64排螺旋CT肺灌注顯像在評價肺氣腫中的應(yīng)用

司明玨 丁小龍 施宇衡 馬佳韻

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一組以緩慢發(fā)展的不完全可逆的氣道梗阻、氣道重建及肺實質(zhì)毀損為特征的疾病，主要包括慢性支氣管炎和肺氣腫。COPD是世界范圍內(nèi)引起死亡的第四大病因，我國這一煙草消費大國是COPD高發(fā)國家，由此導(dǎo)致呼吸衰竭、慢性肺源性心臟病等，成為嚴重威脅中老年人健康，影響生活質(zhì)量的一大殺手，并為國家醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)帶來沉重負擔(dān)。

目前臨床對肺氣腫的診斷主要依據(jù)典型的臨床癥狀及體征、肺功能檢查，并輔以影像學(xué)檢查[1]。近年來隨著多排螺旋CT的日益普及，CT灌注成像作為一種功能成像技術(shù)，廣泛受到關(guān)注,原因在于它可以定量測量組織的絕對灌注值，反映組織水平上血流量的改變，不僅可發(fā)現(xiàn)病變和鑒別病變性質(zhì)，而且對于早期發(fā)現(xiàn)那些尚未出現(xiàn)形態(tài)學(xué)變化而僅有血流動力學(xué)改變的病變有重要意義。

我們的實驗設(shè)計為注入對比劑后用64排螺旋CT連續(xù)掃描六期，完整覆蓋從肺動脈注入至肺皮質(zhì)毛細血管床灌注再經(jīng)肺靜脈流出的全肺灌注過程，研究肺氣腫患者肺實質(zhì)破壞程度與肺灌注功能障礙之間的關(guān)系，探索CT肺灌注顯像在臨床上用于臨床評價肺氣腫嚴重程度的可行性。

方 法

1.研究對象

前瞻性收集兩組樣本：①正常組：14例（男11例，女3例，平均年齡62.9±6.7歲）于2010.7～2011.6間因胸片或胸部CT平掃發(fā)現(xiàn)“肺部可疑結(jié)節(jié)”或因懷疑肺栓塞需進一步行胸部CT增強或CTA檢查者。②肺氣腫組：與我院呼吸科合作，收集2010.7～2011.6間因慢支肺氣腫急性發(fā)作而住院治療的10例患者（男8例，女2例，平均年齡64.1±7.0歲），所有患者均符合肺氣腫臨床癥狀及體征，肺功能檢查顯示存在阻塞性通氣障礙。

所有入選者需排除：肺部手術(shù)史者；血栓-栓塞史；肺炎、支氣管擴張癥、肺結(jié)核、支氣管哮喘史；心臟病、心功能不全，或年齡過大、身體虛弱難以配合者；對碘劑過敏者。所有入選者于檢查前簽署知情同意書，接受一次免費肺功能及CT灌注檢查，檢查前常規(guī)做碘過敏實驗。正常組肺功能及CT肺灌注檢查均無異常發(fā)現(xiàn)。肺氣腫組由入院常規(guī)胸片排除其他肺部疾患，并于治療前接受肺功能及CT肺灌注檢查。

2.肺功能檢查

由我院呼吸科固定一名專業(yè)醫(yī)師，測定吸入支氣管舒張藥后測量第一秒用力呼氣容積（FEV1）及其占用力肺活量的百分比（FEV1/FVC）。

3.CT檢查技術(shù)

掃描采用荷蘭Philips公司(Brillance 64)螺旋CT機，患者采取仰臥位，足先進，進床掃描方法，掃描前對患者進行呼吸訓(xùn)練，使單次屏氣達到30s以上。先掃定位相確定掃描野，包住自肺尖下部至肋膈角以上、兩邊至肋弓外緣以內(nèi)的肺野，然后用閾值跟蹤自動觸發(fā)掃描法，于上腔靜脈內(nèi)勾畫感興趣區(qū)作為觸發(fā)掃描層面，連續(xù)掃描六期約30s,灌注掃描參數(shù)：管電壓100kV，管電流60mA，層厚5mm，間隔5mm，矩陣512×512；觸發(fā)閾值100HU,最短時間自動觸發(fā)；經(jīng)肘正中靜脈注入對比劑碘海醇（370 mg/ml)，總量90ml，注射速率4ml/s，以同樣速率追加30ml生理鹽水。

4.圖像后處理

數(shù)據(jù)傳送至EBW圖像工作站進行后處理，剔除呼吸偽影影響嚴重者。先薄層重建到1mm，用最大密度投影法（MIP）進行重建，直觀顯示肺灌注障礙分布情況。然后利用Functional CT軟件進行分析，分別在兩肺上葉約平主動脈弓層面、右中肺及左肺舌段約平主動脈根部層面、兩下肺葉約平二腔心層面，于肺野外帶的“肺皮質(zhì)區(qū)”避開肺內(nèi)大血管影，手動勾畫相同面積（100mm2）的感興趣區(qū)（ROI）（圖1）。軟件自動生成該層面感興趣區(qū)內(nèi)像素的時間-密度分布圖（TLCT graph)、達峰時間（time to peak, TTP）、強化峰值(peak enhancement, PE)等灌注參數(shù)及血容量（blood volume, BV）偽彩圖（圖1），以此來評價各肺葉水平的灌注情況。

