慢性阻塞性肺疾病CT定量評估研究進展

黃 耀，隋 昕，徐曉莉，鄭福玲，王 磊，杜華陽，宋 偉

(中國醫(yī)學科學院 北京協和醫(yī)學院 北京協和醫(yī)院放射科，北京 100730)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)以持續(xù)性呼吸系統癥狀和氣流受限為特點[1]，是一種可以預防和治療的疾病。COPD是全球第3大致死性疾病[2]，診斷標準為吸入支氣管擴張劑后，第一秒用力呼氣量/用力肺活量(forced expiratory volume in first second，FEV1/forced vital capacity，FVC)<70%，且患者有危險因素暴露史(如吸煙史)，和(或)伴有呼吸困難、慢性咳嗽、咳痰等癥狀[3]。肺功能檢查是診斷COPD的重要方法，可測定肺體積、肺殘氣量以及肺一氧化碳彌散量等反映COPD患者病理學變化的指標，是一種簡單易行、重復性好的非侵入性檢查方法[1,4]。但是肺功能檢查只能評估患者肺部整體情況，無法觀察肺氣腫、氣道重塑、小氣道管徑減小以及數目減少等肺部細微結構的變化[5]。近年來定量CT逐漸成為評估COPD的新方法，不但可以識別肺氣腫和氣道重塑等肺部結構的改變，還可以定量分析肺實質和氣道的病變，從而為COPD分型、治療以及預后提供一定的幫助。現對定量CT在COPD中的應用做一綜述。

1 肺氣腫的CT定量評估

肺氣腫是COPD重要的病理學改變，與COPD患者病情惡化和死亡率升高有一定的相關性[5]。CT可清晰顯示肺氣腫區(qū)域，并可識別不同類型的肺氣腫(小葉中心型、全小葉型以及間隔旁型肺氣腫)。目前CT對肺氣腫的定量測量多采用密度遮蓋法，即設定一個CT閾值，當肺氣腫區(qū)密度低于該閾值時，可定量顯示肺氣腫區(qū)占全肺體積的百分比，即低衰減區(qū)百分比(low attenuation areas percent，LAA%)。吸氣相LAA%的CT閾值通常設定為-950 Hu(LAA%-950)[6]。LAA%-950與COPD的嚴重程度呈正相關，并與FEV1%、FEV1/FVC、肺一氧化碳彌散量、殘氣容積、殘氣容積/肺總量、動脈血氧分壓等存在一定的相關性[6-7]。張迪等[8]在測量LAA%-950的基礎上，通過繪制肺組織密度曲線，測量深吸氣末和深呼氣末全肺CT值像素直方圖上第15百分位點對應的CT值，以反映肺氣腫的情況。結果證實，僅深吸氣末全肺CT值像素直方圖上第15百分位點對應的CT值與肺彌散功能存在良好的相關性，其對吸煙者肺功能改變更為敏感，也可作為CT的定量測量指標評估肺氣腫。

吸煙和生物量暴露是COPD的風險因子，Shaikh等[9]通過測量全肺和不同肺葉的LAA%-950，探究LAA%-950與吸煙指數、生物量暴露的聯系，結果證實，右肺LAA%-950與生物量暴露相關性最高，無特定的肺葉與吸煙指數存在相關性。研究亦證實，右肺下葉LAA%-950與體質指數存在一定的聯系[9]。Müller等[10]采用特定的COPD測量軟件探究雙肺葉裂完整性是否對肺氣腫測量有影響，結果發(fā)現，手動和自動分割葉裂對肺氣腫的測量有影響，尤其是對右肺中葉肺氣腫的測量。此外該研究還表明，葉裂完整性不會影響肺氣腫的分布[10]。

