胸部CT定量技術(shù)對(duì)慢性阻塞性肺疾病病人心肺功能的評(píng)估價(jià)值

劉金良，龐 軍，孫志紅，張連策，龐紅艷，張兆福，李曉冬

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是全世界范圍內(nèi)一種高致病率及死亡率的疾病，與病人發(fā)生肺癌也存在相關(guān)性，尤其是在進(jìn)行肺部手術(shù)時(shí)，COPD是術(shù)后發(fā)生心肺并發(fā)癥的重要危險(xiǎn)因素[1-2]。隨著影像技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，COPD的CT定量檢測(cè)方法越來(lái)越成熟，胸部CT平掃用于COPD輔助診斷檢出的并不是單一的某種病變形式，而是包括肺氣腫、慢性支氣管炎等多種病變形式，定量CT能夠有效測(cè)量肺氣腫的范圍、氣道壁厚度以及小氣道病變相關(guān)的氣體潴留等，對(duì)COPD氣流受限做出客觀的評(píng)估[3-4]。CT定量技術(shù)在COPD中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，但是關(guān)于評(píng)估心臟大小與COPD關(guān)系及肺癌合并COPD病人肺葉切除術(shù)后心肺并發(fā)癥的發(fā)生概率的研究，國(guó)內(nèi)外還鮮有報(bào)道。本研究通過(guò)CT定量技術(shù)對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行探索研究，以期建立符合臨床需求的客觀、量化、高信度的評(píng)價(jià)與診斷體系，為臨床的精準(zhǔn)治療和疾病監(jiān)測(cè)提供可靠的影像技術(shù)支持?，F(xiàn)作報(bào)道。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2019年1-12月經(jīng)肺功能檢測(cè)確診COPD病人95例。納入標(biāo)準(zhǔn)：符合中華醫(yī)學(xué)會(huì)呼吸病學(xué)分會(huì)制定的《慢性阻塞性肺疾病診治指南》[5]；病人氣流受限，第1秒用力呼氣量(FEV1)/用力肺活量(FVC) <70%；行吸氣和呼氣胸部CT掃描；目前或以往吸煙。排除標(biāo)準(zhǔn)：感染性肺炎；間質(zhì)性肺炎；既往肺部、心臟手術(shù)史；胸廓變形；心肺器質(zhì)性病變者；肺癌；哮喘、支氣管擴(kuò)張、其他肺部器質(zhì)性。其中男67例，女28例，年齡42～76歲，所有病人均簽署知情同意書(shū)。

選取我院同期確診的肺癌合并COPD病人53例。納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡≥18歲；擬行肺葉切除術(shù)。排除標(biāo)準(zhǔn)：術(shù)前CT圖像顯示存在肺間質(zhì)病變；有支氣管哮喘史；術(shù)前感染引起并發(fā)癥，如肺炎或膿腫形成；哮喘、支氣管擴(kuò)張或其他肺部器質(zhì)性病變。

1.2 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 依據(jù)慢性阻塞性肺疾病全球倡議(global initiative for chronic obstructive lung disease，GOLD)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)[6]：應(yīng)用支氣管舒張劑后FEV1/FVC<70%，Ⅰ級(jí)(輕度)，F(xiàn)EV1≥80%預(yù)計(jì)值，有或無(wú)慢性癥狀；Ⅱ級(jí)(中度)，F(xiàn)EV1 50%～<80%預(yù)計(jì)值，有或無(wú)慢性癥狀；Ⅲ級(jí)(重度)，F(xiàn)EV1 30%～<50%預(yù)計(jì)值，有或無(wú)慢性癥狀；Ⅳ級(jí) (極重度)，F(xiàn)EV1<30%預(yù)計(jì)值或FEV1<50%預(yù)計(jì)值并伴慢性呼吸衰竭。

