楊獻峰楊尚文胡安寧金文鳳朱 斌*

基于CT值閾值法測量骨骼肌體積

楊獻峰1楊尚文1胡安寧1金文鳳2朱 斌1*

目的：以臀肌群為例，探討128層螺旋CT測量骨骼肌體積的可行性。方法：將橫軸位臀肌群CT掃描原始數(shù)據(jù)輸入后處理工作站，應用CT閾值法測量軟件對骨骼肌的三維形態(tài)進行重建，由軟件計算骨骼肌體積。由兩名操作者分別進行處理，操作者1于一周后重復此過程，比較不同操作者間及同一操作者在不同時間點測量的可靠性。結果：臀肌群三維形態(tài)顯示良好，符合解剖學所見。研究中在組內和組間測量上均顯示了很高的可靠性。臀肌群體積存在性別及年齡差異。結論：128層螺旋CT應用CT值閾值法測量骨骼肌體積簡便、直觀、可重復性強，可作為骨骼肌體積評價的影像學手段。

骨骼肌，體積，測量，計算機體層成像，閾值

骨骼肌是人體運動系統(tǒng)的重要組成部分，其體積改變是骨科與運動醫(yī)學臨床評價、航空航天醫(yī)學研究觀測的重要指標。然而，由于骨骼肌為軟組織密度，缺乏組織對比，長期以來對骨骼肌體積的測量一直缺乏方便、準確的方法。隨著影像學設備性能的提高特別是圖像后處理技術的進步，在體組織精確體積測量可通過CT值閾值法CT三維重建得以實現(xiàn)，目前已有較多應用[1-2]，在骨骼肌體積測量中目前尚未見報道。本研究擬在既往研究的基礎上，以臀肌群為例，探討基于CT值閾值組織體積測量技術在骨骼肌體積精準測量中的應用價值。

方 法

1.臨床資料

收集2016年3月到2016年9月于我院128層CT掃描范圍包括雙側臀肌群的患者79例，其中男37例，年齡19～72歲，平均49.1±8.4歲，女42例，年齡29～94歲，平均45.8±6.2歲；根據(jù)年齡將患者分為3組：A組18～40歲（16例，男5例，女11例），B組41～60歲（48例，男23例，女25例），C組61～94歲（15例，男9例，女6例）。納入標準：掃描范圍包括雙側臀大肌上下邊界，圖像清晰，無運動偽影及金屬放射偽影。

2.CT檢查方法

采用聯(lián)影128層UIH uCT760螺旋CT機（聯(lián)影，中國上海），管電壓120kV，管電流80mAs，層厚5mm，螺距1.0，重建層厚0.5mm，采用標準算法，重建范圍上緣起自臀肌群上緣，下緣至臀肌群下緣。將薄層數(shù)據(jù)傳輸至同機工作站，采用閾值體積測量后處理軟件重建臀肌群的三維形態(tài)，由軟件自動測算骨骼肌體積。此過程由兩名觀察者分別獨立進行處理，其中觀察者1一周后進行重復操作，記錄數(shù)據(jù)。

3.統(tǒng)計學方法

采用SPSS15.0統(tǒng)計分析軟件，計量資料用

表示。采用獨立樣本t檢驗比較不同性別受檢者，對不同年齡段受檢者臀大肌群集體采用單因素方差分析進行比較，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。采用組內相關系數(shù)（Intra-class Correlation Coefficient，ICC）及其95%置信區(qū)間描述組內和組間測量的可靠性，ICC0.00～0.20為可靠性很差，0.21～0.40為可靠性差，0.41～0.60為可靠性中等，0.61～0.80為可靠性好，＞0.81為可靠性很好。

