慢性阻塞性肺疾病患者胸部定量CT參數(shù)與肺功能檢測指標(biāo)相關(guān)性分析

劉金良 龐軍 李曉冬 孫志紅 張連策 魏江漫

目前臨床上主要采用肺功能檢測(pulmonary function test, PFT)評(píng)估慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)的嚴(yán)重程度。其中PFT指標(biāo)，一秒鐘用力呼氣量(Forced expiratory volume in one second, FEV1)和用力肺活量(Forced vital capacity,FVC)比值在70%至80%之間，如果比值小于70%可能與呼吸功能障礙有關(guān)。雖然PFT指標(biāo)通常用于COPD診斷，但這種方法有一定的局限性[1]。也有研究指出，胸部定量CT參數(shù)，包括肺衰減面積，也可用于評(píng)價(jià)COPD患者肺功能[2]。最近一項(xiàng)研究表明，在COPD患者中，PFT指標(biāo)與CT肺衰減面積無線性關(guān)系[3]。但是定量CT相關(guān)參數(shù)是否是PFT指標(biāo)的預(yù)測因子，仍不明確。因而本研究旨在評(píng)估COPD患者定量CT相關(guān)參數(shù)，包括肺實(shí)質(zhì)衰減參數(shù)和氣道參數(shù)與PFT指標(biāo)的相關(guān)性。

一、臨床資料

本研究為回顧性研究。研究對(duì)象為2016年3月至2019年10月在我院確診的185例COPD患者。入選標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合慢性阻塞性肺疾病全球倡議(Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease ,GOLD)標(biāo)準(zhǔn)；(2)患者氣流受限(支氣管擴(kuò)張術(shù)后FEV1/FVC<70%)；(3)行吸氣和呼氣胸部CT掃描；(4)吸煙者。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)感染性肺炎；(2)間質(zhì)性肺炎。研究對(duì)象包括180例男性和5例女性。研究對(duì)象進(jìn)行GOLD分期，Ⅰ期包括59例(31.9%)，Ⅱ期包括69例(37.3%)，Ⅲ期包括49例(26.5%)，Ⅳ期包括8例(4.3%)。根據(jù)COLD分期，又可將患者分為輕度COPD組(GOLDI和GOLDⅡ，n=128)和重度COPD組(GOLDⅢ和GOLD Ⅳ，n=57)。所有患者或其家屬均簽署知情同意書。

二、胸部CT掃描

采用飛利浦iCT掃描儀(荷蘭飛利浦醫(yī)療有限公司)對(duì)所有患者在吸氣末及呼氣末進(jìn)行胸部掃描。CT檢查時(shí)患者取仰臥位，雙臂上舉抱頭， 以從頭到腳方向掃描。CT掃描設(shè)置如下，準(zhǔn)直：64 mm×0.5 mm；管電壓：120 kVp；管電流：200 mA (吸氣掃描)或80 mA(呼氣掃描)；旋轉(zhuǎn)時(shí)間：0.5 s；光束間距：0.828。所有圖像通過CT圖像分析軟件進(jìn)行分析。在吸氣和呼氣時(shí)測量肺容積、肺氣腫指數(shù)(Emphysema index, EI)、CT空氣潴留指數(shù)(Air-trapping index, ATI)、氣道管腔直徑、壁厚、管壁面積百分比(Wall area percentage, WA%)和氣道內(nèi)周徑為10mm時(shí)的管壁厚度( Hypothetical airway wtih internal perimeter of 10mm, Pi10)。

三、PFT及臨床指標(biāo)檢測

患者在CT檢查后1周內(nèi)進(jìn)行PFT。PFT包括支氣管擴(kuò)張劑前、后肺活量和肺容量測定，以及肺對(duì)一氧化碳彌散能力(Diffusing capacity of the lung for carbon monoxide, DLCO)。除PFT參數(shù)外，還評(píng)估了臨床指標(biāo)，包括體重指數(shù)、6min步行試驗(yàn)測定的運(yùn)動(dòng)能力，以及運(yùn)動(dòng)前和運(yùn)動(dòng)后血氧飽和度。

四、統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

數(shù)據(jù)處理采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，比較采用方差分析；計(jì)數(shù)資料以率表示，比較采用卡方檢驗(yàn)。采用Pearson相關(guān)進(jìn)行相關(guān)性分析；采用多元線性回歸明確PFT指標(biāo)的預(yù)測因子。P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

