動態(tài)X線胸片評估平靜呼吸下慢性阻塞性肺疾病患者橫膈運動

陳疆紅，崔茹欣，于剛剛，王 維，鐘朝輝*，楊正漢，王振常

(1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院放射科；2.呼吸科，北京 100050)

圖1 軟件自動識別左、右側(cè)橫膈最高點(藍、綠線)及左、右側(cè)肺尖(紅、紫線)示意圖 A.呼氣末胸部X線片； B.吸氣末胸部X線片

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)為累及全身的慢性氣道炎癥性疾病，其所產(chǎn)生的炎癥因子、機體供氧不足、電解質(zhì)紊亂以及應(yīng)用激素治療等諸多因素均可嚴重影響全身骨骼肌[1-2]。膈肌屬于骨骼肌，是負責(zé)通氣功能最主要的呼吸肌，COPD會導(dǎo)致其變薄及收縮力減弱[3]，從而嚴重影響肺通氣。精準評估膈肌功能對于臨床診斷及治療COPD具有重要作用。本研究采用新型X線平板探測設(shè)備[4-7]連續(xù)采集立位胸部圖像，獲得類似X線透視動態(tài)影像，采用圖像后處理技術(shù)定量分析橫膈運動幅度、時間及速度等，進而精準評估膈肌運動狀態(tài)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2018年6月—2019年6月于首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院就診的96例COPD患者(COPD組)，男79例，女17例，年齡55～86歲，平均(66.6±7.2)歲。納入標準：①年齡40～75歲；②根據(jù)2017版COPD全球創(chuàng)議(global initiative for chronic obstructive lung disease, GOLD)指南診斷COPD，且均于動態(tài)胸片檢查前后1周內(nèi)接受肺功能檢查；③有吸煙史(目前吸煙或已戒煙)，吸煙>10包/年。排除標準：①合并其他彌漫性肺疾病；②合并急性肺部感染；③肺內(nèi)占位或明顯胸膜、胸壁病變；④既往肺部手術(shù)史；⑤不能配合完成動態(tài)胸片拍攝。另招募50名健康成人作為對照組，男8名，女42名，年齡44～67歲，平均(53.4±5.4)歲。納入標準：①年齡40～75歲；②既往體健，無明確心肺疾患；③于動態(tài)胸片檢查前后1周內(nèi)接受肺功能檢查，且肺功能正常[第1秒用力呼氣容積/用力肺活量(forced expiratory volume in the first second/forced vital capacity, FEV1/FVC)>70%)]；④無吸煙史。記錄全部受試者的身高、體質(zhì)量及體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)。本研究經(jīng)首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院生命倫理委員會批準(批準號：2018-P2-086-02)，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Konica Aero DR C80動態(tài)X線平板探測設(shè)備(Konica Minolta Inc., Tokyo, Japan)采集胸部圖像。囑受試者平靜呼吸，攝站立后前位胸片。拍攝條件：管電壓100 kV，管電流50 mA，矩陣1024×768，X線為脈沖發(fā)射，曝光時間約15 s，以15幀/s獲取數(shù)據(jù)，輻射劑量約0.34 mSv。記錄受試者肺功能檢查結(jié)果，包括FEV1、FVC、FEV1/FVC、深吸氣量(inspiratory capacity, IC)及殘氣量/肺總量(residual volume/ total lung volume, RV/TLC)，均以實測值/預(yù)測值×100%作為結(jié)果。

1.3 圖像分析 將圖像導(dǎo)入工作站，以設(shè)備配備的Kinetic Analysis Tool軟件分析動態(tài)胸片，自動識別并標記雙側(cè)肺尖及橫膈上緣。由2名具有15年胸部影像學(xué)診斷經(jīng)驗的副主任醫(yī)師判斷軟件自動標記的雙側(cè)橫膈最高點及雙肺尖位置是否正確(圖1)，必要時加以手動修改；軟件自動追蹤標記位置隨呼吸周期的移動，繪制橫膈至雙肺尖垂直距離隨時間的變化曲線及相應(yīng)橫膈運動速率隨時間的變化曲線(圖2)。根據(jù)曲線顯示數(shù)值記錄每個完整呼吸的周期橫膈運動數(shù)據(jù)，最終以曝光時間內(nèi)所含全部完整呼吸周期的平均值作為受試者數(shù)據(jù)。

