呼氣相CT定量分析COPD患者肺血管

曹憲憲，高小燕，于 楠，師美娟，魏 霞，金晨望*，郭佑民

(1.西安交通大學第一附屬醫(yī)院醫(yī)學影像科，陜西 西安 710061；2.陜西省中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院影像科，陜西 咸陽 712000；3.西安交通大學醫(yī)學院第二附屬醫(yī)院影像科，陜西 西安 710004；4.西安市第九醫(yī)院呼吸內(nèi)科，陜西 西安 710054)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)在全球范圍內(nèi)均是高患病率及高致死率的疾病[1]，約30%～70%的COPD患者伴臨床意義上的肺血管疾病[2]。肺血管改變是COPD發(fā)生、發(fā)展的重要特征，也是造成肺動脈高壓的關(guān)鍵。CT定量技術(shù)可定量測量肺血管[3-5]，既往多基于單一吸氣相水平觀察患者肺血管，而呼氣相肺血管改變對COPD的影響尚未定論。本研究通過吸氣及呼氣相CT掃描定量分析COPD患者肺內(nèi)血管體積(intrapulmonary vascular volume, IPVV)，觀察呼氣相CT定量肺血管對COPD患者的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2015年3月-2016年12月Dexin-FACT“數(shù)字肺”多中心研究數(shù)據(jù)庫中89例COPD患者。納入標準：①接受肺功能檢查，且吸入支氣管擴張劑后第1秒用力呼氣容積(forced expiratory volume in one second, FEV1)/用力肺活量(forced vital capacity, FVC)<0.70；②吸氣及呼氣雙相胸部CT圖像完整。排除標準：①既往有氣管插管術(shù)或胸部手術(shù)史；②臨床信息及圖像數(shù)據(jù)不全；③患者呼吸配合欠佳，圖像質(zhì)量差；④伴胸部基礎(chǔ)疾病，如胸廓畸形、大量胸腔積液及嚴重肺間質(zhì)纖維化等影響軟件分割。本研究獲得中國臨床實驗注冊中心批準(ChiCTR-OCH-14004904)。

1.2 儀器與方法 采用GE、Siemens、Philips 64層及以上CT掃描儀，分別行深吸氣和深呼氣末肺尖至肺底CT掃描。檢查前對患者進行呼吸訓練。掃描時患者仰臥，雙臂上舉抱頭，頭先進。掃描參數(shù)：吸氣相與呼氣相管電壓均為100 kV，管電流采用自動調(diào)節(jié)控制，層厚1 mm,機架旋轉(zhuǎn)時間0.80 s/周，螺距0.984，采用骨算法重建，重建層厚1 mm。

1.3 測量肺血管 將吸、呼氣末雙氣相CT圖像傳至“數(shù)字肺”數(shù)據(jù)分析平臺，采用肺血管自動測量模塊分別測量吸、呼氣相IPVV。具體步驟[6]：①以自適應邊界行進法提取全肺(whole lung， WL)(圖1A)，包括右肺(right lung， RL)及左肺(left lung, LL)；②以幾何算法將WL分割成5個肺葉(圖1B)，即右肺上葉(right upper lobe, RUL)、右肺中葉(right middle lobe, RML)、右肺下葉(right lower lobe, RLL)、左肺上葉(left upper lobe, LUL)及左肺下葉(left lower lobe, LLL)；③以主要曲率和方向區(qū)分肺血管與其他肺組織，自動提取并分割血管樹(圖1C)，計算WL及各個肺葉IPVV。

1.4 肺功能檢查(pulmonary function test, PFT) 于CT檢查后1周內(nèi)，在患者穩(wěn)定狀態(tài)下行PFT。檢查時囑患者取坐位，吸入沙丁胺醇200 μg(100 μg/支,2噴)后屏氣10 s，15～20 min后測定FEV1/FVC及FEV1實測值與預計值的百分比(FEV1%)。