一、不同GOLD分期患者基本特征

體重指數(shù)隨著COPD嚴(yán)重程度加重而降低(P<0.001)。各組間年齡和吸煙狀態(tài)無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。隨著COPD嚴(yán)重程度加重，PFT指標(biāo)和6min步行測試結(jié)果逐漸惡化(P<0.001)。隨著COPD嚴(yán)重程度加重，實(shí)質(zhì)衰減參數(shù)也逐漸惡化(P<0.001)。GOLD Ⅲ和GOLD IV患者氣道壁厚和Pi10均大于GOLD Ⅰ和GOLDⅡ患者(P<0.05)(見表1)。

表1 患者特征和CT參數(shù)

續(xù)表1

二、CT參數(shù)與PFT指標(biāo)相關(guān)性分析

GOLD Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ患者吸氣平均肺密度和EI與FEV1/FVC和FEV1具有顯著相關(guān)性。在GOLD Ⅱ和Ⅲ患者中，Pi10與FEV1/FVC具有相關(guān)性。GOLD Ⅱ和Ⅲ患者中，壁厚與FEV1/FVC呈弱相關(guān)(見表2)。

三、GOLD分期患者定量CT參數(shù)變化

圖1顯示了不同GOLD分期COPD患者肺容積、吸氣平均肺密度、ATI和EI的變化趨勢。隨著COPD嚴(yán)重程度加重，肺活量和吸氣平均肺密度逐漸減小，而ATI和EI逐漸增加(見圖1)。

四、多元回歸分析

采用Step-Wise 進(jìn)行多元線性回歸分析(見表3)。在多元回歸分析中，定量CT參數(shù)包括EI、吸氣平均肺密度、Pi10和體重指數(shù)作為自變量。PFT指標(biāo)，包括FEV1/FVC和FEV1作為因變量。在所有患者中，EI、Pi10和體重指數(shù)均能預(yù)測FEV1/FVC(R2=0.384，P<0.05)。同樣，在輕度COPD組中，EI、Pi10和體重指數(shù)也能預(yù)測FEV1/FVC(R2=0.223，P<0.05)。然而，在重度COPD組中，僅EI是FEV1/FVC的預(yù)測因子(R2=0.417，P<0.01)。(見表4)顯示多元線性回歸分析CT參數(shù)預(yù)測FEV1結(jié)果。在所有患者中，EI、吸氣平均肺密度、Pi10和體重指數(shù)均能預(yù)測FEV1(R2=0.281，P<0.05)。同樣，在輕度COPD組中，EI、PI10和體重指數(shù)被確定為FEV1的預(yù)測因子(R2=0.063，P<0.05)。然而，在重度COPD組，僅EI是FEV1的預(yù)測因子(R2=0.254，P<0.01)。

討 論

本研究表明，CT參數(shù)，包括EI、吸氣平均肺密度、Pi10，以及體重指數(shù)均可用來預(yù)測FEV1/FVC和FEV1。氣道參數(shù)與PFT指標(biāo)的關(guān)系不是線性的，而是根據(jù)COPD嚴(yán)重程度而變化的。在多元線性回歸分析中，輕度COPD組患者氣道參數(shù)和實(shí)質(zhì)衰減參數(shù)是FEV1/FVC或FEV1的預(yù)測因子。然而，重度COPD組患者氣道參數(shù)不能預(yù)測FEV1/FVC或FEV1。在GOLD Ⅱ和Ⅲ患者中，Pi10與FEV1/FVC呈弱正相關(guān)，表明支氣管壁厚隨著肺功能改善而增加，這可用嚴(yán)重COPD引起肺氣腫來解釋。因?yàn)镃OPD可合并氣道炎癥和實(shí)質(zhì)破壞，主要臨床表現(xiàn)為肺氣腫[4]。

