慢性阻塞性肺疾病的CT定量測量研究進展

張春霞 董萍 張美樂 劉麗 楊偉振

[摘要]慢性阻塞性肺疾病是一種臨床常見病，肺功能檢查作為診斷慢性阻塞性肺疾?。–OPD）的金標準，存在重癥患者配合欠佳難以完成檢查等問題。CT檢查具有較高分辨率，能較好顯示COPD患者肺部的主要病變及其繼發(fā)征象，然而，常規(guī)CT檢查主要依靠放射科醫(yī)生主觀評估，受個人經(jīng)驗等影響較大，且無法對COPD患者肺氣腫等病變進行具體量化，隨著影像學檢查技術(shù)及計算機后處理技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多學者對CT定量測量展開了研究，CT定量測量在顯示肺氣腫病變及小氣道方面具有獨特優(yōu)勢，并能對患者的并發(fā)癥進行詳細評估，實現(xiàn)了從肉眼觀察到定量評估的轉(zhuǎn)換，本文將從CT定量測量在COPD中的應用展開綜述，探討其診斷及臨床應用價值。

[關(guān)鍵詞]慢性阻塞性肺疾病;CT定量;肺氣腫;小氣道;小血管截面積

[中圖分類號]R563??? [文獻標識碼]A??? [文章編號]2095-0616（2022）02-0054-04

Research progress of quantitative computed tomographic measurement in chronic obstructive pulmonary disease

ZHANG Chunxia1??? DONG Ping1??? ZHANG Meile1??? LIU Li2??? YANG Weizhen2

l.Mudanjiang Medical University，Heilongjiang，Mudanjiang 157011，China;2. Department of Radiology，Hongqi Hospital Afiliated to Mudanjiang Medical University，Heilongjiang，Mudanjiang 157000，China

[Abstract] Chronic obstructive pulmonary disease （COPD）is a common clinical disease. As a gold standard for diagnosing COPD，pulmonary function examination has some problems，such as poor cooperation of severe patients and difficulty in completing the examination. CT examination has high resolution，which can better display the main pulmonary lesions and their secondary signs in patients with COPD. However，conventional CT examination mainly relies on subjective evaluation of radiologists，which is greatly influenced by personal experience，and cannot quantify emphysema and other lesions in patients with COPD. With the continuous development of imaging examination technology and computer post-processing technology，more scholars have studied the quantitative computed tomographic （QCT）measurement，which has unique advantages in displaying emphysema and small airway，and can evaluate the complications of patients in detail，thus realizing the transition from naked eye observation to quantitative evaluation. This article will summarize the application of QCT measurement in COPD and discuss its diagnostic and clinical application value.

[Key words] Chronic obstructive pulmonary disease;CT quantification;Emphysema;Small airway;Minimum cross-sectional area of blood vessel

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種常見的異質(zhì)性疾病，一般是由長期接觸有毒顆?；驓怏w引起的氣道和/或肺泡異常所致，并受到宿主因素（如肺發(fā)育異常）的影響，以持續(xù)的呼吸道癥狀為主要特征[1]。COPD患者嚴重的癥狀及并發(fā)癥使其致殘率及病死率進一步增加。GOLD 2020版指出隨著發(fā)展中國家吸煙率升高和高收入國家老齡化加劇，預計COPD的發(fā)病率在未來40年仍會繼續(xù)上升，至2060年每年可能有超過540萬人死于COPD及其相關(guān)疾病[2]。因此，COPD 的早期診斷及治療尤為重要。隨著影像學技術(shù)及計算機后處理技術(shù)不斷發(fā)展，加上CT定量測量具有客觀性及無創(chuàng)性等優(yōu)點，越來越多的學者進行了CT定量測量的研究。

COPD的主要病理改變包括兩個方面：①外周氣道的反復損傷、修復以及氣道重構(gòu)。②COPD炎癥損傷導致肺實質(zhì)破壞，并進一步降低肺彈性回縮能力[3]，而肺實質(zhì)的破壞形成肺氣腫[4]。氣道的反復損傷、修復以及肺實質(zhì)的破壞是導致患者氣流受限的主要原因，疾病后期，隨著病情逐漸加重及血流動力學改變，患者常會發(fā)生一系列并發(fā)癥，肺動脈高壓是COPD病程中常見的并發(fā)癥之一，嚴重威脅著患者的生命健康，與生存期縮短和醫(yī)療需求增加直接相關(guān)聯(lián)[5]。CT定量測量可以用來評估肺氣腫病變、氣道重構(gòu)以及肺心病的病變，對臨床COPD的診治具有重要價值。

