利用定量CT 評(píng)估淋巴管平滑肌瘤病的肺部損害

宋惜夕 王 堅(jiān) 蔡 慧 楊琤瑜 墨玉清 朱夢(mèng)嬋 朱桂萍 葉 伶 金美玲

（復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學(xué)科 上海 20032）

淋巴管平滑肌瘤?。╨ymphangioleiomyomatosis，LAM）是一種累及多系統(tǒng)的罕見(jiàn)的低度惡性腫瘤性疾病，主要發(fā)生在育齡期女性，也有少數(shù)絕經(jīng) 后 起 病 的 病 例［1-2］。 LAM 分 為 散 發(fā) 型 LAM（sporadic LAM，S-LAM）和結(jié)節(jié)性硬化癥（tuberous sclerosis complex，TSC）相關(guān)的遺傳型LAM（TSC-LAM）［3］。LAM 的發(fā)病機(jī)制與 TSC 等位基因突變有關(guān)，TSCl 或TSC2 的突變導(dǎo)致哺乳類雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）復(fù)合體 1（mTOR complex 1，mTORC1）過(guò)度活化，進(jìn)而影響細(xì)胞的形態(tài)、生長(zhǎng)和存活［4］。異常增生的平滑肌樣細(xì)胞（LAM 細(xì)胞）在肺部浸潤(rùn)引起氣道阻塞和彌漫性囊泡樣改變［5］?；颊叩呐R床表現(xiàn)包括進(jìn)行性加重的呼吸困難、反復(fù)發(fā)作的自發(fā)性氣胸、頑固性乳糜胸和咯血等，并最終導(dǎo)致呼吸衰竭［6］。

評(píng)估LAM 患者肺部受累嚴(yán)重程度的常用方法有動(dòng)脈血?dú)夥治?、肺功能及胸部高分辨率CT（high resolution computer tomography，HRCT）等［7］。血清血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子-D（vascular endothelial growth factor-D，VEGF-D）水平不僅是診斷LAM 的生物標(biāo)記物，也與LAM 患者病情嚴(yán)重程度有關(guān)［8］。其中肺功能是最常用的評(píng)估方法［9］。LAM 患者的肺功能通常表現(xiàn)為第一秒用力呼氣量（forced expiratory volume in one second，F(xiàn)EV1）和 肺 彌 散 功 能（diffusing capacity of the lungs for carbon monoxide，DLCO）的降低［10-11］。根據(jù)美國(guó)胸科協(xié)會(huì)和日本呼吸學(xué)會(huì)（American thoracic society/the Japanese Respiratory Society，ATS/JRS）2016 年發(fā)布的 LAM診斷和管理指南，對(duì)于第1 秒用力肺活量占預(yù)計(jì)值百分比（percentage of predicted forced of expiratory volume in one second，F(xiàn)EV1%pred）<70% 的患者，強(qiáng)烈建議使用西羅莫司治療［12］。然而，肺功能檢測(cè)需要患者高度配合才能保證結(jié)果的可信性，且合并氣胸及巨大肺大泡LAM 患者禁止行使肺功能檢測(cè)，合并大量乳糜胸的LAM 患者肺功能檢測(cè)結(jié)果可靠度低。胸部HRCT 中特征性的雙肺彌漫性薄壁囊性改變對(duì)于LAM 的臨床診斷具有重要意義［13］。CT 檢查是一種非侵入性操作，對(duì)患者的配合度要求較低。此前已有幾項(xiàng)研究通過(guò)對(duì)CT 影像結(jié)果進(jìn)行定量分析，評(píng)估LAM 病例中肺部囊泡樣改變的程度及其與肺功能間的關(guān)系［9，14］。但這些研究中大部分受試者招募自歐洲或者美國(guó)，目前沒(méi)有相關(guān)研究進(jìn)行亞洲LAM 患者的定量CT 分析。因此，本研究旨在對(duì)中國(guó)LAM 患者的囊性變化程度進(jìn)行量化，并將得到的囊泡評(píng)分與肺功能和血清VEGF-D 水平進(jìn)行比較，還構(gòu)建了ROC 曲線以探究預(yù)測(cè)肺損傷嚴(yán)重程度的囊泡評(píng)分閾值。

