慢性阻塞性肺疾病患者胸部高分辨率計(jì)算機(jī)斷層成像肺氣腫定量指標(biāo)、氣道管壁定量指標(biāo)與肺功能的相關(guān)性研究

王 強(qiáng) 羅 勇 李 君

COPD在全球范圍內(nèi)高發(fā)，其在中國(guó)40歲以上人群患病率已上升至13.7%[1]，目前已從人類(lèi)的第4大死亡病因上升至第3大死亡病因[2]。COPD臨床表現(xiàn)為不完全可逆的持續(xù)性氣流受限，被認(rèn)為是肺組織對(duì)有毒氣體或顆粒的炎癥反應(yīng)[3]，與空氣污染、吸煙等密切相關(guān)[4]。COPD臨床診斷以肺功能檢查為主，但大多數(shù)COPD患者的年齡偏大，聽(tīng)力、理解力、肌肉協(xié)調(diào)能力差，無(wú)法配合完成指定的呼吸動(dòng)作，因而影響檢測(cè)結(jié)果。支氣管病變是COPD的疾病特征，影像學(xué)檢查顯示為早期肺支氣管狹窄[5]，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷更新，以及人工智能分析軟件的應(yīng)用，胸部高分辨率計(jì)算機(jī)斷層成像(high-resolution computed tomography, HRCT)對(duì)肺組織定量分析得以實(shí)現(xiàn)[6]。肺組織定量分析能間接反映肺通氣功能，可為COPD臨床診斷提供依據(jù)，解決大量無(wú)法完成肺功能檢查的COPD患者的診斷問(wèn)題。本研究為明確HRCT定量檢測(cè)對(duì)COPD的診斷價(jià)值，分析了HRCT定量檢測(cè)指標(biāo)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象 收集2018年4月-2019年8月上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院崇明分院連續(xù)收治的80例COPD患者(COPD組)的臨床資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡≥18歲，近3個(gè)月未服用激素或免疫抑制劑，能配合檢查，無(wú)良、惡性腫瘤病史。排除標(biāo)準(zhǔn)：胸部外傷、畸形；重癥肺炎、胸腔積液、間質(zhì)性肺炎、肺部腫瘤或占位性病變；合并嚴(yán)重的心、肝、腎、腦功能疾病；不愿意參加本次研究，未簽署知情同意書(shū)或資料不完整；哺乳期或妊娠女性。另選擇40例同期行健康體格檢查的健康志愿者作為對(duì)照組，入組受試者血、尿常規(guī)檢查，血生物化學(xué)檢查結(jié)果均正常；無(wú)心血管疾病家族史。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審核通過(guò)(批件號(hào)為CMEC-2000-KT-46)。

1.2 方法

1.2.1 診斷標(biāo)準(zhǔn) COPD的診斷采用《慢性阻塞性肺疾病診治指南(2013年修訂版)》中的診斷標(biāo)準(zhǔn)[7]。吸煙的判定標(biāo)準(zhǔn)：具有10年及以上吸煙史，且期間無(wú)戒煙史，平均日吸煙量≥2支。

1.2.2 肺功能檢查 COPD組患者入院24 h內(nèi)(即給予支氣管擴(kuò)張藥物和抗感染治療前)行肺功能、胸部HRCT等檢查。受試者取坐位，應(yīng)用MS-IOS型肺功能儀(德國(guó)Jaeger公司)測(cè)量FEV1、FVC、FEV1占FVC比值(FEV1/FVC)、FEV1占預(yù)計(jì)值百分比(FEV1%pred)、殘氣量(residual volume, RV)、肺總量(total lung capacity, TLC)、RV占TLC比值(RV/TLC)。

1.2.3 胸部HRCT參數(shù)設(shè)置 應(yīng)用雙源64排CT(德國(guó)西門(mén)子公司)進(jìn)行胸部HRCT檢查。參數(shù)設(shè)置：管電壓120 kV，管電流200 mA，層厚1 mm，螺距0.915，探測(cè)器128 mm×0.625 mm，機(jī)架旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5 s/rot，矩陣 512×512，采集層厚1 mm、重建層厚1 mm、重建間隔1 mm，重建采用軟組織算法。獲得圖像資料后傳輸至后臺(tái)工作站(Extended Brilliance Work-placeTM)分析支氣管定量參數(shù)。選取右肺上葉尖端、左肺上葉尖后段、右肺下葉后基底段、左肺下葉后基底段為測(cè)量對(duì)象，應(yīng)用多平面重組技術(shù)(multi-planar reconstruction, MPR)重建支氣管腔水平面與矢狀面，測(cè)量平均支氣管腔內(nèi)徑(mean lumen diameter, LD mean)、平均管壁厚度(mean wall thickness, WT mean)、管壁面積占支氣管斷面總面積的百分比的平均值(WA%mean)，由2名高年資(工作時(shí)間≥10年)CT室技術(shù)員進(jìn)行測(cè)量，每條支氣管重復(fù)測(cè)量3次，取平均值。利用Volume應(yīng)用程序，測(cè)量肺氣腫體積(設(shè)定為閾值=-950 Hu)，計(jì)算肺氣腫指數(shù)(emphysema index, EI)；EI=總肺氣腫體積(total emphysema volume,TEV)/總肺體積(total lung volume，TLV)×100%。

