋势。D～E组,伴随患者颅面的快速发育,患侧、健侧眼眶容积和眼眶容积MCR均第二次明显增加[5,7,25]。此曲线描绘了非干预情况下的先天性小眼球患者双侧眼眶的发育规律,也是此类患者眶面部外观不对称性的原因,这指示应重视非干预时眼眶发育的迟滞现象。Gundlach等[29]报道对先天性小眼球婴儿进行48个月的干预,眼眶容积MCR从71.3%增加到85.4%;而另一项连续干预研究的结果显示其眼眶容积的MCR4年分别是79.3%、87.6%、94.3%及89.8%[3]。G～H组,即当颅面发育接近完成时,眼眶容积MCR曲线近乎持平[27,30]。H～I组,眼眶发育已经接近完善,两种软件眼眶容积的MCR曲线在此年龄段一致性很高。

综上所述,未干预的先天性小眼球患侧眼眶容积在1～5岁仍可随面部发育呈现明显的增长,但患侧低于健侧;两种测量软件的眼眶容积和眼眶MCR曲线一致性较高。因此,均可为临床评估提供准确的测量数据。测量时要注意眶口、眶尖位置的解剖标志点,低龄儿童还要考虑骺软骨的显影程度。SyngoMMWP软件在批量测量有明显的时间优势。

参考文献：

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[26]李冬梅,侯志嘉,李洋,等.先天性小眼球的整复疗效观察[J].中华眼科杂志,2011,47(8):693-697.

[28]陈哲,郑晓华,谢宝君,等.不同年龄正常眼眶容积的CT测量[J].中华眼科杂志,2006,42(3):222-225.

张举,侯志嘉,鲜军舫,常青林,李冬梅.两种软件在测量先天性小眼球眼眶容积中的临床研究[J].中华眼科医学杂志(电子版),2020,10(06):345-350.