資料和方法

研究對(duì)象回顧性收集2012 年至2019 年間于復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院就診的LAM 患者，并排除了未在我院進(jìn)行CT 檢查的患者。最終納入19 名S-LAM 患者和2 名TSC-LAM 患者，均為女性。其中12 例依據(jù)HRCT 特征、血清VEGF-D 水平和臨床表現(xiàn)做出診斷［15］。排除肺氣腫、朗格漢斯細(xì)胞增生癥、結(jié)締組織相關(guān)性肺間質(zhì)改變等非LAM 病變引起的肺囊性改變。9 名患者患有腎或腹部血管平滑肌脂肪瘤或淋巴血管平滑肌瘤；5 人合并氣胸或乳糜胸，但評(píng)估時(shí)未有氣胸發(fā)作；18 例在診斷后接受了雷帕霉素治療。本研究已通過(guò)復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（編號(hào)：JS-1323），并取得患者知情同意。

研究方法排除CT 檢查日期6 個(gè)月內(nèi)未行肺功能或VEGF-D 水平檢測(cè)的病例。在納入的21 例受試者中，有 11 例、6 例、3 例和 1 例分別進(jìn)行了 1 次、2 次、3 次和 4 次 CT 檢查，共 36 次 CT 掃描結(jié)果，每一張都有同時(shí)期（CT 檢查日期6 個(gè)月內(nèi)）的肺功能結(jié)果與之匹配。有17 例受試者、共24 次CT 掃描有同時(shí)期檢測(cè)的VEGF-D 水平與之匹配。

CT 檢查采用德國(guó)西門子公司SOMATOM Sensation 系統(tǒng)進(jìn)行CT 掃描。掃描前對(duì)患者進(jìn)行深吸氣末屏氣訓(xùn)練，于深吸氣末從肺尖至肺底行全肺掃描。CT 掃描的層距為5 mm，層厚為5 mm，共得到40~70 個(gè)層面。

圖像分析完成CT 掃描后得到DICOM 格式的影像資料，將其導(dǎo)入醫(yī)學(xué)影像量化診斷系統(tǒng)（FACT Medical Imaging System，1.2.0 版，陜西神州德信醫(yī)學(xué)成像技術(shù)有限公司），應(yīng)用軟件工作站中“肺部CT 圖像CAD 分析-肺密度模塊”自動(dòng)將肺與其他組織分割開(kāi)，同時(shí)完成左右肺及肺葉分割（若有分割偏差及時(shí)進(jìn)行手動(dòng)校正）［16］。軟件自動(dòng)計(jì)算肺密度在選定肺葉上的密度分布百分比和積分。將閾值低于-950HU 的低密度衰減區(qū)定義為囊性區(qū)域，軟件自動(dòng)顯示組織內(nèi)囊性區(qū)域的量化參數(shù)［7］。本研究對(duì)5 例CT 的結(jié)果進(jìn)行不少于2 次的重復(fù)計(jì)算，同一CT 影像的結(jié)果均一致，驗(yàn)證了該軟件的準(zhǔn)確性和重復(fù)性較好。

肺功能及VEGF-D肺功能測(cè)試嚴(yán)格按照2005年美國(guó)胸科協(xié)會(huì)/歐洲呼吸學(xué)會(huì)指南進(jìn)行，使用德國(guó)耶格高級(jí)肺功能儀（Jaeger MasterScreen IOS）。使用Quantikine 系列的人VEGF-D 免疫測(cè)定試劑盒（R ＆ D Systems），通 過(guò) 酶 ELISA 法 測(cè) 量 血 清VEGF-D 水平［17］。