2 氣道CT直接定量評估

氣道病變是導致COPD不可逆性氣流受限的重要因素，其中直徑<2 mm的小氣道管壁增厚、管腔狹窄是COPD重要的病理學改變[4]。目前有研究通過重建支氣管樹，對氣道行CT直接定量測量，探究氣道CT直接定量測量結果與臨床肺功能指標如FEV1%、FEV1/FVC等的相關性。常用的氣道測量參數包括管壁厚度、管腔直徑、管壁面積百分比、管腔面積百分比等，測量常選用的支氣管為3～6級支氣管[11-13]。右肺上葉尖端支氣管及其分支受心臟搏動的影響較小，且走行與軸位垂直，故是氣道測量的首選[12]。閻超群等[11]對右肺上葉尖端第5級支氣管進行CT定量測量發(fā)現，管壁厚度、管壁面積百分比、管腔面積百分比與FEV1%、FEV1/FVC具有一定的相關性；楊飛等[12]的研究結果也證實，右肺上葉尖端亞段的支氣管管壁面積百分比、氣道外徑比與FEV1%存在相關性。除右肺上葉尖段支氣管外，右肺中葉內段、右肺下葉后基底段、左肺上葉尖端、左肺上葉上舌段、左肺下葉后基底段支氣管及其分支也可作為測量的位點[13]。

COPD氣流受限主要發(fā)生在小氣道，但由于高分辨CT的層厚限制，小氣道的測量易出現偏差[13-14]。對于COPD小氣道管壁是否增厚，不同的研究得出的結果也不盡相同[14]。為避免直接測量氣道相關參數導致的誤差，有學者對氣道測量進行了標準化處理。Pi10是一個常用的標準化指標，是指肺內所有管腔周長為10 mm的支氣管管壁面積的平方根，可反映COPD患者支氣管管壁增厚的程度[13]。Ostridge等[14]的研究表明，Pi10在不同的COPD分級[慢性阻塞性肺疾病全球創(chuàng)議(global initiative for chronic obstructive lung disease,GOLD)3級和GOLD 4級]中不同，并與FVC具有較好的相關性。而張凱等[15]則將肺野內管腔面積為8 mm2的支氣管的管壁面積的平方根(Ai8)作為標準化指標，結果表明，全肺和右肺下葉Ai8與氣流受限指標FEV1%、FEV1/FVC也具有較強的相關性。

除上述CT定量評估方法外，近年來國外也出現了一些新的評估氣道的方法，如利用強迫振蕩技術對不同級別的支氣管施加不同頻率的阻力，然后測量支氣管內氣體的流通情況，其不僅能反映COPD患者支氣管形態(tài)和功能的細微改變，還與三維CT支氣管測量得到的3～6級支氣管管壁厚度、管腔面積以及臨床肺功能指標有相關性[16]。采用積分半邊法，先利用設定好的閾值識別支氣管管腔邊界，然后再對支氣管管壁CT值進行積分處理，同時借助韋伯曲線識別支氣管外部邊界，由此測量右肺上葉尖端4～6級支氣管的管壁厚度、內徑大小、管壁面積百分比，并與傳統最大半寬法進行比較，結果顯示，積分半邊法測得的氣道相關參數與FEV1%、FEV1/FVC的相關性較最大半寬法測得的相關性更好，并在GOLD分級中所起的作用更大[4]。還有研究利用3D技術測量吸氣相和呼氣相左右主支氣管間角度的改變發(fā)現，在吸氣相中，左右主支氣管間角度的改變與肺容積具有較好的相關性，并在呼吸雙相中與肺氣腫指數具有較好的相關性，此外還能在一定程度上反映氣流受限的程度[17]。