1.5 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料符合正態(tài)分布以±s表示，非正態(tài)分布者以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示。采用配對樣本t檢驗(正態(tài)分布)或Wilcoxon符號秩和檢驗(非正態(tài)分布)比較WL及各肺葉吸、呼氣相IPVV差異；以Pearson(正態(tài)分布)或Spearman(偏態(tài)分布)相關(guān)系數(shù)分別評估呼、吸氣相WL及各肺葉IPVV、IPVV吸呼差值(吸氣相IPVV-呼氣相IPVV)、IPVV吸呼比值(吸氣相IPVV/呼氣相IPVV)與肺功能結(jié)果的相關(guān)性；采用SteigerZ檢驗分析相關(guān)系數(shù)之間的差異。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料及PFT結(jié)果 89例COPD中，男70例，女19例，年齡35～79歲，平均(63.6±9.4)歲，平均體質(zhì)量指數(shù)為(22.76±3.59)kg/m2；PFT示FEV1/FVC和FEV1%分別為51.45%±9.75%和47.00%(32.65%，65.50%)。

2.2 雙氣相IPVV與PFT結(jié)果的相關(guān)性 COPD吸、呼氣相WL及各肺葉IPVV差異具有統(tǒng)計學意義(P<0.05，表1、圖2)。吸氣相IPVV與FEV1%僅在RML及LLL呈負相關(guān)(r=-0.25和r=-0.23，P均<0.05，表2)，與FEV1/FVC在WL及各肺葉均呈負相關(guān)(r=-0.22～-0.36，P均<0.05，表3)；呼氣相IPVV與FEV1%在RUL及RLL無明顯相關(guān)，在WL及其余肺葉均呈負相關(guān)(r=-0.20～-0.36，P均<0.05，表2)，與FEV1/FVC在WL及各肺葉均呈負相關(guān)(r=-0.24～-0.39，P均<0.05，表3)。WL及各肺葉IPVV吸呼差值(r=0.31～0.41，P均<0.01，表2)、比值與FEV1%呈正相關(guān)(r=0.36～0.46，P均<0.01，表2)，吸呼差值與FEV1/FVC無明顯相關(guān)，吸呼比值與FEV1/FVC在RUL、RLL無明顯相關(guān)，在WL及余肺葉均呈正相關(guān)(r=0.21～0.24，P均<0.05，表3)。LUL的IPVV吸呼比值與FEV1%相關(guān)性相對較高(r=0.44,P<0.01)，五個肺葉中RML的呼氣相IPVV與FEV1/FVC相關(guān)性最高(r=-0.35,P<0.01)。

圖1測量IPVV步驟示意圖 A.提取WL； B.分割肺葉； C.提取并分割肺血管樹圖2患者男，50歲，COPD 雙氣相IPVV比較 A.WL吸氣相IPVV為141.26 ml； B.WL呼氣相IPVV為95.34 ml

表1 COPD雙氣相WL及各肺葉IPVV檢測結(jié)果(ml，±s)

表1 COPD雙氣相WL及各肺葉IPVV檢測結(jié)果(ml，±s)

呼吸氣相WLRLLLRUL吸氣相172.99±46.4092.34±24.2881.27±23.4633.55(26,41.16)呼氣相158.71±48.8585.15±24.8074.19±25.6731.37(25.22,38.60)t/Z值5.875.196.13-3.73P值<0.01<0.01<0.01<0.01呼吸氣相RMLRLLLULLLL吸氣相12.46(10.23,16.94)43.56±12.7339.93±12.9941.75±14.07呼氣相12.69(9.6,16.52)38.73±14.1637.54(28.09,43.81)37.35±16.54t/Z值-2.255.43-4.445.69P值0.03<0.01<0.01<0.01

2.3 雙氣相各部位IPVV與PFT結(jié)果相關(guān)系數(shù)的分析 WL、RL、LL、RUL、RLL及LUL相關(guān)系數(shù)差異存在統(tǒng)計學意義(P均<0.01)，呼氣相相關(guān)性高于吸氣相；雙氣相IPVV與FEV1/FVC相關(guān)系數(shù)差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)(表4)。