圖1 女，75歲，三維圖像示雙側臀肌群形態(tài)與解剖形態(tài)一致，臀肌群邊界選取準確。

結 果

臀肌群三維形態(tài)顯示良好，符合解剖學所見（圖1～3），單塊骨骼肌（臀中?。┣逦杀妫▓D2），組中最高齡患者94歲，臀肌群萎縮、脂肪化（圖3）。研究中在組內和組間測量上均顯示了很好的可靠性（表1）。臀肌群各肌肉及總體積均大于女性，但差異無統(tǒng)計學意義（表2）。不同年齡男性群各肌肉及總體積結果見表3，A組與C組間臀肌群總體積差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.01），B組與C組間臀肌群總體積有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），AB組間比較差異無統(tǒng)計學意義（P=0.21）。不同年齡女性群各肌肉及總體積結果見表4，A組與C組間臀肌群總體積差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.01），B組與C組間臀肌群總體積有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），AB組間比較差異無統(tǒng)計學意義（P=0.25）。

圖2 女，52歲，右側臀中肌邊界選取清晰，可見其三維形態(tài)。

表1 組內和組間測量的可靠性

表2 男女性右側臀肌群體積對照（cm3，±s）

表2 男女性右側臀肌群體積對照（cm3，±s）

性別 臀大肌 臀中肌 臀小肌 總體男877.9±95.4 139.3±35.6 39.8±9.7 1168.8±124.3女702.7±83.3 126.7±27.8 33.2±7.9 991.6±111.5

表3 男性右側臀肌群體積（cm3，±s）

表3 男性右側臀肌群體積（cm3，±s）

組別 臀大肌 臀中肌 臀小肌 總體A 組 1021.9±125.6 165.1±22.2 47.4±6.2 1317.4±99.7 B 組 909.6±76.5 126.4±28.1 46.9±8.5 1279.9±125.4 C 組 647.3±72.8 106.4±26.6 22.3±7.1 907.5±85.4

圖3 女，94歲，臀肌群萎縮，肌肉見脂肪浸潤，邊緣為著，三維形態(tài)可見顯示。

表4 女性右側臀肌群體積（cm3，±s）

表4 女性右側臀肌群體積（cm3，±s）

組別 臀大肌 臀中肌 臀小肌 總體A 組 887.9±98.3 145.8±29.7 38.1±8.6 1028.4±116.9 B 組 713.6±67.8 123.7±31.1 39.9±10.4 953.3±107.2 C 組 587.3±54.2 109.4±22.9 29.6±8.5 717.0±76.5

討 論

骨骼肌體積可反映骨骼肌形態(tài)和功能狀態(tài)，骨骼肌萎縮可導致關節(jié)穩(wěn)定性降低，引起關節(jié)疼痛和功能障礙[3]。臨床及科研工作中上常用骨骼肌體積來評估評價骨骼肌及鄰近關節(jié)運動能力，如航空航天醫(yī)學中失重狀態(tài)下宇航員骨骼肌萎縮情況、增齡、絕經、骨性關節(jié)炎、競技體育中運動員特定肌肉群訓練后等狀態(tài)下骨骼肌形態(tài)的變化[3-5]。

與測量其他組織體積相似[6]，目前下肢骨骼肌體積的定量評估是通過測量肌肉的最大橫截面積來實現(xiàn)的，進行橫軸位厚層掃描后逐層測量肌肉面積，再與層厚相乘得到體積數(shù)據(jù)或采用多田氏方程計算，即V=π/6×長×寬×高，各層體積數(shù)據(jù)相加得到總的肌肉體積數(shù)據(jù)[7-8]。然而，骨骼肌形態(tài)并非規(guī)則球體或柱體，上述方法評估存在較大誤差，影響評估的準確性，且操作不便。此外，磁共振成像耗時較長，成像視野較小，難進行大范圍的骨骼肌體積測量。