3 空氣潴留的CT定量評估

由于CT層厚的限制，應用CT直接測量COPD患者的小氣道病變有一定的困難，可通過測量小氣道空氣潴留情況間接了解小氣道的病變情況[18]?？刹捎煤魵馕鼩怆p相掃描定量評估空氣潴留情況，目前文獻上報道的空氣潴留測量指標主要有：①呼氣相肺密度低于-856 Hu肺氣腫區(qū)占全肺面積百分比(LAA%-856)；②呼氣末和吸氣末肺密度比值(expiration/inspiration ratio of mean lung density，E/I-ratio MLD)；③呼吸相對肺容積改變(relative volume change，RVC)-856～-950，即吸氣相肺密度介于-856～-950 Hu的肺體積與呼氣相肺密度介于-856～-950 Hu的肺體積間的差值；④氣體潴留體積分數(air trapping index，ATI)，即吸氣相和呼氣相密度不變的低衰減區(qū)，有文獻報道合適的ATI閾值為60 Hu[18-20]。

CT測得的空氣潴留相關指標不僅與肺功能指標有一定的相關性，也與COPD患者肺氣腫的嚴重程度和一些臨床指標有一定的相關性。在Nambu等[13]的研究中，E/I-ratio MLD與用力呼出氣量為25%～75%肺活量時的平均流量(forced expiratory flow between 25% and 75% of the forced vital capacity，FEF25%～75%)的相關性高，RVC-856～-950則與BODE(the body-mass index,airflow obstruction,dyspnea and exercise capacity)指數的相關性高，且是BODE的獨立預測因子。該研究還表明，對于輕度肺氣腫，直接測量氣道可更好地反映氣流受限情況；對于中度以上的肺氣腫，測量氣體潴留情況較直接測量氣道更能反映COPD患者的氣流受限情況[13]。不同的空氣潴留指標與臨床肺功能指標的相關性也存在差異，與LAA%-856相比，ATI和E/I-ratio MLD與臨床肺功能指標的相關性更好，甚至有文獻報道ATI更優(yōu)于E/I-ratio MLD[18,20]。也有學者將COPD分為不同的表型，在無或輕微肺氣腫型COPD中，E/I-ratio MLD與FEV1%的相關性最好，而在明顯肺氣腫伴或不伴有支氣管管壁增厚的COPD患者中，RVC-856～-950與FEV1相關性最好[21]。

4 肺血管CT定量評估

COPD中的廣泛性肺氣腫可使肺內小血管受壓、破壞，當伴有缺氧時也可導致肺內廣泛性血管收縮[22]，因此CT定量評估肺內血管情況對評估COPD也有一定的價值。有研究通過測量支氣管伴行肺動脈的直徑發(fā)現，肺動脈直徑與FEV1%和FEV1/FVC有一定的相關性[11]。肺內小血管面積百分比(cross-sectional area percentage，%CSA)是一種新興的評估COPD的指標，其中肺內血管面積<5 mm的小血管面積總和占全肺面積的百分比(%CSA<5 mm)和肺血管面積為5～10 mm的小血管面積總和占全肺面積的百分比(%CSA 5～10 mm)是較為常用的指標[22-23]。常采用以下3個層面測量面積<5 mm和面積為5～10 mm的血管面積的總和：主動脈弓上緣1 cm層面，氣管隆嵴下緣1 cm層面，右下肺靜脈1 cm層面[24]。研究表明，%CSA<5 mm在健康人和不同程度的COPD患者中存在差異，且隨著COPD患者病情的加重，%CSA<5 mm的值變小[22]。此外，由于面積小于5 mm的血管為肌性血管，彈性小，故對于病情的評估優(yōu)于管壁面積為5～10 mm的彈性血管，其與FEV1%、FEV1/FVC呈顯著正相關，與殘氣量、殘氣量/肺總量比值呈顯著負相關[22]。此外，Takayanagi等[23]的分析表明，吸煙的COPD患者戒煙后，盡管肺氣腫依舊逐漸加重，但%CSA<5 mm卻無明顯增加的趨勢。因此推斷吸煙導致的COPD血管重塑具有一定的可逆性。

COPD嚴重時也可引起肺動脈高壓，COPD伴肺動脈高壓時，%CSA<5 mm與平均肺動脈壓呈正相關，可結合管壁面積及動脈氧分壓等決定是否對COPD患者行右心導管插管術，%CSA<5 mm也可較好地預測COPD預后[24]。