1.2.4 觀察指標(biāo) 測(cè)量并比較COPD組、對(duì)照組，以及不同分級(jí)COPD患者的胸部HRCT肺氣腫定量指標(biāo)(EI、TLV、TEV)、氣道管壁定量指標(biāo)(LD mean、WT mean、WA% mean)、肺功能指標(biāo)(FEV1、FVC、FEV1/FVC、FEV1%pred、RV、TLC和RV/TLC)，分析COPD患者胸部HRCT肺氣腫定量指標(biāo)、氣道管壁定量指標(biāo)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性。

2 結(jié) 果

2.1 兩組一般資料比較 COPD組男55例、女25例；年齡48～78歲，確診病程2～7年，COPD《慢性阻塞性肺疾病全球倡議(global initiative for chronic obstructive lung disease, GOLD)》Ⅰ級(jí)19例、Ⅱ級(jí)28例、Ⅲ級(jí)24例、Ⅳ級(jí)9例。對(duì)照組男29例、女11例；年齡42～70歲。兩組受試者的性別構(gòu)成、年齡、BMI和吸煙者比例的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。見(jiàn)表1。

表1 兩組受試者的臨床資料比較

2.2 兩組胸部HRCT肺氣腫定量指標(biāo)、氣道管壁定量指標(biāo)比較 與對(duì)照組相比，COPD患者的LD mean顯著降低(P<0.01)，且隨著病情嚴(yán)重程度增加而降低(P值均<0.01)；WT mean、WA % mean、TLV、TEV和EI均顯著增大(P值均<0.01)，隨著病情嚴(yán)重程度增加而增大(P值均<0.01)。見(jiàn)表2、3。

表2 兩組受試者胸部HRCT肺氣腫定量指標(biāo)、氣道管壁定量指標(biāo)的比較

表3 不同分級(jí)COPD患者的胸部HRCT肺氣腫定量指標(biāo)、氣道管壁定量指標(biāo)的比較

2.3 兩組肺功能指標(biāo)對(duì)比 與對(duì)照組相比，COPD組FEV1、FVC、FEV1/FVC、FEV1%pred均顯著降低(P值均<0.01)，除FEV1/FVC外，F(xiàn)EV1、FVC、FEV1%pred均隨著病情嚴(yán)重程度增加而降低;而RV、TLC和RV/TLC均顯著增大(P值均<0.01)，且隨著病情嚴(yán)重程度增加而增大(P值均<0.01)。見(jiàn)表4、5。

表4 兩組受試者肺功能指標(biāo)的比較

表5 不同分級(jí)COPD患者的肺功能指標(biāo)的比較

2.4 COPD患者胸部HRCT肺氣腫定量指標(biāo)、氣道管壁定量指標(biāo)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性分析 Spearman相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，COPD患者胸部HRCT肺氣腫定量指標(biāo)、氣道管壁定量指標(biāo)與肺功能指標(biāo)相關(guān)，其中FEV1、FVC、FEV1%pred分別與LD mean呈正相關(guān)(P值均<0.05)，與WT mean、WA% mean和TLV、TEV、EI均呈負(fù)相關(guān)(P值均<0.05)；RV、TLC、RV/TLC分別與LD mean呈負(fù)相關(guān)(P值均<0.05)，與WT mean、WA% mean和TLV、TEV、EI均呈正相關(guān)(P值均<0.05)，F(xiàn)EV1/FVC與HRCT肺氣腫定量指標(biāo)、氣道管壁定量指標(biāo)均無(wú)相關(guān)性(P值均>0.05)。見(jiàn)表6。

