慢性阻塞性肺疾病的CT 應(yīng)用進(jìn)展

倪 虹，盧 桐

（北京市宣武中醫(yī)醫(yī)院①放射科，②呼吸科，北京 100050）

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）是臨床常見病，也是全世界慢性致殘和致死的主要原因，居全球死亡原因前3 位。由于危險因素的持續(xù)暴露和人口老齡化，全球范圍內(nèi)COPD的負(fù)擔(dān)將在未來幾十年加重［1］。

美國國家心肺血液研究所、國立衛(wèi)生研究院及WHO 在1998 年提出了慢性阻塞性肺疾病全球倡議（global initiative for chronic obstructive lung disease，GOLD）［1］。GOLD 認(rèn)為COPD 以持續(xù)呼吸道癥狀和氣流受阻為主要特征，通常是由于明顯暴露于有毒顆粒或氣體引起的氣道和/或肺泡異常所導(dǎo)致，也受宿主因素，如肺發(fā)育異常的影響，其嚴(yán)重并發(fā)癥可增加患者的致殘率和死亡率［1］。

慢性氣流受限為COPD 的主要特征，是由小氣道疾病和肺實(shí)質(zhì)破壞（肺氣腫）混合引起的，兩者隨時間推移以不同速率發(fā)展，并不一定同時出現(xiàn)［1］。臨床診斷COPD 需肺功能測定證實(shí)持續(xù)氣流受限存在，如測定支氣管擴(kuò)張劑后第1 秒用力呼氣容積（forced expiratory volume in one second，F(xiàn)EV1）占用力肺活量（forced vital capacity，F(xiàn)VC）的百分比（FEV1/FVC%）＜0.70［1］。胸部CT 檢查在COPD 診斷中不作為常規(guī)推薦方法，但隨著CT 技術(shù)不斷發(fā)展，其可用來評估COPD 患者肺氣腫、小氣道病變、肺功能及伴發(fā)疾病，這些方面的應(yīng)用對COPD 的臨床診治具有重要價值。

1 CT 對COPD 患者肺氣腫的評估

肺氣腫是一種病理狀態(tài)，表現(xiàn)為終末細(xì)支氣管遠(yuǎn)端異常持久擴(kuò)大的氣腔，并伴肺泡壁的破壞。最初國外學(xué)者利用胸部CT 對肺氣腫進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)肺氣腫的CT 圖像上有極低密度不規(guī)則區(qū)域，也有整體平均密度減低區(qū)域，說明CT 對肺氣腫的早期診斷和病變程度的判斷有很大潛力［2］。之后有學(xué)者對肺氣腫評估建立了視覺評分方法，將此系統(tǒng)得到的結(jié)果與肺氣腫病理分級進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)CT 可有效診斷肺氣腫，并對肺氣腫分級［3-5］。在COPD 早期，患者無癥狀，臨床測量通常不能反映疾病，CT 評估可為輕度肺氣腫的臨床診斷提供依據(jù)。CT 圖像處理時可分割肺實(shí)質(zhì)和定量測量肺氣腫，原理是肺氣腫在CT 圖像上表現(xiàn)為低衰減區(qū)域。CT 密度測量法可定量測量肺氣腫，是在肺實(shí)質(zhì)中利用密度掩模并設(shè)定閾值，將所有低于閾值的體素認(rèn)定為肺氣腫，得出低衰減區(qū)的容積占全肺容積的百分比（low attenuation area percentage，LAA%）。目前大多數(shù)研究以-950 HU 為LAA%的閾值進(jìn)行分析，認(rèn)為該閾值下測量的肺氣腫與疾病生理指標(biāo)有顯著相關(guān)性［6-8］。研究表明，對于COPD 的Ⅲ、Ⅳ期患者，LAA%區(qū)域與FEV1占預(yù)計值%呈顯著負(fù)相關(guān)，說明肺氣腫加重，COPD 程度越嚴(yán)重［9］。COPD 多變量分析研究發(fā)現(xiàn)，LAA%是唯一與氣體轉(zhuǎn)移有獨(dú)立關(guān)聯(lián)的CT 參數(shù)；由于氣體轉(zhuǎn)移是肺泡毛細(xì)血管膜破裂的一種判定方法，因而認(rèn)為肺氣腫與氣流受限相關(guān)［8］。研究人員還發(fā)現(xiàn)，氧飽和度降低僅與LAA%有顯著相關(guān)性，當(dāng)COPD 患者氧飽和度下降＞5%時，F(xiàn)EV1占預(yù)計值%降低，且LAA%升高，氧飽和度降低＞5%與死亡率增加相關(guān)；多變量分析中LAA%可作為獨(dú)立預(yù)測患者氧飽和度下降的指標(biāo)［8］。也有學(xué)者有不同看法，認(rèn)為與LAA%比較，基于局部直方圖定量測量的肺氣腫與COPD 相關(guān)指標(biāo)（FEV1、呼吸困難評分、6 min 步行距離、過去1 年COPD發(fā)病加重次數(shù)）有顯著關(guān)聯(lián)［7］。另外，百分位密度測定法也可評估肺氣腫，是將在肺密度衰減分布曲線圖中選取的百分位點(diǎn)與其所對應(yīng)的密度值作為參數(shù)進(jìn)行肺氣腫程度測定，多取15%位點(diǎn)為閾值［10］。由于α1-抗胰蛋白酶缺乏會引發(fā)肺氣腫，WHO 建議COPD 患者應(yīng)篩查此指標(biāo)。α1-抗胰蛋白酶相關(guān)研究認(rèn)為，取15%位點(diǎn)是對肺氣腫進(jìn)展評估最有力的測量方法［11］，并證實(shí)，15%位點(diǎn)為閾值時，α1-抗胰蛋白酶抑制劑對減慢肺氣腫進(jìn)展有效果［12］。