5 低劑量CT定量評估

近年來由于常規(guī)CT肺功能掃描輻射劑量大，尤其是行呼吸雙相掃描時，為降低輻射劑量，低劑量CT肺功能掃描的應用逐漸增多，主要用于肺癌篩查。目前多采用固定管電壓、降低管電流的方式降低輻射劑量，管電壓一般設定在120 kV，管電流為30～60 mA[25-28]。有研究對COPD患者行常規(guī)劑量和低劑量CT掃描后發(fā)現，不同劑量組患者的主觀圖像質量評分、診斷的特異性及敏感性比較差異無統計學意義[25-26]。

低劑量CT掃描可測量肺內小氣道相關參數，其與臨床肺功能指標亦存在一定的相關性。周潔等[27]研究證實，右肺上葉尖端和雙肺下葉后基底段的管壁面積或管壁容積與FEV1、FEV1/FVC、FEF25%等肺功能指標存在較好的相關性。低劑量CT檢查中，肺內小氣道相關參數不僅在不同分級的COPD間存在差異，在哮喘和正常人間也存在差異[28]。研究發(fā)現，不同分級的COPD，不同級別的支氣管氣道參數與不同肺功能指標也存在相關性，在Ⅱ級COPD中，左肺上葉下舌段管壁面積與殘氣量/肺總量比值的相關性最好；在Ⅲ級COPD中，右肺下葉前基底段管壁面積與FVC的相關性最好[29]。此外，低劑量CT在COPD患者的復查中也可進一步降低輻射累積。陳一鳴等[30]的研究顯示，對COPD患者復查時CT管電流最低可降至50 mA。

6 其他CT定量評估技術

除上述COPD的CT定量評估方法外，其他一些CT相關技術與測量方法也被應用于對COPD的研究。如Yamashiro等[31]利用特定軟件，對自由呼吸運動中各肺葉固定點肺密度每隔0.5 s測量1次，從而得到一條連續(xù)性曲線，并計算5個肺葉間配對的肺密度連續(xù)曲線。在COPD患者中，肺氣腫、氣道病變以及肺結構的改變均可影響各肺葉呼氣運動的同步性，故可以以此探究氣流受限下各肺葉在呼吸運動中同步性的改變，從而推知COPD的病理學改變，并且這些連續(xù)性曲線和肺功能指標以及肺氣腫指數也存在一定的相關性。以往對COPD 的研究多通過軸位CT探究肺氣腫和氣道的變化情況，但COPD肺部改變不僅有肺氣腫和氣道潴留等，還伴有肺部前后徑增大、膈肌下移等，而這些改變在傳統軸位CT上難以發(fā)現。Hightower等[32]通過測量矢狀位肺高度、前后徑、左右膈肌高度以及胸骨膈肌角度等指標，證明其較傳統軸位測量在發(fā)現和評估COPD上更具優(yōu)勢，且與臨床肺功能指標的聯系更密切，故可幫助臨床醫(yī)師早期發(fā)現COPD的改變，及時開展相關治療。

7 小 結

肺氣腫和氣道病變是COPD主要的病理學改變，CT可定性定量評估肺氣腫。對氣道病變的診斷上，CT不僅可直接測量氣道相關參數，還可通過測量空氣潴留情況間接反映氣道病變。此外，CT還可通過定量評估血管，在一定程度上反映COPD的嚴重性。近年來對低劑量CT的研究也使COPD患者低劑量CT復查肺功能成為可能。CT定量評估肺功能仍存在一些難點，如直接評估小氣道病變存在。隨著CT掃描方案、重建技術以及測量方法的改進，人們對COPD的CT定量檢測研究的不斷深入，未來CT定量評估在COPD診斷、治療和隨訪中將會發(fā)揮更大作用。