3 討論

本研究采用雙氣相CT評估COPD患者IPVV與PFT結(jié)果的關(guān)系，結(jié)果表明IPVV可定量評估COPD，且呼氣相CT定量評估肺血管具有一定價值。

表2 COPD雙相WL及各肺葉IPVV、IPVV吸呼差值和IPVV吸呼比值與FEV1%的相關(guān)性

表3 COPD雙相WL及各肺葉IPVV、IPVV吸呼差值和IPVV吸呼比值與FEV1/FVC的相關(guān)性

表4 雙氣相各部位IPVV與PFT結(jié)果關(guān)系數(shù)的分析

COPD患者肺血管改變與內(nèi)皮功能障礙密切相關(guān)。在煙霧、炎癥、低氧等因素刺激下，肺血管內(nèi)皮細胞功能紊亂，發(fā)生平滑肌細胞增生肥大、成纖維細胞表型改變等，導致肺血管結(jié)構(gòu)重塑、管壁增厚，管腔狹窄甚至閉塞[7]，IPVV增大。既往研究[8]觀察COPD肺血管變化多基于CT定量的二維計算方法測量COPD患者亞段及亞亞段肺血管直徑和肺小血管橫截面積，缺乏整體、三維觀。本研究基于三維定量算法可實現(xiàn)自動提取和分割肺血管，在三維圖像中顯示肺血管，并計算IPVV。

本研究通過雙氣相CT定量觀察COPD患者肺血管，發(fā)現(xiàn)不同呼吸狀態(tài)下WL及各肺葉IPVV存在差異，表明呼吸狀態(tài)對COPD肺血管改變存在影響，呼氣時IPVV較吸氣時減??；同時，雙氣相IPVV與PFT結(jié)果存在相關(guān)性，與既往研究[9]結(jié)果一致，提示COPD肺血管改變與其通氣功能及氣流阻塞程度存在關(guān)聯(lián)。COPD患者吸入有害氣體、顆粒引起肺部炎癥反應，逐漸破壞肺組織結(jié)構(gòu)，促進中性粒細胞的炎癥反應，進而破壞肺實質(zhì)、阻塞外周氣道和收縮肺血管，使氣流持續(xù)受限，降低肺的氣體交換能力，產(chǎn)生低氧血癥，損傷血管壁內(nèi)皮細胞，致肺血管發(fā)生重塑改變[10]。另外，本研究亦發(fā)現(xiàn)吸、呼狀態(tài)下IPVV改變與FEV1%相關(guān)，提示肺血管動態(tài)變化與氣流阻塞存在關(guān)聯(lián)；且不同肺葉IPVV與PFT的相關(guān)性略有不同，其原因在于COPD不同肺葉肺血管重塑存在差異[11]。

本研究對于雙氣相下各部位IPVV與PFT相關(guān)性分析結(jié)果顯示，部分肺葉IPVV與FEV1%相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)差異存在統(tǒng)計學意義，呼氣相下相關(guān)性高于吸氣相，表明采用呼氣相CT定量分析肺血管較吸氣相具有更高價值，以呼氣相CT定量分析肺血管改變更能反映COPD患者呼氣氣流阻塞程度，與Fleischner協(xié)會[12]關(guān)于CT定義COPD亞型的聲明相一致。近年來已有多項研究[13-14]采用雙氣相CT，圍繞肺容積、平均肺密度及空氣潴留等參數(shù)定量評估COPD。本研究利用三維定量技術(shù)直觀、整體地測量肺血管，定量分析肺血管變化量，進一步證實了呼氣相CT定量肺血管改變對COPD患者的應用價值。

本研究的局限性：①多中心研究，各單位檢查所用CT掃描儀和肺功能儀不一致，可能影響結(jié)果；②樣本量較小且無正常對照，有待進一步完善。

綜上所述，基于雙氣相CT可定量評估COPD患者IPVV及呼吸狀態(tài)下肺血管變化量，呼氣相CT定量分析肺血管可為評估COPD呼氣氣流阻塞程度提供更多有效信息，為進一步觀察COPD相關(guān)肺動脈高壓肺血管改變提供新的途徑。