圖2 自動分析軟件繪制的雙側(cè)橫膈運動幅度及速度隨時間變化的曲線示意圖(藍色曲線為左側(cè)橫膈，紅色曲線為右側(cè)橫膈) A.時間-運動速度曲線，吸氣段對應(yīng)速度為正值，呼氣段對應(yīng)速度為負值，縱軸0點為呼氣、吸氣轉(zhuǎn)換點； B.時間-運動幅度曲線，淺藍色線間曲線為1個呼吸周期橫膈運動幅度的變化，I段為吸氣段，E段為呼氣段

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 20.0統(tǒng)計分析軟件，以Kolmogorov-Smirnovtest對數(shù)據(jù)進行正態(tài)性檢驗，符合正態(tài)分布的計量資料以±s表示，否則以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示；計數(shù)資料以頻數(shù)(百分比)表示。數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布時，采用兩獨立樣本t檢驗比較2組間臨床資料、肺功能檢查結(jié)果及動態(tài)胸片檢查，否則以Mann-WhitneyU檢驗進行分析。以Pearson卡方檢驗比較2組間性別差異，以Pearson或Spearman相關(guān)分析觀察COPD肺功能參數(shù)與動態(tài)胸片檢查參數(shù)的相關(guān)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 2組間臨床資料、肺功能結(jié)果及動態(tài)胸片結(jié)果比較 2組間年齡、性別及身高差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.01)，而體重及BMI差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)，見表1。COPD組肺功能參數(shù)值均較對照組降低(P均<0.01)，見表2。COPD組平靜呼吸下雙側(cè)橫膈運動幅度及速度均高于對照組(P均<0.05)，見表3。

2．2 肺功能結(jié)果與動態(tài)胸片檢查參數(shù)相關(guān)性分析 COPD組各肺功能參數(shù)與動態(tài)胸片檢查參數(shù)均無明顯相關(guān)(P均>0.05)，見表4。

表1 COPD組與對照組臨床資料比較

表2 COPD組與對照組肺功能結(jié)果比較(%，±s)

表2 COPD組與對照組肺功能結(jié)果比較(%，±s)

組別FEV1FVCFEV1/FVCICRV/TLCCOPD組(n=96)58.18±21.4983.76±20.0053.56±11.1179.92±25.07143.98±28.51對照組(n=50)110.60±21.44102.75±14.0879.87±5.32105.10±15.18110.18±23.68t值25.37-6.66-19.34-7.476.28P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

表3 COPD組與對照組動態(tài)胸片檢查參數(shù)比較

表4 呼吸功能參數(shù)與動態(tài)胸片檢查參數(shù)的相關(guān)性分析結(jié)果

3 討論

普通X線胸片是評估膈肌形態(tài)的最簡單的方法，為篩查膈肌病變的常用手段。研究[8]表明，胸片對于檢出單側(cè)膈肌麻痹的敏感度可達90%，但特異度僅為40%，故需結(jié)合CT進一步診斷膈肌病變，以明確導(dǎo)致膈肌形態(tài)、位置異常的病因[9]；但CT輻射較大。動態(tài)MR檢查可定量分析膈肌移動，無電離輻射[10-11]，但檢查技術(shù)要求較高，操作相對復(fù)雜。超聲常用于評價膈肌形態(tài)和功能，操作簡單且無電離輻射，M型超聲可用于測量膈肌運動方向和移動幅度[12]。CORBELLINI等[13]應(yīng)用M型超聲比較COPD患者與健康對照者的膈肌運動幅度。本研究采用動態(tài)X線攝影設(shè)備直觀觀察膈肌位置、形態(tài)隨呼吸運動的變化，定量分析膈肌運動，所獲結(jié)果與CORBELLINI等[13]的結(jié)果相符，提示采用本研究方法能為精準診斷COPD提供依據(jù)，可作為臨床評估COPD的另一選擇。