5. 統(tǒng)計分析

采用SAS軟件，用兩獨立樣本t檢驗比較正常組與肺氣腫組的CT灌注參數(shù)差別；用Spearman等級相關(guān)分析肺氣腫患者肺功能分級與全肺葉灌注總強化值是否存在相關(guān)性。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1. 正常組肺血流灌注的生理性分布規(guī)律

見表1。正常組各肺葉血流灌注強化峰值PE數(shù)據(jù)表明，正常人生理狀態(tài)下肺血流灌注呈現(xiàn)從上向下逐漸增多的分布趨勢。

2. 同一肺葉正常組與肺氣腫組肺血流灌注的差異

見表1。數(shù)據(jù)表明，同一肺葉正常組與肺氣腫組肺血流灌注具有顯著性差異（P＜0.05）。

3. 肺氣腫組肺實質(zhì)破壞與肺灌注減低分布區(qū)域是否一致

見圖2。肺氣腫組10例患者中7例為全肺彌漫性肺氣腫，2例主要為兩上肺氣腫，1例為兩下肺氣腫。圖像表明，肺氣腫患者肺實質(zhì)破壞的分布和嚴重程度與肺灌注減低的肺葉分布和程度相一致。

圖1. 手動勾畫感興趣區(qū)ROI，得到該層面感興趣區(qū)內(nèi)像素的灌注參數(shù)。分別于兩肺上葉約平主動脈弓層面（A）、右中肺及左肺舌段約平主動脈根部層面（B）、兩下肺葉約平二腔心層面（C），于肺野外帶勾畫相同面積（100mm2）的感興趣區(qū)ROI；軟件自動生成感興趣區(qū)內(nèi)像素的時間-密度分布圖（TLCT Graph)（D）、強化峰值(PE)（E）及血容量（BV）的偽彩圖（F）。

表1 正常組（n=14）與肺氣腫組（n=10）各肺葉血流灌注強化峰值PE(單位：HU)比較

4. 肺氣腫組肺功能分級與肺葉灌注降低程度之間的相關(guān)性分析

根據(jù)FEV1/FVC和FEV1值，將10例肺氣腫患者分為四級[1]：輕度2例（FEV1/FVC＜0.70，F(xiàn)EV1≥80%）；中度5例（FEV1/FVC＜0.70，50%≤FEV＜80%）；重度3例（FEV1/FVC＜0.70，30%≤FEV＜50%）；極重度無（FEV1/FVC＜0.70，F(xiàn)EV1＜30%或FEV1＜50%合并慢性呼衰）。用Spearman等級相關(guān)分析，結(jié)果未發(fā)現(xiàn)肺功能分級與全肺灌注總強化值之間存在相關(guān)性（P＞0.05）。

5. 所有受檢者接受一次CT肺灌注掃描的劑量分析

見表2。數(shù)據(jù)表明，正常組與肺氣腫組在身高、體重、掃描劑量無顯著性差異（P＞0.05）。

表2 行一次CT肺灌注掃描的劑量統(tǒng)計

討 論

阻塞性肺氣腫的主要病理改變?yōu)榻K末細支氣管遠端（包括呼吸性細支氣管、肺泡管、肺泡囊和肺泡）氣腔膨脹，間隔變窄，彈力纖維變細或斷裂，肺泡孔擴大，肺泡壁破壞；與細支氣管伴行的肺小血管有炎性改變，中膜平滑肌水腫、變性和壞死，管腔狹窄及至完全閉塞；由于肺泡破裂和炎癥的侵蝕，肺毛細血管床數(shù)量及橫斷面積皆減少。這種改變反復(fù)交錯進行，肺小葉結(jié)構(gòu)和血液循環(huán)途徑逐漸被改建，病變進展可出現(xiàn)一系列不同程度的肺動脈高壓，肺動脈對肺的灌注減少。以往的研究結(jié)果表明[2]，肺氣腫患者肺動脈血流量可增加，這可能是機體提高灌注功能的一種重要代償機制，而全肺血流量明顯減少，但隨著病情進展，肺動脈血流的增加不足以補償全肺血流的減少，因此肺實質(zhì)破壞與肺血流灌注障礙均是肺氣腫病情進展的重要表現(xiàn)，決定著患者的預(yù)后。