1.3 方法

1.3.1 CT定量技術(shù) 所有病人均采用飛利浦ICT掃描儀(128排256層)在吸氣末進(jìn)行胸部掃描。檢查前先進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，直至病人能在最大吸氣末屏氣。檢查時(shí)病人取仰臥位，雙臂上舉，頭步先進(jìn)，采用ICT進(jìn)行掃描，掃描參數(shù)設(shè)置：管電壓120 kV，選擇自動(dòng)管電流技術(shù)，掃描準(zhǔn)直128×0.625，有效管電流250 mA，螺距0.915，旋轉(zhuǎn)時(shí)間0.5 s，矩陣1 024×1 024，層厚、層間距5 mm，于吸氣末進(jìn)行全肺CT平掃。采用Lung Enhanced算法進(jìn)行圖像重建，層厚、層間距為1 mm，將所有薄層圖像數(shù)據(jù)傳輸至后處理工作站分析處理，觀察記錄肺功能參數(shù)呼吸氣末肺容積/呼氣末肺容積(Vex/Vin)、呼氣末與吸氣末CT平均肺密度比值[MLD(ex/in)]、最低1%肺衰減值(Prec1)、最低15%衰減值(Prec15)。采用閾值法，設(shè)定CT值低于-950 Hu為L(zhǎng)AA，軟件分析后自動(dòng)獲得LAA所占體積及比例。

1.3.2 肺功能檢查 單純COPD采用MasterScreen肺功能儀(德國(guó)JAEGER公司)進(jìn)行肺功能檢查，檢查前調(diào)整機(jī)器環(huán)境參數(shù)，囑病人坐正坐直，測(cè)定計(jì)算肺總量(TLC)、殘氣量(RV)、RV/TLC、FVC、FEV1、FEV1/FVC、FEV1占預(yù)計(jì)值百分比(FEV1%)。

1.3.3 超聲心動(dòng)圖檢查 采用Vivid7彩色多普勒超聲顯像儀(GE公司)，探頭頻率2.5 MHz，檢測(cè)病人單純COPD病人左心室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)、左心室內(nèi)徑(LVD)、左心房?jī)?nèi)徑(LAD)、右心室內(nèi)徑(RVD)、右心房?jī)?nèi)徑(RAD)，測(cè)量3個(gè)心動(dòng)周期取其平均值。

1.4 觀察指標(biāo) (1)統(tǒng)計(jì)不同病情程度COPD病人CT參數(shù)[LAA%、Vex/Vin、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15]及肺功能檢測(cè)結(jié)果(FVC、FEV1、FEV1%、FEV1/FVC、RV、TLC、RV/TLC)，并分析CT參數(shù)與肺功能相關(guān)性。(2)統(tǒng)計(jì)不同病情程度COPD病人心臟參數(shù)包括LVD、LVEF、RVD、LAD、RAD并分析CT參數(shù)與心臟參數(shù)的相關(guān)性，明確CT定量參數(shù)與心臟大小之間的相關(guān)性。(3)觀察肺癌合并COPD病人手術(shù)后6個(gè)月內(nèi)的心肺并發(fā)癥，包括膿胸、支氣管胸膜瘺、肺炎(體溫>38 ℃持續(xù)48 h，產(chǎn)生化膿性痰，X線片顯示胸部浸潤(rùn))、肺不張、急性肺損傷、長(zhǎng)期漏氣(>7 d)和心律失常等發(fā)生情況。比較不同發(fā)生情況CT參數(shù)[LAA%、Vex/Vin、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15]，并分析其預(yù)測(cè)價(jià)值。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用t檢驗(yàn)、方差分析、q檢驗(yàn)、相關(guān)分析和受試者工作特征曲線(ROC)分析。

2 結(jié)果

2.1 不同病情程度病人CT定量參數(shù)比較 隨COPD病人病情程度加重，LAA總占比、右肺占比、左肺占比、Vex/Vin、肺氣腫指數(shù)(EI)、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15均呈升高趨勢(shì)，不同病情程度病人以上參數(shù)間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05～P<0.01)(見(jiàn)表1)。

表1 不同病情程度病人CT定量參數(shù)比較

2.2 不同病情程度病人肺功能指標(biāo)比較 隨COPD病人病情程度加重，F(xiàn)VC、FEV1、FEV1%、FEV1/FVC均呈降低趨勢(shì)，RV、TLC、RV/TLC均呈升高趨勢(shì)，不同病情程度病人以上指標(biāo)間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)(見(jiàn)表2)。