統(tǒng)計(jì)學(xué)方法使用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。正態(tài)分布的變量用描述，非正態(tài)分布的變量以中位數(shù)M±IQR，分類變量以［n（%）］描述。計(jì)算囊泡評(píng)分與肺功能和VEGF-D 水平之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，分析其相關(guān)性。ROC 曲線用于選擇最高的靈敏度和特異性的最佳閾值。P<0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

一般情況本研究納入了21 名LAM 患者。癥狀首發(fā)的平均年齡為（38.1±10.2）歲，平均診斷年齡為（44.1±6.6）歲。2 例（9.5%）為TSC-LAM，9 例（42.86%）患者合并腎血管平滑肌脂肪瘤或腹膜后淋巴管肌瘤，1 例（4.8%）有氣胸史，4 例（19%）有乳糜胸史。均無(wú)吸煙史。18（85.7%）例患者接受西羅莫司治療。

囊泡評(píng)分圖1 為1 例LAM 患者的肺密度在左右肺葉即全肺的分布百分比和積分。對(duì)其CT 影像進(jìn)行處理后得到的囊泡評(píng)分為22.96%，由軟件自動(dòng)導(dǎo)出結(jié)果（圖2，表1）。這一數(shù)值在圖1 的密度分布百分比積分圖中也能體現(xiàn)。與肺功能匹配的CT圖像中，囊泡占比為18.13%±11.17%，與VEGF-D匹配的CT 圖像中，囊泡占比為19.66%±12.26%。

表1 軟件自動(dòng)計(jì)算各肺葉及全肺的囊泡占比Tab 1 Software automatically calculates the proportion of cysts in each lung lobe and the whole lungs

圖1 LAM 患者的肺密度在全肺的分布百分比和積分Fig 1 Percentage and integral of lung density distribution in bilateral lungs of patients with LAM

圖2 原CT 圖像（左）與肺段分割后的偽彩圖（右）Fig 2 CT image（left）and pseudo-color image（right）with data segmentation

肺 功 能 和 VEGF-D 水 平FEV1%pred 和DLCO/VA% pred 的平均值分別為70.37%±18.14% 和61.10%±26.67%。血清VEGF-D 水平中位數(shù)為1 077（727~1 777）pg/mL。

囊泡評(píng)分與其他變量的關(guān)系囊泡評(píng)分與FEV1%pred（r=-0.716，P<0.000 1）和 DLCO/VA%pred（r=-0.821，P<0.000 1）呈顯著相關(guān)（圖3），與血清VEGF-D 水平無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系（r=-0.143，P=0.506）（圖 4）。圖 5 為計(jì)算并繪制得到的ROC 曲線，F(xiàn)EV1%pred<70%被定義為肺功能受損（狀態(tài)變量=1）。當(dāng)囊泡評(píng)分為15.80%時(shí)，靈敏度為94.44%，特異性為72.22%，約登指數(shù)最高（0.667）。

圖3 囊泡評(píng)分與FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 的相關(guān)關(guān)系Fig 3 Correlation between cyst scores and FEV1%pred（A）and DLCO/VA%pred（B）

圖4 囊泡評(píng)分與VEGF-D 的相關(guān)關(guān)系Fig 4 The correlation between cyst scores and VEGF-D

圖5 囊泡評(píng)分評(píng)估肺功能受損的的ROC 曲線Fig 5 ROC curve of cyst scores in evaluating the lung damage

討 論

本研究關(guān)注了LAM 病例中肺部囊性損害的程度，并探究了囊泡評(píng)分與肺功能和血清VEGF-D 水平之間的相關(guān)性。本研究發(fā)現(xiàn)：（1）肺部囊性損害程度與FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；（2）LAM 患者的 VEGF-D 水平與肺部囊性損害之間無(wú)明顯相關(guān)關(guān)系；（3）囊泡評(píng)分可能是肺部囊性損傷程度的新指標(biāo)，囊泡評(píng)分15.8%可能是協(xié)助判斷是否開(kāi)啟西羅莫司治療的閾值。