目前，對肺氣腫的評估尚無形成共識，不同研究采用的方法不同，CT 定量評估肺氣腫相對于視覺評估方法存在變異情況，無法描述肺氣腫的特征，如肺氣腫的亞型（如中心型、全小葉型）；而且視覺評估肺氣腫的嚴(yán)重程度，對描述肺實(shí)質(zhì)伴隨的病理變化有優(yōu)勢［13-14］。

2 CT 對COPD 患者小氣道疾病的評估

直徑＜2 mm 的小氣道病變會使氣流阻力增加，被認(rèn)為是COPD 發(fā)展的早期階段［15-16］，此階段應(yīng)盡早干預(yù)才能減緩肺氣腫的進(jìn)展。

有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，使用CT 測量相對較大的氣道可間接反映同一肺組織內(nèi)小氣道情況，以判定COPD氣道阻塞位置［17］。還有學(xué)者利用呼氣相CT 掃描，認(rèn)為圖像中CT 值＜-856 HU 的區(qū)域?yàn)闅怏w潴留［18］，但并不能明確區(qū)分小氣道疾病和肺氣腫。為能較好區(qū)分這兩者，有學(xué)者使用參數(shù)響應(yīng)圖譜方法［19-20］，該方法不同于傳統(tǒng)定量CT 測量，是基于體素的呼、吸氣雙相肺密度變化的CT 定量分析方法，由于肺氣腫的體素在吸氣和呼氣CT 圖像上的衰減值都很低，而功能性小氣道疾病患者在呼氣時會有過度氣體潴留，呼氣掃描圖像上會出現(xiàn)低于預(yù)定的衰減值，通過圖像處理后在薄層色譜檢查時能夠有效鑒別出功能性小氣道疾?。╢unctional small airways disease，fSAD）和肺氣腫的區(qū)域［20］。近期有研究者用參數(shù)響應(yīng)圖譜分析基線功能性小氣道疾病，發(fā)現(xiàn)該病與5 年后肺氣腫發(fā)病率有獨(dú)立相關(guān)性，fSAD 可能為正常肺至肺氣腫之間的過渡階段［21］。而fSAD 轉(zhuǎn)變?yōu)榉螝饽[是比較緩慢的過程［22］，如果早期不加以控制，后期可能導(dǎo)致肺組織破壞。參數(shù)響應(yīng)圖譜方法預(yù)測COPD 進(jìn)展有較好的敏感性，肺功能檢測可能無法達(dá)到。