本研究采取直立位攝取胸部X線片。直立位是患者的日常體位，獲取的膈肌運動數(shù)據(jù)較臥位檢查更為精準。本研究結(jié)果顯示平靜呼吸下COPD患者雙側(cè)橫膈移動幅度及速度均大于健康對照者，與YAMADA等[7]采用相同檢查設(shè)備獲得的結(jié)果一致。

2020版GOLD關(guān)于診斷、管理和預(yù)防COPD的內(nèi)容指出，COPD的特征為持續(xù)呼吸道癥狀和氣流受限，肺功能檢查是確診的必備條件，使用支氣管擴張劑后FEV1/FVC<0.7可確定存在持續(xù)氣流受限[14]。由于氣流受限，COPD患者肺通氣阻力增高，肺內(nèi)氣體潴留，致其呼吸肌負荷較正常人增加10倍之多[15]；肺組織過度膨脹，膈肌被向下推移而使其弧度變平，產(chǎn)生張力的能力降低而影響呼吸運動；此外，COPD產(chǎn)生的炎癥因子嚴重影響包括膈肌在內(nèi)的全身骨骼肌，而營養(yǎng)不良、酸堿平衡紊亂及右心功能不全等可致機體供氧不足、電解質(zhì)紊亂等的各種因素均可造成膈肌損傷。COPD的病情越重，對呼吸肌的影響越明顯[16]，膈肌結(jié)構(gòu)隨之改變，以應(yīng)對長期呼吸肌高負荷，代償氣體交換，在代償能力范圍內(nèi)表現(xiàn)為增大移動幅度、加快運動速度以滿足機體供氧需求[17]。 COPD患者出現(xiàn)呼吸困難或運動不耐受可能是膈肌負荷與代償失衡所致[18]。

本研究結(jié)果顯示COPD患者平靜呼吸膈肌運動幅度及速度與肺功能參數(shù)無明顯相關(guān)。膈肌移動度僅為影響肺功能因素之一，患者呼吸方式及設(shè)備等差異均可影響研究結(jié)果。既往相關(guān)研究[6,13,19]結(jié)果亦不盡相同，CORBELLINI等[13]應(yīng)用M-型超聲觀察52例中-重度COPD患者的橫膈運動度與FEV1，發(fā)現(xiàn)2者存在強相關(guān)；ROCHA等[19]分析25例COPD患者臥位X線胸片，發(fā)現(xiàn)橫膈運動度與最大自主通氣量及深吸氣量之間存在強相關(guān)；而HIDA等[6]回顧31例COPD的動態(tài)胸片，結(jié)果顯示用力呼吸橫膈運動度與FEV1存在弱相關(guān)。

本研究的主要局限性：①由于COPD患者年齡偏大，且男性居多，較難使健康對照組的臨床基本數(shù)據(jù)與之完全匹配；既往研究[5]顯示，導(dǎo)致橫膈運動幅度增加的獨立影響因素包括較高的BMI及潮氣量，并不包括年齡及性別；②所用檢查儀器為新研發(fā)設(shè)備，僅支持正位動態(tài)胸片數(shù)據(jù)；③橫膈運動數(shù)據(jù)經(jīng)由人工選取曲線上的點后通過計算獲得，不可避免存在誤差；④未對COPD患者按GOLD標準進行分級觀察，有待進一步完善。

綜上所述，采用動態(tài)攝取X線胸片可定量分析COPD患者橫膈運動，有望成為臨床精準評估COPD的新手段。