本研究由法国巴黎亨利·蒙多大学医院放射科的Haytham Derbel与Mahdi Krichen等多名学者合作完成，并得到了法国放射学会的资助。研究论文于2023年1月18日在线发表在《European Radiology》期刊上。
这项研究位于医学影像信息学与人工智能的交叉领域，具体聚焦于肝细胞癌（HCC）经动脉放射栓塞术（TARE）治疗前的规划和模拟技术。TARE是一种将携带放射性同位素钇-90（90Y）的微球选择性注入肝动脉分支，从而对肝脏肿瘤进行内照射的治疗方法。治疗成功的关键在于精确计算需要照射的靶体积（包括肿瘤及其边缘），这直接关系到90Y活度的准确投放以及治疗效果和安全性。
在常规的TARE工作流程中，计划阶段会进行一次模拟注射：将放射性示踪剂锝-99m标记的大颗粒聚合白蛋白（99mTc-MAA）注入拟定的治疗动脉位置，然后通过单光子发射计算机断层扫描/计算机断层扫描（SPECT/CT）成像来观察99mTc-MAA在肝脏中的分布区域。这个分布区域被视为后续90Y微球分布的“金标准”，用于计算剂量。然而，这种方法存在一些局限性：SPECT/CT图像分辨率有限；99mTc-MAA的分布可能受到局部血流动力学、导管位置微小偏差等因素影响；更重要的是，这是一个事后验证的过程，如果在SPECT/CT上发现分布不理想（例如未能完全覆盖肿瘤或包含了过多非瘤肝组织），则需要再次进行血管造影调整导管位置，增加了手术的复杂性和患者的辐射暴露。
为了解决这些问题，研究人员探索了一种基于锥形束计算机断层扫描（CBCT）的虚拟肝实质灌注（Virtual Parenchymal Perfusion, VPP）软件算法。该算法由飞利浦医疗保健公司开发，其核心原理是基于肝脏的非吻合血管结构和血管分支的空间竞争关系，仅需一次非选择性的动脉期CBCT扫描，就能模拟从任意选定的虚拟注射点（模拟微导管尖端位置）注射对比剂后，肝实质的增强（即灌注）区域。此前的研究已证实VPP在预测选择性CBCT碘剂增强区域方面具有解剖和体积上的准确性。本研究旨在进一步评估这种CBCT-based VPP软件在预测TARE术前计划中99mTc-MAA SPECT/CT成像结果（包括解剖靶区和体积）方面的准确性和可重复性，从而探索其作为一种术中实时指导工具的潜力。
研究的详细工作流程主要包括以下几个步骤： 首先，是研究人群的纳入与影像数据采集。这是一项单中心回顾性研究，获得了当地伦理委员会的批准。研究纳入了从2017年9月到2019年12月期间，因HCC接受TARE治疗且在本前计划性血管造影中同时进行了非选择性和选择性双期CBCT（dp-CBCT）扫描的患者。最终，33名患者共计52次TARE干预的CBCT数据被纳入分析。所有CBCT扫描均在飞利浦公司的平板探测器C臂血管造影系统上完成，采用标准化的双期扫描协议和对比剂注射方案。在CBCT扫描后，于选定的微导管位置缓慢注射99mTc-MAA，并在1小时内使用混合型伽马相机进行胸腹部平面显像和SPECT/CT扫描。
其次，是影像数据的后处理与评估方法。评估分为半定量和定量两部分，均以计划阶段99mTc-MAA SPECT/CT的摄取区域作为“金标准”。VPP算法被回顾性地应用于非选择性动脉期CBCT扫描数据上。 在半定量评估中，由两名经验不同的介入放射科医生（H.D.和M.K.）在不知晓治疗后90Y正电子发射断层扫描/计算机断层扫描（PET/CT）结果的情况下，分别对VPP显示的虚拟增强区域与SPECT/CT显示的99mTc-MAA实际摄取区域之间的解剖一致性进行视觉比较。他们使用一个三级量表（好、中度、差）来评估整体增强区域的一致性，并使用一个二级量表（好、差）来专门评估门静脉癌栓区域灌注的一致性。