顯微CT 是一種用于評價肺微結(jié)構(gòu)的先進(jìn)成像技術(shù)，其分辨率可達(dá)16 μm，而標(biāo)準(zhǔn)多探測器CT（multidetector CT，MDCT）的空間分辨率為0.6～1.0 mm，這使得顯微CT 從解剖學(xué)上識別終末細(xì)支氣管成為可能，可在已知體積的肺組織樣本中計算每毫升終末細(xì)支氣管的數(shù)量，從而計算出肺對應(yīng)的終末細(xì)支氣管總數(shù)。有研究利用顯微CT 對COPD 患者的終末細(xì)支氣管進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)廣泛終末和終末前細(xì)支氣管在肺氣腫前已出現(xiàn)破壞，且在肺氣腫前已出現(xiàn)FEV1下降快；在藥物治療試驗(yàn)中FEV1下降未能逆轉(zhuǎn)也是因?yàn)榇罅拷K末細(xì)支氣管已被破壞［23］。這表明破壞始于疾病早期階段，提示盡早治療可有效防止疾病進(jìn)展。

3 CT 對COPD 患者氣道壁的評估

氣道壁重塑機(jī)制和細(xì)胞因子會導(dǎo)致COPD 患者持續(xù)氣流受限，有研究證實(shí)氣道壁組織增厚與COPD進(jìn)展密切相關(guān)［24］。衡量氣道壁厚度的指標(biāo)Pi10 是假定管腔周長為10 mm 的氣道壁面積的平方根。利用Pi10 衡量的COPD 患者氣道壁厚度與正常對照組比較明顯增厚［25］。也有研究得到不同結(jié)果，只是在極重度和重度COPD 2 組間比較氣道壁厚度有差異，與正常對照組比較無顯著變化［8］。在有或無COPD 的吸煙者中Pi10 衡量的氣道壁厚度值顯著增加，5 年隨訪期內(nèi)戒煙者Pi10 顯著降低，說明Pi10 也可為判斷與吸煙相關(guān)的氣道壁厚度的長期變化提供幫助［26］。有研究用Pi10 和低衰減容量百分比（low attenuation volume percentage，LAV%）對氣道壁增厚和肺氣腫進(jìn)行量化評估，其將COPD 分為4 種影像學(xué)表型，為正常、氣道主導(dǎo)表型、肺氣腫主導(dǎo)表型及混合表型，相比其他表型，肺氣腫和氣道疾病混合表型患者有更嚴(yán)重的氣體潴留和呼吸困難，且此型患者患病時間長，肺部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致住院頻繁，需更加關(guān)注，在縱向研究中還發(fā)現(xiàn)混合表型患者生存期最短［27］。利用定量CT 對COPD 表型劃分，有助于評估患者COPD 嚴(yán)重程度，對臨床治療方案選擇有指導(dǎo)意義。在重建圖像中可直接測量肺段支氣管的管壁及管腔，所得到的支氣管管腔面積和橫截面積，可計算壁面積百分比（wall area percent，WA%），通過管腔直徑及截面外環(huán)直徑可得到管腔壁厚和截面外環(huán)半徑，計算管壁厚度與截面外環(huán)半徑比值（thickness-todiameter ratio，TDR）。近年來國內(nèi)研究發(fā)現(xiàn)，COPD程度加重，WA%、TDR 值越高，表明氣道壁增厚明顯，管腔狹窄，導(dǎo)致氣體潴留程度加重，并且WA%、TDR 均與FEV1、FEV1/FVC%呈負(fù)相關(guān)，與殘氣容積/肺總量（ratio of residual volume to total lung capacity，RV/TLC）呈正相關(guān)，提示支氣管壁增厚越明顯，患者肺通氣、換氣功能越差［28］。這些定量參數(shù)可進(jìn)一步為COPD 嚴(yán)重程度提供臨床診斷依據(jù)。還有研究者提出氣道與肺容積的比例，即氣道容積百分比（airway volume percent，AWV%）可作為闡明COPD 患者氣道與肺相互作用的CT 指標(biāo)，即患者肺容積較大，但氣道樹小，可導(dǎo)致氣流阻塞和氣體潴留，認(rèn)為使用氣道容積評估氣道大小比管腔面積更合理［29］。

