模拟孤立性肺结节的呼吸运动 |
当疾病表现为孤立性肺结节时，最有可能治愈肺癌。关于计算机断层扫描扫描检测到的小孤立性肺结节管理的现行指南已经作为基于文献综述的共识声明发表。在本报告中，9毫米或更高的孤立性肺结节被认为是最可疑的。建议在短时间内对这些病变进行放射照相检查，并且还可以建议患者进行活组织检查。对恶性孤立性肺结节的细胞表面上表达的特定抗原特异的放射性示踪剂的开发提供了基本上有助于鉴定来自非恶性孤立性肺结节的恶性的分类任务的独特机会。此外，可以进一步利用通过发射成像识别恶性孤立性肺结节的能力来确定哪些患者应该进行经胸经皮穿刺活组织检查以进行组织诊断，哪些患者应该直接进行视频辅助胸腔镜手术或开胸切除术。
然而，已知呼吸运动在医学成像中会引起伪影并降低肿瘤可检测性一段时间。在单光子发射计算机断层扫描成像中，采集时间可以是20分钟或更长。在这些情况下，减少呼吸运动影响的屏气技术既不实际也不可能。因此，有意义的是系统地研究旨在通过减少或纠正呼吸运动来改善肿瘤检测的潜在方法。利用基于人形数字模型的模拟计算机断层扫描采集进行这样的调查，使研究者能够知道病变的存在和位置以及运动范围的真实性。因此，对于无运动与实际建模的呼吸运动的情况，可以进行肿瘤可检测性的比较。这样就可以评估运动的影响，
用于定义模拟成像的源和衰减图的最广泛使用的人形数字模型之一是非均匀有理B样条心脏躯干模型。通过样条表面的“翘曲”来设计，以正确地拟合通过磁共振成像或计算机断层扫描成像技术成像的解剖结构的形状。可以通过生成两个或更多个单独的三维模型来创建模拟呼吸运动的四维模型，每个模型在呼吸循环内的特定时间点或终极灵感。然后在这些之间进行插值，以使用呼吸结构运动模型在期望的时间采样中创建一组跨越整个呼吸周期的模型。
这项研究有两个目标。第一个是开发一种四维体模，其被修改以匹配人类志愿者的计算机断层扫描切片中显示的解剖学和呼吸运动，其中孤立性肺结节在肺内的运动模仿志愿者肺内的解剖结构。第二个目标是使用这个改进的模型来研究孤立性肺结节的呼吸运动对人类观察者定位接收器操作特征研究的影响选定的重建战略。在下面的方法部分中，首先详细介绍了开发的改进的四维，其中孤立性肺结节在整个肺部的运动具有真实的建模。接下来将使用软件包从修改过的模型中创散射窗计算机断层扫描投影集。然后定义四种重建策略，将通过人类观察者病变检测研究比较呼吸运动的影响和他们所采用的重建参数的选择。最后详细介绍了人类观察者研究的方法，以评估运动的影响，以及对这些研究的统计分析。在结果部分，说明了肺内解剖部位的运动，用于模拟孤立性肺结节的运动。然后根据志愿者计算机断层扫描研究显示模型。然后，记录了如何确定研究中使用的病变对比范围，以及分析的正确定位半径。接下来是在人类观察者研究中确定的重建参数的规范，以便为每个重建策略产生最佳的检测精度。最后提出了四种重建策略的全球和区域结果，包括有和没有模拟呼吸运动。
解剖部位的运动分析说明了肺内结构运动的三维性质，并且运动的大小和方向基于肺的特定解剖区域而变化。因此，纠正孤立性肺结节运动影响的合理方法可以包括首先通过混合成像绘制患者初始计算机断层扫描中可见病变的运动，然后使用该数据为每个特定患者应用个性化运动模型。由于在此确定呼吸运动可以显着影响计算机断层扫描中孤立性肺结节的检测，因此在图像重建中结合病变特异性运动校正具有提高检测准确度的潜力。这有助于进一步研究开发和测试计算机断层扫描以及正电子发射断层扫描的这种校正策略。
在这项研究中，研究了呼吸运动对计算机断层扫描成像中小孤立性肺结节检测的影响，作为重建策略的函数。建模系统重建中的空间分辨率可以显着影响小孤立性肺结节的检测。因此，单独的系统重建可用于提高孤立性肺结节的检测精度。这很重要，因为所有主要制造商现在都包括使用系统重建作为其系统迭代重建的一部分的选项。