表6 COPD患者肺功能指標(biāo)與胸部HRCT參數(shù)的相關(guān)性分析

3 討 論

現(xiàn)代多層螺旋CT的螺距小、掃描快，軟件后處理技術(shù)能夠自動(dòng)區(qū)分肺組織[8-11]，實(shí)現(xiàn)對(duì)肺氣腫區(qū)域和位置的精確定位，還可以通過(guò)圖像處理技術(shù)清晰立體地顯示肺氣腫微小血管影像，肺功能自動(dòng)分析軟件可以對(duì)肺組織各級(jí)支氣管包括小氣道的通氣指數(shù)進(jìn)行定量分析[12-13]，對(duì)COPD診斷具有較高的特異性[14-16]。Cho等[11]報(bào)道了利用半峰全寬(FWHM)技術(shù)評(píng)估氣道的方法，該方法是較早應(yīng)用CT定量分析肺組織功能的方法，主要利用CT衰減值對(duì)不同支氣管管壁進(jìn)行切割，區(qū)別管腔與管壁、肺組織并獲得詳細(xì)數(shù)據(jù)，隨后，關(guān)于CT定量分析肺功能技術(shù)的報(bào)道逐漸增多。現(xiàn)已報(bào)道的研究[17-20]顯示，肺容積、肺密度及其相關(guān)指數(shù)與肺功能指標(biāo) FEV1、FVC、FEV1/FVC、RV/TLC均存在不同程度的相關(guān)性，其中肺密度差與FEV1、FVC和FEV1/FVC呈高度相關(guān)。肺組織密度和厚度差異對(duì)比成像技術(shù)可以精準(zhǔn)定位病灶，診斷準(zhǔn)確率高，被認(rèn)為是最佳的影像學(xué)檢查方法[13-15]。COPD的支氣管病變是疾病的共同特點(diǎn)和基礎(chǔ)，以上方法只能進(jìn)行全肺功能判斷，不能對(duì)各級(jí)支氣管功能進(jìn)行判斷。

通過(guò)測(cè)量LD、WT、WA%了解小氣道測(cè)量數(shù)據(jù)，可準(zhǔn)確診斷早期肺功能異常而臨床癥狀不明顯的COPD患者，彌補(bǔ)肺功能檢查易漏診早期COPD患者的弊端[21-24]，解決大量無(wú)法完成肺功能檢查的COPD患者的診斷問(wèn)題。測(cè)量EI值可以了解全肺的病變程度，對(duì)肺葉病變進(jìn)行評(píng)估。本研究應(yīng)用64排HRCT成像和薄層MPR技術(shù)，對(duì)COPD患者支氣管進(jìn)行重復(fù)定量分析，同時(shí)利用Volume應(yīng)用程序測(cè)量肺氣腫體積，計(jì)算EI。結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，COPD患者WT mean、WA% mean、 TLV、TEV、EI均明顯增大，兩組間多項(xiàng)肺功能指標(biāo)，如FEV1、FVC、FEV1%pred、RV、TLC和RV/TLC的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且均隨病情嚴(yán)重程度變化而變化。進(jìn)一步行Spearman相關(guān)性分析顯示，HRCT定量檢測(cè)各指標(biāo)與除FEV1/FVC外的其他肺功能指標(biāo)均有相關(guān)性，其中FEV1、FVC、FEV1%pred分別與LD mean呈正相關(guān)，與WT mean、WA% mean、TLV、TEV、EI呈負(fù)相關(guān)；RV、TLC、RV/TLC分別與LD mean呈負(fù)相關(guān)，與WT mean、WA% mean、TLV、TEV、EI呈正相關(guān)，該結(jié)果與研究[12,14,17]結(jié)果類(lèi)似。本研究結(jié)果提示，HRCT氣管壁定量指標(biāo)、肺氣腫定量指標(biāo)與肺功能指標(biāo)具有較好的一致性，可間接反映肺功能狀態(tài)，如WA%越大，氣管管壁越厚，肺通氣阻力越大，氣流受限主要由小氣道管壁的狹窄和閉塞所致，COPD氣體潴留程度越重，小氣道功能越差，肺功能越差。由此可見(jiàn)，HRCT氣道管壁定量指標(biāo)、肺氣腫定量指標(biāo)可用于評(píng)估不能耐受肺功能檢查的急性期COPD患者，亦能夠較好地提示COPD通氣功能狀態(tài)，提高診斷效能，為治療提供依據(jù)。

本研究限于技術(shù)，主要檢測(cè)的是段支氣管，未檢測(cè)亞段支氣管，亞段支氣管在氣體交換程度和氣體潴留程度的評(píng)估中具有重要價(jià)值[4]，未能了解肺組織各級(jí)支氣管之間的差異及其指數(shù)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性，后期將努力打破檢測(cè)的局限性，進(jìn)一步探討和補(bǔ)充。其次，本研究的樣本量較少，可能存在一定誤差，后期將進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量。盡管FEV1%pred納入了受試者身高、體重等因素的影響，但仍有必要對(duì)其他參數(shù)進(jìn)行身高和體重分層探討，分析身高和體重對(duì)HRCT肺氣腫定量指標(biāo)、氣道管壁定量指標(biāo)與肺功能異常的影響。

綜上所述，COPD患者HRCT肺氣腫定量指標(biāo)、氣道管壁定量指標(biāo)與肺功能具有一定的相關(guān)性，不僅能評(píng)價(jià)肺實(shí)質(zhì)的破壞程度，亦能評(píng)估氣道堵塞程度，HRCT定量分析可反映COPD患者的臨床特征，可作為評(píng)估COPD肺功能的重要指標(biāo)，為COPD診斷和治療提供參考依據(jù)。

(該論文經(jīng)審稿，已入選“春蕾杯”科研論文評(píng)比)