表2 不同病情程度病人肺功能指標(biāo)比較

2.3 不同病情程度病人心臟指標(biāo)比較 隨COPD病人病情程度加重，RVD呈升高趨勢(shì)，LVEF呈降低趨勢(shì)，不同病情程度病人RVD和LVEF間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)(見(jiàn)表3)。

2.4 CT定量參數(shù)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性分析 LAA%、Vex/Vin、EI、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15與FVC、FEV1、FEV1%、FEV1/FVC均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05～P<0.01)，與RV、TLC、RV/TLC呈正相關(guān)關(guān)系(P<0.05～P<0.01)(見(jiàn)表4)。

2.5 CT定量參數(shù)與心臟指標(biāo)相關(guān)性分析 LAA%、Vex/Vin、EI、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15與LVEF均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05～P<0.01)，與RVD均呈正相關(guān)關(guān)系(P<0.05～P<0.01)(見(jiàn)表5)。

表3 不同病情程度病人心臟指標(biāo)比較

表4 CT定量參數(shù)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性(r)

2.6 不同結(jié)局病人術(shù)前CT定量參數(shù)比較 53例病人中14例病人術(shù)后發(fā)生心肺并發(fā)癥，其中心律失常4例，發(fā)生心肺并發(fā)癥病人術(shù)前LAA%、Vex/Vin、EI、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15均高于未發(fā)生者(P<0.05)(見(jiàn)表6)。

表5 CT定量參數(shù)與心臟指標(biāo)的相關(guān)性(r)

表6 不同病情程度病人CT定量參數(shù)比較

2.7 CT定量參數(shù)對(duì)COPD病人心肺并發(fā)癥預(yù)測(cè)價(jià)值 EI預(yù)測(cè)COPD病人發(fā)生心肺并發(fā)癥ROC曲線下面積(AUC)為0.773，95%CI為0.637～0.877，當(dāng)截?cái)嘀?19%時(shí)，敏感性為71.43%，特異性為82.05%。LAA總占比預(yù)測(cè)發(fā)生心肺并發(fā)癥AUC為0.793，95%CI為0.660～0.892，當(dāng)截?cái)嘀?29.03%時(shí)，敏感性為78.57%，特異性為71.79%。LAA右肺占比預(yù)測(cè)發(fā)生心肺并發(fā)癥AUC為0.708，95%CI為0.567～0.825，當(dāng)截?cái)嘀?30.65%時(shí)，敏感性為78.57%，特異性為61.54%。LAA左肺占比預(yù)測(cè)發(fā)生心肺并發(fā)癥AUC為0.819，95%CI為0.689～0.911，當(dāng)截?cái)嘀?32.53%時(shí)，敏感性為71.43%，特異性為84.62%。MLD預(yù)測(cè)發(fā)生心肺并發(fā)癥AUC為0.808，95%CI為0.676～0.903，當(dāng)截?cái)嘀?0.94時(shí)，敏感性為71.43%，特異性為79.49%。Prec1預(yù)測(cè)發(fā)生心肺并發(fā)癥AUC為0.760，95%CI為0.623～0.867，當(dāng)截?cái)嘀?945.06 HU時(shí)，敏感性為78.57%，特異性為66.67%。Prec15預(yù)測(cè)發(fā)生心肺并發(fā)癥AUC為0.747，95%CI為0.609～0.857，當(dāng)截?cái)嘀?974.59 HU時(shí)，敏感性為78.57%，特異性為69.23%。