表2 根據(jù)GOLD分期分析CT參數(shù)與PFT指標(biāo)相關(guān)性

圖1 根據(jù)GOLD分期患者的CT參數(shù)變化

表3 CT參數(shù)預(yù)測FEV1/FVC多元線性回歸分析

表4 CT參數(shù)預(yù)測FEV1多元線性回歸分析

COPD嚴(yán)重程度并非完全根據(jù)呼氣氣流限制和COPD分期來定義[5]。氣流限制與患者癥狀(包括呼吸困難、運(yùn)動(dòng)能力、健康狀況及合并疾病)弱相關(guān)。盡管肺氣腫嚴(yán)重程度參數(shù)隨著COPD嚴(yán)重程度加重而增加，但GOLD分期相同患者CT上表現(xiàn)可能不一致[6]。一項(xiàng)大型多中心研究評(píng)估了GOLD分期診斷氣流阻塞的準(zhǔn)確性，結(jié)果表明FEV1/FVC和FEV1不能準(zhǔn)確反映定量CT參數(shù)的嚴(yán)重性[7]。同樣，COPD異質(zhì)性不能僅用定量CT參數(shù)來解釋。然而，定量CT準(zhǔn)確測量肺氣腫程度和氣道壁變化與COPD患者肺損傷表癥有關(guān)。吸煙是影響氣道壁的一個(gè)因素，在COPD發(fā)生前可使管壁增厚。以往一項(xiàng)研究中，長期吸煙被證明與氣道壁厚度增加有關(guān)，而當(dāng)前吸煙與氣道管腔直徑較窄相關(guān)[8]。在本研究中，GOLD Ⅲ和Ⅳ患者氣道壁厚和Pi10高于GOLD Ⅰ和Ⅱ患者。可能許多患者在戒煙之前就被納入了這項(xiàng)研究，由于吸煙的影響，CT檢測的氣道壁厚可能不準(zhǔn)確。然而在我們的研究中，CT氣道參數(shù)與FEV1/FVC和FEV1弱相關(guān)，這與以往的報(bào)道是一致的。通過在CT上采用多元回歸模型計(jì)算氣道和實(shí)的衰減參數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)其預(yù)測FEV1和FEV1/FVC的能力。氣道參數(shù)對(duì)GOLD Ⅰ和Ⅱ患者FEV1和FEV/FVC影響更大。嚴(yán)重COPD患者中氣道炎癥對(duì)氣流限制影響減弱。進(jìn)一步研究需要根據(jù)COPD的嚴(yán)重程度，評(píng)估PFT指數(shù)與CT氣道參數(shù)的關(guān)系。以往對(duì)COPD進(jìn)展評(píng)價(jià)主要是通過連續(xù)PFT變化反映[9-10]。雖然PFT能夠測量COPD患者疾病進(jìn)展和肺功能下降，但與COPD進(jìn)展相關(guān)的CT形態(tài)學(xué)改變尚不清楚。Galbán等人研究提示功能性小氣道疾病先于肺氣腫[11]。在Ⅰ期和Ⅱ期COPD患者中，功能性小氣道疾病是導(dǎo)致氣流阻塞的主要因素[10]。GOLD Ⅲ和Ⅳ期患者似乎同時(shí)受到功能性小氣道疾病和肺氣腫的影響。在本研究中，CT氣道參數(shù)僅僅是GOLD Ⅰ和Ⅱ患者PFT指標(biāo)的預(yù)測因子；而實(shí)質(zhì)衰減參數(shù)可預(yù)測GOLD Ⅲ和Ⅳ期COPD患者PFT指標(biāo)，這一結(jié)果可通過氣道參數(shù)與功能性小氣道疾病之間的關(guān)系來解釋。這些發(fā)現(xiàn)與Hogg小組提出的病理和CT結(jié)果一致，隨著COPD患者外周氣道阻力增加，小氣管消失先于肺氣腫破壞[12]。上述結(jié)果提示，定量CT相關(guān)參數(shù)可以反應(yīng)COPD不同分期。

總之，本研究首次證實(shí)了定量CT相關(guān)參數(shù)和PFT指標(biāo)之間的非線性關(guān)系，這些參數(shù)隨著COPD嚴(yán)重程度加重而變化。CT氣道參數(shù)和實(shí)質(zhì)衰減參數(shù)是GOLD Ⅰ期和Ⅱ期患者FEV1/FVC和FEV1的預(yù)測因子，而實(shí)質(zhì)衰減參數(shù)是GOLD Ⅲ和IV期患者的預(yù)測因子。根據(jù)COPD嚴(yán)重程度而變化的定量CT參數(shù)，可用于評(píng)價(jià)COPD疾病的進(jìn)展。