4 CT 對COPD 患者肺功能及并發(fā)癥的評估

COPD 具有不可逆性氣流受限的特點(diǎn)，肺功能檢查仍為常規(guī)檢查方法。在COPD 肺功能評估中CT也逐步得到應(yīng)用，其既可區(qū)分肺與其他組織，又有定位定量優(yōu)勢，且無創(chuàng)、操作簡單。很多研究將不同的CT 測量指標(biāo)與肺功能檢查結(jié)果行相關(guān)性分析，得出的結(jié)論也說明CT 測量指標(biāo)能夠反映肺功能的改 變［29-34］。

單變量和多變量研究分析表明，AWV%、LAV%對FEV1占預(yù)計值%和RV/TLC 的影響大；此外，AWV%和LAV%的統(tǒng)計模型比AWV%或LAV%的模型對FEV1占預(yù)計值%的影響更大［29］，說明這2 種指標(biāo)可反映氣道和肺容積的變化對COPD 患者肺功能的影響。研究者也提到了肺發(fā)育異常的因素，早期肺發(fā)育不良使得氣道和肺相互關(guān)系異常與肺功能有關(guān)，研究發(fā)現(xiàn)較低的AWV%與較低的FEV1及較高的RV/TLC 有關(guān)，說明很可能是肺生長異常所致［29］。氣道樹小和肺容量大并存是否與COPD 發(fā)病相關(guān)，需進(jìn)一步研究驗(yàn)證。定量CT 參數(shù)可作為評估COPD 患者肺功能損傷程度的依據(jù)。近期有研究利用吸、呼氣雙相定量CT，對全肺、左右肺及兩肺上下區(qū)域進(jìn)行肺氣腫及空氣潴留異質(zhì)性指標(biāo)的測量，并計算出相應(yīng)值，認(rèn)為呼氣相空氣潴留異質(zhì)性更能反映COPD 患者肺功能，空氣潴留分布均勻比分布不均的患者肺功能差［30］。利用胸部CT 測量膈肌長度、面積等可對COPD 患者肺功能進(jìn)行評估，隨著COPD 病情加重，膈肌長度、面積等的測量值減小，表明患者膈肌功能異常，膈肌功能異常會致患者肺功能異常［31］。

COPD 并發(fā)癥嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量，為減少其發(fā)生和延緩加重，利用CT 定量測量可使臨床給予早期干預(yù)。肺動脈高壓是指平均肺動脈壓＞25 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa），是COPD 相對常見和重要的并發(fā)癥。肺動脈高壓使COPD 患者病情惡化風(fēng)險增加，并與預(yù)期壽命縮短相關(guān)，進(jìn)而導(dǎo)致高死亡率［32］。有研究發(fā)現(xiàn)，肺動脈直徑≥30 mm 及肺動脈與升主動脈直徑之比＞1 時肺動脈高壓發(fā)生率較高［32］，說明肺動脈和升主動脈直徑可用于早期肺動脈高壓測定。COPD 患者常伴發(fā)輕中度肺動脈高壓，此時肺小血管先出現(xiàn)變化，肺大血管未發(fā)生明顯變化，小血管截面積與肺截面積比值可評估其嚴(yán)重程度［33］，可提示臨床在肺動脈高壓早期進(jìn)行治療。骨質(zhì)疏松也是COPD 常見的并發(fā)癥，常引起脆性骨折，影響患者生活質(zhì)量。CT 通過觀察T6～L1椎體CT 值可預(yù)測COPD 患者可能伴有的骨質(zhì)疏松，使臨床早發(fā)現(xiàn)并干 預(yù)［34］。

總之，在COPD 研究中，CT 的應(yīng)用可更加有效地對肺實(shí)質(zhì)、氣道壁細(xì)微變化、肺功能及并發(fā)癥進(jìn)行評估，有助于根據(jù)患者情況更好地進(jìn)行早期干預(yù)和相應(yīng)治療。