傳統(tǒng)對肺氣腫的影像學(xué)評價方法大致分兩類：一類是形態(tài)學(xué)方法，主要是肺部高分辨率CT（HRCT）；另一類是功能學(xué)方法，包括單光子發(fā)射計算機掃描（SPECT）肺灌注顯像及磁共振（MRI）。SPECT肺灌注顯像雖然可以反映患者的肺功能損害，但空間分辨率低、檢查費時是其無法克服的缺陷[3]；MRI雖然在發(fā)現(xiàn)和定位肺灌注障礙的準確性上明顯高于前者，但又無法像HRCT一樣形象直觀地反映肺的形態(tài)學(xué)改變[4]。多排螺旋CT肺血流灌注顯像通過對比劑示蹤能直觀顯示肺血流通過毛細血管網(wǎng)將攜帶的氧和營養(yǎng)物質(zhì)輸送給組織細胞的活體灌注過程，一次檢查同時得到高分辨率的肺形態(tài)學(xué)圖像及與之匹配的肺血流灌注功能圖象，并進行定量分析，在了解肺氣腫患者肺組織血流動力學(xué)及功能變化方面具有其他方法不能比擬的優(yōu)勢，對肺氣腫的臨床診斷和治療均有重要參考價值[5]。國外學(xué)者利用多排螺旋CT肺血流灌注顯像對正常人進行研究，發(fā)現(xiàn)生理狀態(tài)下兩下肺血流灌注顯著多于兩上肺[5-8]。Pansini等[9]通過比較正常人和吸煙導(dǎo)致肺氣腫的患者CT肺葉水平血流灌注值，驗證了肺氣腫者肺灌注較正常人顯著減低（P=0.0001），且肺實質(zhì)的破壞程度與該部位肺灌注減低程度之間存在正相關(guān)性，認為CT肺血流灌注顯像今后可以運用于臨床評估肺氣腫肺功能損害程度。但該研究設(shè)計存在著一些缺陷，用注入對比劑后僅掃一期肺部增強掃描來反映整個肺灌注過程，是不夠全面和準確的。

本研究將感興趣區(qū)劃在肺野外帶，考察“肺皮質(zhì)區(qū)”的血流灌注情況，發(fā)現(xiàn)正常組14人均表現(xiàn)為肺血流灌注呈現(xiàn)從上向下逐漸增多的分布趨勢，與既往研究[5-8]相符，認為這可能與人類長期直立行走所致的肺血流墜積效應(yīng)密切相關(guān)。在肺氣腫組與正常組對比中則發(fā)現(xiàn)肺氣腫組的PE值顯著減低（P＜0.05），PE值反映肺皮質(zhì)區(qū)的血流灌注量，與血管大小和有功能的毛細血管開放數(shù)量有關(guān)。肺氣腫患者由于毛細血管被破壞導(dǎo)致灌注值減低，宏觀上表現(xiàn)為肺實質(zhì)破壞區(qū)域和嚴重程度與肺灌注減低區(qū)域和程度相一致。這表明CT灌注掃描可以顯示繼發(fā)于肺實質(zhì)破壞的肺灌注改變，亦驗證了早期學(xué)者提出的“肺氣腫患者肺泡面積的減少伴隨著等量的肺毛細血管容量的減少”這一推斷[8]。

本研究的另一個重點是探索低劑量下實現(xiàn)全肺灌注掃描的可行性。我們通過檢查前對受檢者詳盡的講解及屏氣訓(xùn)練、掃描時盡量縮小掃描野以及低劑量射線的運用[10]，嚴格控制受檢者輻射劑量[11]，使其一次肺灌注掃描的輻射劑量DLP值不顯著高于我中心一次常規(guī)胸部CT平掃加增強掃描的劑量，且全部在歐盟委員會參考劑量水平[12]（European Commission reference dose levels，EC RDLs）胸部650mGy·cm以下。

本研究的不足之處在于：樣本量較小，未能發(fā)現(xiàn)肺功能分級與肺葉灌注之間是否存在相關(guān)性；僅考察了肺實質(zhì)破壞與肺灌注障礙的關(guān)系，未考察小氣道病變引起的肺灌注障礙，而后者亦是吸煙導(dǎo)致肺氣腫的患者常見的肺部解剖學(xué)改變。

本研究具有良好的可持續(xù)性，今后通過不斷擴大樣本量，逐漸建立起正常國人以及各型肺氣腫肺血流灌注模型；同時可以進一步細化對肺氣腫患者的分組，比如探索治療前后以及不同治療方案對于改善肺灌注是否有差異等，從而更深入地探討低劑量CT肺灌注定量分析這一便捷無創(chuàng)的影像檢查技術(shù)是否能夠與肺功能檢查相結(jié)合，成為臨床診斷肺氣腫、指導(dǎo)治療、評估療效和判斷預(yù)后中的新標(biāo)準，也為今后更深入認識和研究肺氣腫發(fā)病機制提供新的思路和線索。