使用系统重建包含衰减和散射补偿可以进一步提高检测精度，而不仅仅是系统重建。对于所研究的四种策略的整个肺，没有呼吸运动和运动之间的组合补偿导致检测准确度的差异最小。因此，通过对本文研究的小尺寸病变使用组合校正，实际上可以降低运动补偿以提高检测精度的需要。然而，在模拟成像中使用的衰减图与重建期间使用的衰减图之间存在精确匹配。因此无法评论在顺序计算机断层扫描计算机断层扫描成像期间可能发生的这些之间的不匹配的检测精度的可能降低。与从计算机断层扫描获得的相比，建模的衰减图确实具有升高的噪声水平。与没有校正相比，这可能是衰减校正缺乏显着改善的一个因素。然而，在一项关于衰减图中的噪声对胸部病变检测准确性的影响的研究中确定，这种噪声仅对检测准确度产生影响，其显着水平仅显着高于本研究中的检测准确度。该研究中的病变仍在纵隔而不是肺部。因此，使用从计算机断层扫描得到的适当对准的衰减图可能导致显着差异。
值得注意的是，尽管那里运动最少，但检测精度最低是顶点。对于通过模拟呼吸模糊的肿瘤和终止呼吸时的静止肿瘤的所有四种重建策略都发现了该结果。孤立性肺结节被限制在肺内，而正噪声相关的部位可能出现在切片的任何地方，甚至只是在肺部边界之外。在判断候选孤立性肺结节位置时，读者必须主观地评估候选者是否在肺部边界内部或仅仅在肺部边界之外，而不知道可以从计算机断层扫描的混合成像获得的该边界的确切位置。由于顶端区域具有最小的横截面积，因此需要在该区域中最常做出该决定。因此，它可能是在顶端区域中最低检测性能的一种可能解释。这个困难说明了在肺部边界附近的肺部上三分之一的高对比度病变。因此，使用计算机断层扫描解剖结构来识别肺部边界的计算机断层扫描或正电子发射断层扫描成像似乎特别有益，因为胸部放射科医师的普遍共识是恶性表型的孤立性肺结节大部分位于整个肺部的外周。
通过使用体模和临床获得的计算机断层扫描数据，开发了孤立性肺结节在肺中的运动模型。然而，这个模型和研究存在许多局限性。虽然基于单个志愿者的计算机断层扫描研究，需要进行内插以更接近安静仰卧呼吸期间预期的变化，但认为这不是一个主要限制。这是因为确定了在整个肺部分布的位置模拟孤立性肺结节的运动。因此，研究了可能的运动群体，这些运动在幅度和方向上变化很大。增加更多志愿者肯定会改变这一人口。基于动作的志愿者表现出横向运动和轴向运动的混合。横向与轴向运动的比率将随着被建模的志愿者从主要中的一个变化到另一个而变化。这个比例的全方位变化并不是使用单个志愿者来代表运动建模的。然而，由于这里使用的志愿者具有两种类型的运动的混合，因此这里建模的运动确实代表两种极端之间的折衷。
此外，所采用的动议得到已公布报告的支持。早在1954年就已描述了正常呼吸期间膈肌偏移的程度。十三名患者的十六个小肺肿瘤的呼吸运动也通过成像评估。在该研究中，对于一个肿瘤，在上下方向上发现最大的运动量为，这也与前后方向上的运动相关。已经报道了几项研究，其中肺肿瘤的运动基于大小为金基准标记，其被植入肺肿瘤中或附近。在其中一项研究中，肺肿瘤轨迹并不简单，并且被认为需要完整的三维标测。然而，对于肿瘤位于胸腔中部前方的两名患者。最近，肺部肿瘤的上下运动与10名患者的膈肌相关的透视研究观察到的平均变化。使用来自六名患者的呼吸门控计算机断层扫描研究的矢状切片来开发肺的有限元模型。该模型包括肿瘤运动幅度的减小，远离隔膜的距离增加。