臨床工作中CT成像是組織體積測量的重要方法。基于CT值閾值法組織體積測量是根據(jù)靶組織與周圍組織的密度差異導致的CT 值差異來設置其測量閾，從而使靶組織的CT 值完全包含在預先設定的CT 值閾值范圍內，三維重組后由軟件自動計算出其體積[9-10]。采用閾值法進行CT圖像中組織或器官體積的測量需要滿足以下2個條件：①被測組織或器官與周圍組織密度差異足夠大，有研究認為差異大于150HU以上才能獲得準確的組織分割；②采集的CT數(shù)據(jù)需達到各向同性[11-12]。需要評估體積的骨骼肌常體積較大，密度較均勻，CT值約40～50HU，與鄰近的骨骼（1000HU）、皮下脂肪（-100HU）等組織CT值存在明顯差異，而走行于肌間的神經、血管主干可后處理時通過手工去除，纖細的神經、血管分支體積遠小于骨骼肌，引起的誤差可忽略不計。

重建時首先由操作者進行圖像分割，使用工作站后處理工具選取預定CT閾值內組織，并結合斷層解剖學判斷是否超出靶組織解剖學邊界，超出部分進行手動去除。組織體積計算方法為“體積 =像素間距（x）×像素間距（y)×層間厚度，層間厚度=|posn –pos1| / (n–1)，其中，posn是靶組織最后一張圖像的位置，pos1是靶組織第一張圖像的位置”。

在臀肌群體積測量中，影響靶組織選擇的因素較多，如肌間隔、肌間血管、神經、肌腱等CT值與骨骼肌類似的組織在靶組織選取時難于精確去除，單一骨骼肌如臀中肌、臀小肌邊界界定存在主觀誤差等；但薄層CT掃描最小層厚可達0.5mm，較小的體素使得組織邊界更加清晰銳利。本研究測量了79例臀肌群的體積，結果表明組間及組內測量均具有很高的可靠性。男性臀大肌、臀中肌及臀小肌體積均大于女性，差異有統(tǒng)計學意義。男性及女性各組中，AB組臀肌群體積大于C組，差異有統(tǒng)計學意義，A組大于B組，但無統(tǒng)計學差異，表明臀肌群隨年齡增長逐漸萎縮，但在增齡萎縮過程中速度不相同，60歲后臀肌群萎縮速度加快，在男性組表現(xiàn)尤為顯著。測量值存在較大個體差異，最大體積為最小體積的接近兩倍，可能與受檢者經常進行體育鍛煉、脊柱及下肢疾病導致臀肌群廢用性萎縮等有關。

作為一項初步研究，本文存在較多不足之處。首先，樣本量偏小，受個體差異影響較大，且未能分析與受檢者身高、體重指數(shù)等的相關性；其次，數(shù)據(jù)為回顧性分析，未能做到取樣隨機化，所測得的臀肌群體積可能受某些疾病的影響，無法代表正常人群。再次，實際工作中發(fā)現(xiàn)，兩側臀肌群體積存在較大差異。限于文章篇幅，本文在數(shù)據(jù)分析時均統(tǒng)計右側體積。最后，所測臀肌群總體積與單獨測量臀大肌、臀中肌及臀小肌所得體積之和不完全一致，表明盡管后處理軟件已經可以較為準確地勾畫出所測肌群邊界，仍需要繼續(xù)改善性能以提高體積測量的精確度。

總之，通過CT薄層掃描結合后處理軟件，利用CT閾值法，可重建出骨骼肌組織的三維形態(tài)，并可較為穩(wěn)定、可靠地測量該骨骼肌或骨骼肌群的體積，為臨床及科研工作提供更多有效信息。

[1]賈 晶，陳 勇，冀 鑫，等.MSCT測量正常成人肝臟體積.中國介入影像與治療學，2014,11 : 69-72.

[2]Kenji S, Ryan K, Mark LE, et al. Computer-aided measurement of liver volumes in CT by means of geodesic active contour segmentation coupled with level-set algorithms. Med. Phys,2010,37 : 2159-2166.

[3]宋亦軍，翁習生，邱貴興，等。增齡、絕經及退行性膝骨關節(jié)炎對婦女股骨頸骨強度及骨骼肌力量的影響。中華醫(yī)學雜志，2002,82 : 752-755.