3 討論

COPD是一種常見(jiàn)的可預(yù)防、可治療的疾病，以不完全可逆的氣流受限為特點(diǎn)，主要表現(xiàn)為慢性支氣管炎和肺氣腫。目前臨床上主要采用肺功能檢測(cè)結(jié)果評(píng)估COPD病人的嚴(yán)重程度，但是這種方法存在一定的局限性，如不能推斷病因、受主觀因素影響大，病人配合情況和動(dòng)作都可能會(huì)影響醫(yī)生的診斷等[7-8]。胸部CT定量技術(shù)可以作為肺功能檢測(cè)的重要補(bǔ)充，具有較強(qiáng)的臨床應(yīng)用價(jià)值，包括分析肺氣腫分布、早期發(fā)現(xiàn)病灶、了解病程、了解肺功能狀態(tài)等，且檢查方便快捷，掃描和檢查結(jié)果評(píng)估可在5 min內(nèi)完成，較PET更加直觀，已成為研究熱點(diǎn)[9-10]。本研究主要通過(guò)后處理分析軟件測(cè)量COPD病人胸部CT定量參數(shù)，研究CT定量參數(shù)與肺功能檢測(cè)指標(biāo)的相關(guān)性，尋找CT定量參數(shù)中可以做為評(píng)價(jià)COPD病人肺功能的有效預(yù)測(cè)因子。

3.1 胸部CT定量參數(shù)與COPD病人肺功能指標(biāo)相關(guān) 本研究結(jié)果顯示，隨著COPD病人病情程度加重，LAA%、Vex/Vin、EI、MLD、Prec15、Prec1等指標(biāo)均呈升高趨勢(shì)，而FVC、FEV1、FEV1%、FEV1/FVC呈降低趨勢(shì)，RV、TLC、RV/TLC呈升高趨勢(shì)，說(shuō)明CT參數(shù)變化與COPD病人病情程度具有一定關(guān)系。EI、Prec15、Prec1為肺氣腫參數(shù)，其中EI是測(cè)量低于某一閾值的全肺分布情況，受多種因素影響，而百分?jǐn)?shù)法則受深度的影響較小，更適用于肺氣腫長(zhǎng)期隨訪[11-12]。國(guó)外學(xué)者[13]研究發(fā)現(xiàn)，Prec1與肺氣腫相關(guān)性最好；NEWELL等[14]則推薦Prec15是最為安全和可行的評(píng)估方法。本研究中，基于兩者研究發(fā)現(xiàn)，Prec15、Prec1、EI均與常規(guī)肺功能指標(biāo)具有一定相關(guān)性，與上述文獻(xiàn)一致，也說(shuō)明隨著COPD肺功能病情加重，肺順應(yīng)性加重。MLD、Vex/Vin為空氣潴留參數(shù)，Vex/Vin能通過(guò)深呼吸下動(dòng)態(tài)觀察肺順應(yīng)性改變，反映空氣潴留情況，Vex/Vin越小，則肺順應(yīng)性越好，肺功能損傷越小，其較MLD的優(yōu)勢(shì)在于受重建參數(shù)以及掃描層厚的影響小，但檢查前需對(duì)病人進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，減少呼吸狀態(tài)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的影響[15-16]。COPD肺實(shí)質(zhì)破壞表現(xiàn)為L(zhǎng)AA，其病理改變?yōu)楹粑约?xì)支氣管的病理性擴(kuò)張和肺泡壁的破壞，CT 肺密度定量測(cè)量采用吸氣末閾值法評(píng)價(jià)肺內(nèi)LAA，其結(jié)果與病理改變相關(guān)性強(qiáng)[17]。本研究發(fā)現(xiàn)，LAA%與肺功能密切相關(guān)，與丁前江等[18]研究相符，說(shuō)明LAA%可作為COPD肺功能改變的定量指標(biāo)。本研究結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，MLD、Vex/Vin與COPD肺功能均具有較高相關(guān)，證實(shí)肺氣腫參數(shù)、肺實(shí)質(zhì)衰減參數(shù)等CT定量技術(shù)可以作為肺功能檢測(cè)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)因子，并能對(duì)COPD早期診斷以及存在COPD高危因素的肺功能檢測(cè)正常者進(jìn)行量化評(píng)估。