两位阅片者之间的观察者一致性通过Kappa系数进行评估。 在定量评估中，研究团队与一名生物医学工程科学家合作，重点进行了基于体积的度量分析。具体步骤包括：1）由一位介入放射科医生在3D Slicer®开源软件上，使用基于Otsu方法的半自动阈值算法，对SPECT/CT上的99mTc-MAA实际摄取体积进行手动分割。2）使用Simplicit®软件在非选择性dp-CBCT的实质期图像上手动分割肝脏边界，并将此边界应用于VPP算法，以将虚拟增强计算限制在肝实质内，从而得到虚拟增强体积。定量分析的核心是计算虚拟增强体积与实际摄取体积之间的统计相关性（使用皮尔逊相关系数R²），并计算平均体积误差。此外，还通过Bland-Altman图来评估两种体积测量方法的一致性。
本研究的主要结果如下： 在患者与手术特征方面，所有患者均为I型肝动脉解剖。共发现12例门静脉癌栓。计划治疗方式包括肝叶TARE、肝段TARE和放射节段切除术。 半定量评估结果显示，两位阅片者均认为VPP虚拟增强区域与99mTc-MAA实际摄取区域在解剖上具有“好”的一致性的比例分别高达73%和75%，“中度”一致性约为10-12%，“差”一致性约为15%。两位阅片者之间评估解剖一致性的观察者间一致性极好，Kappa系数为0.86。在门静脉癌栓评估方面，“好”的一致性分别为58.3%和66.7%，观察者间一致性也很好（Kappa=0.82）。 定量评估结果显示，VPP计算的虚拟增强体积均值为768±503 ml，SPECT/CT计算的实际摄取体积均值为804±511 ml。两者之间存在良好的线性相关关系，皮尔逊R²值为0.75，具有高度统计学显著性。Bland-Altman图显示两种体积测量方法之间没有显著差异，表明一致性良好。平均体积误差为0.46 ± 0.78。
基于这些结果，研究得出了明确的结论：基于CBCT的VPP软件在预测HCC患者TARE术前99mTc-MAA SPECT/CT的解剖靶区和体积结果方面是准确且可靠的，并具有良好的可重复性。这意味着VPP软件具有重要的潜在应用价值：在术中，它可以实时优化90Y输注的微导管位置，从而实现精确的肿瘤靶向，同时保护非瘤肝组织；在术后，它可以准确估计每个动脉分支的灌注体积，从而为TARE手术提供精确的90Y剂量学计算。
本研究的亮点在于：第一，研究目标具有明确的临床导向，旨在解决TARE治疗规划中的实时性难题，探索将VPP这一先进的影像算法从传统的化疗栓塞（TACE）领域拓展至更复杂的放射栓塞（TARE）领域。第二，研究方法设计严谨，同时采用了主观（半定量视觉评分）和客观（定量体积相关性与误差分析）的评估体系，并以SPECT/CT作为金标准，使得结论更具说服力。第三，揭示了VPP算法的性能边界和局限性。例如，研究中出现的一致性“差”的案例，可能归因于局部血流动力学因素（如肿瘤富血供导致的99mTc-MAA分流）、导管位置偏差、以及碘对比剂分子与99mTc-MAA颗粒在流体力学特性上的固有差异。特别是，VPP算法在预测非典型血管解剖供血区域（如门静脉癌栓）方面表现稍逊，这提示了算法未来需要改进的方向。第四，研究也坦诚地指出了自身的局限性，如回顾性设计、样本量有限、需要耗时的肝脏边界手动分割、以及缺乏与治疗后90Y PET/CT这一“最终标准”的三方直接比较等，为未来的前瞻性研究指明了方向。
这项研究不仅验证了一项新兴技术在特定临床场景下的有效性，更为介入放射科医生提供了一种潜在的、强大的术中决策支持工具。如果VPP软件能够整合自动肝脏分割功能并进一步优化算法以应对复杂血流情况，它将有望变革TARE的手术流程，实现从“基于经验的试错式”注射向“基于计算的预测式”注射的转变，最终提升肝癌介入治疗的精准性和安全性。