此前的研究表明，CT 影像的定量分析可能協(xié)助評(píng)估LAM 患者的疾病嚴(yán)重程度［18］。我們的研究測(cè)試并驗(yàn)證了囊泡評(píng)分與肺功能FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 之間具有很好的相關(guān)性，這與其他研究的結(jié)果相似［7］。在LAM 患者的隨訪中，HRCT 檢查非常重要，可直接顯示出肺部囊泡的破壞情況，但直觀下影像顯示的進(jìn)展往往很難判斷。通過(guò)對(duì)CT 掃描結(jié)果的定量分析，可以更好地識(shí)別和量化肺部囊泡的變化。因此，定量的CT 分析可能有評(píng)估LAM 患者的肺功能和肺損傷程度的潛力。由于研究前期，電子病歷系統(tǒng)中的患者并非全部進(jìn)行薄層掃描，而大部分接受了普通CT 掃描，所以我們?cè)谘芯恐胁捎昧似胀–T 掃描的參數(shù)。雖然這是我們研究的不足之處，但我們使用普通CT 掃描來(lái)計(jì)算囊泡評(píng)分時(shí)，得到結(jié)果顯示該評(píng)分與肺功能密切相關(guān)。雖然普通CT 掃描對(duì)觀察囊泡的細(xì)微結(jié)構(gòu)有一定影響，但進(jìn)行功能評(píng)估還是可行的。

除了計(jì)算囊泡評(píng)分來(lái)評(píng)估肺損傷程度，還有研究者應(yīng)用基于肺紋理的影像學(xué)技術(shù)對(duì)囊泡外周的肺實(shí)質(zhì)進(jìn)行研究。Yao 等［9］通過(guò)對(duì) LAM 病例肺 CT中囊泡及其周圍肺紋理的研究，發(fā)現(xiàn)氣腫樣改變也存在于囊泡周圍，并在病理切片中證實(shí)了這一特征［9］。肺紋理的改變?cè)谀遗葜車c正常肺實(shí)質(zhì)之間的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。在此基礎(chǔ)上研究了使用西羅莫司對(duì)肺紋理和囊泡評(píng)分的影響：使用西羅莫司后，部分肺紋理類型的變化明顯趨于穩(wěn)定，且用藥前后部分紋理類型的量化指數(shù)都與囊泡評(píng)分、FEV1%pred 和 DLCO/VA%pred 顯著相關(guān)［19］。這種基于肺紋理的技術(shù)有評(píng)估LAM 的病情嚴(yán)重程度和對(duì)藥物反應(yīng)的潛力，較囊泡評(píng)分更為精細(xì)，并且關(guān)注到囊泡以外的肺組織，將潛在的病變納入分析。但肺紋理種類多，且存在個(gè)體差異，臨床實(shí)際運(yùn)用時(shí)囊泡評(píng)分更為直觀和方便。

本研究使用的技術(shù)也被用于評(píng)估其他類型的肺囊性病變，以慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）最為常見(jiàn)。有研究者通過(guò)定量CT 技術(shù)對(duì)不同分型的COPD 病例進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)GOLD 分級(jí)后肺氣腫型和支氣管炎型的各級(jí)患者中，-950 HU 低密度衰減區(qū)（low-at-tenuation area，LAA）占兩肺體積百分比（%LAA）與FEV1/FVC 緊密相關(guān)，但與 FEV1%pred 不相關(guān)，這提示%LAA-950 可能不能完全反映COPD 患者的氣流受限程度［20］。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，深呼氣末的CT影像以-910 HU 作為閾值時(shí)，計(jì)算得到的%LAA 與肺功能指標(biāo)有良好的相關(guān)性，并能評(píng)估COPD 的病情嚴(yán)重程度［21］。

隨著人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，計(jì)算機(jī)越來(lái)越多地參與到臨床各項(xiàng)研究中。由于HRCT 是LAM診斷的重要檢查手段，研究計(jì)算機(jī)對(duì)CT 影像定量分析具有重要臨床意義。隨著技術(shù)迭代，影像分析趨于精細(xì)化，對(duì)CT 影像層數(shù)和清晰度的要求更高。關(guān)于肺部囊性區(qū)域的密度值，目前沒(méi)有公認(rèn)的閾值，這也是推廣該技術(shù)的阻礙之一。