如引言中所述，当疾病以孤立性肺结节形式出现时，最有可能治愈肺癌。当在平片射线照片或计算机断层扫描上首次检测到孤立性肺结节并且直径大小这种情况最常发生。根据建议更大的孤立性肺结节被认为是最可疑的并且需要进一步的评估，其经常涉及用于组织诊断的活组织检查。这种小尺寸的孤立性肺结节通常根据肺的相关正常结构的局部运动而移动。另外，患有孤立性肺结节的患者经常缺乏其他显着的潜在肺病理学，并且基本上属于正常的类别。因此，在正常志愿者的整个肺部使用小的正常结构并不是对研究的重大限制。然而，正如其他地方报道的那样，同样研究了六名志愿者的计算机断层扫描扫描中解剖部位的运动，这些志愿者具有各种类型的显着肺病理。在那些志愿者中，肺内解剖部位的运动与在此报道的正常志愿者所观察到的相比有很大不同。对孤立性肺结节运动的建模假设小肿瘤将像研究的志愿者中的正常解剖结构一样移动，因此随着它们的大小增加或者如果它们的大小增加或者如果它们随着实际孤立性肺结节的运动而变得越来越差。患者有其他明显的肺部疾病。
在这项研究中使用余弦函数来模拟呼吸循环，作为一种有用的近似值得到了广泛的分析支持。虽然余弦和余弦平方在该研究中都受到青睐，但由于其简单性，余弦优于余弦平方。然而，没有包括肿瘤运动相对于膈膜的位置依赖性相位延迟，这已经证明有发生。此外，所有模拟的肺部肿瘤都被建模为沿着从呼气末到呼吸末端的相同直线路径以及从末端吸气回到呼气末期。已经发现实际的肺部肿瘤在吸气和呼气之间的这条路径上表现出差异。也没有在呼吸过程中包括肿瘤形状变化的可能性;然而，考虑到孤立性肺结节的小尺寸建模，这种尺寸变化的缺乏不被认为是一个主要的限制。另一个可能的限制是运动是由医师专家而不是自动化过程完成的;但通常自动化过程是针对医师专家进行验证的。
本研究中的所有观察者都是医学物理小组的成员，之前参加了其他人类观察者研究。没有观察员是核医学医生。在过去的模拟研究中;甚至混合当实验室的科学家与核医学医师混合时，没有观察到两组观察者之间存在任何显着差异。在开始实际研究之前对观察者进行了广泛的培训，并且缺乏超出横切片本身的临床信息的使用。因此为这不是对本研究结果的重大限制。也不允许观察者改变显示设置，因为医生在阅读临床研究时能够。如果这样做，结果可能会被定量改变。
最后使用计算机断层扫描成像临床评估可疑孤立性肺结节的首选放射性核素成像程序时，最初设计了这项研究。然而，使用正电子发射断层扫描成像已在美国取代它，这在很大程度上是因为怀疑孤立性肺结节是恶性的临床病例。已发现计算机断层扫描在结核病患者的肺部孤立性肺结节检测特异性方面优于正电子发射断层扫描，因为正电子发射断层扫描在这些病例中无法区分恶性肿瘤。由于发射光子的有利能量和计算机断层扫描成像系统的广泛可用性，仍然是放射性药物的首选标签。因此，正在开发新的放射性药物，其可以扩展用于孤立性肺结节的标记药物的计算机断层扫描成像的使用。来自该研究的关于呼吸运动的结果和观察结果适用于任何可用于胸部计算机断层扫描的成像剂。研究结果也可以推断为运动对正电子发射断层扫描中对孤立性肺结节成像定位的检测和定量的影响，其程度是两者都试图在肺背景中检测低表观对比度的小肿瘤。
内部肺结构的运动与胸腔内的体积膨胀相关。使用临床获得的计算机断层扫描数据，开发了与这些观察结果一致的孤立性肺结节在肺中的运动模型。模拟的呼吸运动对作为该调查的一部分的四种重建策略中的肿瘤检测产生不利影响。系统重建的组合已被证明具有最佳的检测精度是否存在呼吸运动。对于通过模拟呼吸模糊的肿瘤和末期呼气时的静止肿瘤，肿瘤检测存在区域差异。肺的上三分之一是孤立性肺结节的检测显示最差的区域，尽管顶点的病变与很少的呼吸运动相关。 |
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| 肺癌的临床表现比较复杂，症状和体征的有无、轻重以及出现的早晚，取决于肿瘤发生部位、病理类型、有无转移及有无并发症，以及患者的反应程度和耐受性的差异。肺癌早期症状常较轻微，甚至可无任何不适。中央型肺癌症状出现早且重，周围型肺癌症状出现晚且较轻，甚至无症状，常在体检时被发现。肺癌的症状大致分为：局部症状、全身症状、肺外症状、浸润和转移症状。 |
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