[4]朱明武，曹 鈞.力量性練習引起骨骼肌體積增大的機制研究.九江學院學報，2007, 140 : 121-123.

[5]金 真，劉玉盛，費 軍，等.磁共振技術觀察模擬失重狀態(tài)下人體骨骼肌體積和肌內乙酰膽堿的變化.中華航空航天醫(yī)學雜志，2002,13 : 112.

[6]文 兵，杜 瑛，胡良波,等.磁共振對BMI正常人群髓核體積的測量與臨床應用研究.中國醫(yī)學計算機成像雜志，2016，22 :346-350.

[7]劉明霞，唐志全，張藝軍，等.3.0T磁共振三維容積掃描在15d臥床試驗中評估下肢骨骼肌變化的應用.中華臨床醫(yī)師雜志（電子版），2012,6 : 1024-1025.

[8]Gerd FV, Inna K, Carsten MK, et al. Quantitative Magnetic Resonance Imaging Volumetry of Facial Muscles in Healthy Patients with Facial Palsy. Plastic and Reconstructive Surgery, 2014,2:1-9.

[9]張國來，陳自謙，陳光輝.體積測量CT值閾值法的準確性及應用研究.中國臨床醫(yī)學影像雜志，2014, 25 : 218-220.

[10]Nakayama T, Kuru S, Okura M, et al. Estimation of net muscle volume in patients with muscular dystrophy using muscle CT for prospective muscle volume analysis: an observational study. BMJ Open ,2013, 3 : e003603.

[11]Nicolas DP, Shonket R, John MB. Volume assessment accuracy in computed tomography: a phantom study. J Appl Clin Med Phys,2011,11 : 30-37.

[12]Darren F, Simrit N, Carlos FM, et al. Comparison of in vivo 3D conebeam computed tomography tooth volume measurement Protocols.Progress in Orthodontics ,2014, 15 : e69.

Measurement of Muscle Volume Based on CT Value Threshold Method

YANG Xian-feng1, YANG Shang-wen1, HU An-ning1, JIN Wen-feng2, ZHU Bin1*

Purpose:To explore the feasibility and reliability of muscle volume measurement using 128-slice spiral CT.Methods:Raw axial CT data of gluteal were transported into post-processing workstation, and the threedimension shape of muscle was reconstructed by software based on CT value threshold, then the muscle volume was calculated. This process was performed by 2 operators independently, and operator 1 repeat this process 1 week later.Intraclass correlation coefficient was calculated.Results:Three-dimension shape of gluteal was well demonstrated and corresponded well to the known anatomy. The measurement showed very good reliability in inter- and intra- observer.There were statistical differences between gluteal in different gender and age.Conclusion:128-slice CT measurement based on CT value threshold can evaluate the muscle volume conveniently and directly, and could be used as a first choice for muscle volume evaluation.

Muscle volume, Measurement, Computer tomography, Threshold

R445.3

A

1006-5741（2017）-03-0287-05

2016.10.18;修回時間：2016.11.29)

中國醫(yī)學計算機成像雜志，2017，23：287-291

1南京大學醫(yī)學院附屬鼓樓醫(yī)院 放射科；

2 上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司

通信地址：江蘇省南京市中山路321號，南京 210008

朱斌（電子郵箱：15950570742@163.com）

南京市醫(yī)學科技發(fā)展項目 YKK14071

Chin Comput Med Imag，2017，23：287-291

1 Department of Radiology, The Affiliated Drum Tower Hospital of Nanjing University, Medical School.

2 Shanghai United Imaging Healthcare co.,ltd.

Address：321 Zhongshan Ave, Nanjing 210008，P.R.C

Address Correspondence to ZHU Bin（E-mail:15950570742@163.com）

undation item: Nanjing Medical Science and technique Development Foundation YKK14071