本研究評(píng)估了囊泡評(píng)分協(xié)助制訂治療方案的可能性。西羅莫司是目前被FDA 批準(zhǔn)的治療LAM的一線用藥，我國(guó)也有專家共識(shí)詳細(xì)指導(dǎo)西羅莫司的 使 用［15，22］。 ATS/JRS 發(fā) 布 的 指 南 強(qiáng) 烈 建 議FEV1%pred<70% 的LAM 患者使用西羅莫司治療［12］。從本研究收集的病例資料發(fā)現(xiàn)，當(dāng)囊泡評(píng)分>15.80%時(shí)約登指數(shù)最高，預(yù)測(cè)FEV1%pre<70%的敏感性和特異性分別為94.44%和72.22%。因此，囊泡評(píng)分>15.80%時(shí)肺功能已經(jīng)降低。對(duì)于有復(fù)發(fā)性氣胸風(fēng)險(xiǎn)的LAM 患者，肺功能檢查受到限制，而囊泡評(píng)分有助于評(píng)估肺損傷程度并決定患者是否應(yīng)接受西羅莫司治療。但是，本研究樣本量較小，約登指數(shù)僅為0.667，因此，仍需要質(zhì)量更高的研究證據(jù)。

本研究發(fā)現(xiàn)血清VEGF-D 水平與囊泡評(píng)分之間無(wú)明顯相關(guān)性。盡管這可能是由于樣本量大小所致，但也在一定程度上顯示這種重要的診斷指標(biāo)并不適合評(píng)估LAM 病例肺部囊性損害程度。之前的研究也尚未證明血清VEGF-D 水平與肺功能參數(shù) FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 之間的相關(guān)性［8，23-24］。LAM 患者中，伴有淋巴系統(tǒng)受累的病例VEGF-D 水平升高更明顯［8，23］。本研究中，合并有乳糜胸/腹或淋巴管平滑肌瘤的患者僅7 例（33.3%）。這可能是囊泡評(píng)分與VEGF-D 水平相關(guān)性不顯著的原因。然而，半定量CT 分析認(rèn)為，肺部囊性損害較大的患者伴有更高的血清VEGF-D 水平［25］。因此，仍然需要進(jìn)一步研究血清VEGF-D 水平在評(píng)估LAM 病情方面的作用。

本研究存在局限性是：小樣本量和回顧性的研究方法降低了結(jié)果的可信度。盡管我們發(fā)現(xiàn)囊泡評(píng)分與肺功能參數(shù)之間存在顯著相關(guān)性，但并未將囊泡評(píng)分與其他評(píng)估肺功能和活動(dòng)耐力的常用方法（例如血?dú)夥治?，六分鐘步行試?yàn)和圣喬治呼吸問(wèn)卷等）進(jìn)行比較。另一個(gè)局限性在于，我們用于重建肺組織的影像資料由普通CT 掃描，更理想的數(shù)據(jù)應(yīng)來(lái)源于具有200 多層面的薄層CT 掃描。

在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)定量CT 分析得到的肺部囊泡評(píng)分與FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 顯著相關(guān)，與血清VEGF-D 水平無(wú)明顯相關(guān)性。囊泡評(píng)分>15.80%時(shí)提示肺功能損害明顯，建議患者接受西羅莫司治療。本研究還需要擴(kuò)大樣本以驗(yàn)證結(jié)果。

作者貢獻(xiàn)聲明宋惜夕，王堅(jiān) 數(shù)據(jù)分析，論文撰寫和修訂。蔡慧，楊琤瑜，墨玉清，朱夢(mèng)嬋，朱桂萍 文獻(xiàn)查閱和整理，統(tǒng)計(jì)分析。葉伶，金美玲論文構(gòu)思和指導(dǎo)。

利益沖突聲明所有作者均聲明不存在利益沖突。