3.2 胸部CT定量參數(shù)與COPD病人心臟指標(biāo)相關(guān) 心血管疾病是COPD的常見(jiàn)并發(fā)癥，也是病人死亡的主要原因[19]。本研究中，隨著COPD分級(jí)增加，病情加重，RVD呈升高趨勢(shì)，LVEF呈降低趨勢(shì)。COPD病情變化會(huì)影響心臟結(jié)構(gòu)，降低病人心功能。主要機(jī)制可能為長(zhǎng)期炎性反應(yīng)導(dǎo)致肺泡、毛細(xì)血管重構(gòu)，引起繼發(fā)性肺動(dòng)脈高壓，受胸腔限制，導(dǎo)致右心室前向壓力增加，RVD增加，右心肌肥大，發(fā)生心臟結(jié)構(gòu)變化；且長(zhǎng)期處于低氧血癥及高碳酸血癥情況下，會(huì)損害左心室功能，導(dǎo)致LVEF降低；嚴(yán)重COPD病人，呼氣時(shí)較大的肺容積可能通過(guò)肺過(guò)度膨脹導(dǎo)致心臟受壓[20-21]。

本研究中LVD、LAD、RAD早期(Ⅰ期、Ⅱ期)變化不明顯，隨有疾病加重，COPD發(fā)展至Ⅲ～Ⅳ期也有不同程度改變，但與肺功能指標(biāo)無(wú)密切相關(guān)性，也說(shuō)明COPD右側(cè)肺實(shí)質(zhì)性改變發(fā)生更早，因此導(dǎo)致右側(cè)心臟結(jié)構(gòu)變化更為明顯?？赡茉蛴腥缬覀?cè)肺體積小，更容易受到胸膜回壓影響；右側(cè)主支氣管交左側(cè)粗短，因而有害物質(zhì)進(jìn)入右肺概率大于左側(cè)。因此證實(shí)，隨著COPD的進(jìn)展，會(huì)導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)變化及心功能的改變。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，LAA%、Vex/Vin、EI、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15與RVD、LVEF均存在一定相關(guān)性，提示胸部CT定量參數(shù)在預(yù)測(cè)和評(píng)估心功能方面也具有一定價(jià)值。

3.3 胸部CT定量參數(shù)對(duì)肺癌合并COPD病人術(shù)后心肺并發(fā)癥發(fā)生的預(yù)測(cè)價(jià)值 基于上述研究，本研究以肺癌合并COPD病人為研究對(duì)象探討發(fā)現(xiàn)，術(shù)后發(fā)生心肺并發(fā)癥病人與未發(fā)生心肺并發(fā)癥病人術(shù)前LAA%、Vex/Vin、EI、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15等CT參數(shù)存在差異，也說(shuō)明術(shù)前CT圖像中肺氣腫區(qū)域比例與術(shù)后心肺并發(fā)癥存在一定關(guān)系。進(jìn)一步研究證實(shí)，LAA%、Vex/Vin、EI、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15CT均對(duì)術(shù)后心肺并發(fā)癥發(fā)生具有一定預(yù)測(cè)價(jià)值，尤以LAA左肺占比最高，ROC達(dá)到0.819，其原因可能在于早期左肺實(shí)質(zhì)性變化不明顯，LAA左肺占比變化預(yù)示著病情進(jìn)展程度高，因此更易發(fā)生術(shù)后心肺合并癥。研究也提示對(duì)于年齡較大及LAA%較大的病人應(yīng)必須謹(jǐn)慎地進(jìn)行術(shù)中和術(shù)后處理，以減少肺損傷，降低術(shù)后發(fā)生心肺并發(fā)癥的可能性。本研究雖對(duì)預(yù)測(cè)價(jià)值進(jìn)行了分析，但未考慮年齡、性別等資料影響，仍需進(jìn)一步深入研究。

綜上，隨著COPD進(jìn)展，肺過(guò)度膨脹會(huì)導(dǎo)致心功能降低，且CT定量技術(shù)參數(shù)與病人心功能、肺功能指標(biāo)密切相關(guān)，可作為肺功能檢測(cè)的預(yù)測(cè)因子，同時(shí)可用于預(yù)測(cè)肺癌合并COPD病人行肺葉切除術(shù)后的心肺并發(fā)癥發(fā)生情況。