1??? 肺氣腫的CT定量測量

1.1??? 視覺評估法

COPD患者肺實質(zhì)的破壞主要包括細胞外基質(zhì)破壞，末梢細支氣管遠端空腔樣擴大以及肺泡壁的廣泛破壞[6]，這在CT上表現(xiàn)為肺實質(zhì)內(nèi)的低衰減區(qū)。早期，有國外學者采用視覺評估法來評估肺氣腫及肺實質(zhì)的破壞程度[7-8]，認為視覺評估與肺功能檢查及病理分級存在相關(guān)關(guān)系，可以作為是否存在肺氣腫的篩查工具。但視覺評估往往因人而異，具有較強的主觀性并受到放射科醫(yī)生工作經(jīng)驗的影響。

1.2??? 閾值法

隨后有學者根據(jù)肺氣腫在CT上表現(xiàn)為低衰減區(qū)這一原理，采用閾值法對肺氣腫進行了定量測量，認為低于閾值的區(qū)域為肺氣腫區(qū)并計算肺氣腫體積占全肺體積的百分比（low attenuation area percentage，LAA%）。目前，多數(shù)學者采用-950HU 作為閾值[9-10]，研究表明LAA%與COPD肺功能指標具有較好的相關(guān)性[11-12]。

1.3??? 體素法

在閾值法的基礎(chǔ)上又提出采用體素法測量肺氣腫，體素法相較于閾值法不僅能夠進行肺氣腫的CT定量測量，同時能夠獲得功能性小氣道疾?。╢unctional small airways disease，F(xiàn)SAD）和肺氣腫在每個患者中所占的具體比重，并能診斷疾病的嚴重程度和表型。Galban等[13]在對194名患者的數(shù)據(jù)進行研究后得出結(jié)論，認為在COPD的疾病進展過程中，小氣道功能疾病的出現(xiàn)早于肺氣腫。

總之，CT定量測量不斷發(fā)展，為臨床醫(yī)生提供更豐富的信息，在COPD的診斷、分期以及隨診中起到重要作用。

2??? 支氣管病變的CT定量測量

2.1??? 小氣道概念及病理改變

COPD支氣管的改變主要發(fā)生在小氣道，小氣道這一概念最早由加拿大病理學家Hogg等[14]提出，Hogg等認為COPD的阻塞主要發(fā)生在2 mm以下的（即小氣道）氣道內(nèi)，其形態(tài)學上表現(xiàn)為不同程度的阻塞、纖維化及黏液栓形成。崔立偉等[4]提出對小氣道病變的影像學研究主要包括：直接測量氣道壁厚度以及通過測量氣體潴留間接反映小氣道病變情況，采用呼氣相與吸氣相平均肺密度比值（E/I MLD）可以更好地鑒別導致氣體潴留的原因。

2.2??? 氣道壁測量從二維向三維的轉(zhuǎn)換

隨著CT技術(shù)及計算機技術(shù)不斷發(fā)展，氣道壁厚度的測量也得到了越來越廣泛的應用。氣道壁厚度的測量最早是在二維圖像上進行，且早期測量多集中在大氣道的研究上，國內(nèi)學者較多測量右肺上葉尖段支氣管及其亞段支氣管的管壁厚度[11，15]，原因之一是右肺上葉支氣管走行較為垂直且受呼吸及心臟搏動偽影影響較小。目前多采用三維支氣管樹重建進行小氣道的自動測量，它可以實現(xiàn)第5級乃至第6級支氣管的測量，然而，不同學者描述氣道壁尺寸采取的方法不同，導致出現(xiàn)的結(jié)果并不一致[9，16]。為了規(guī)范，后又提出了Pi10的標準化測量參數(shù)，Pi10是測量內(nèi)周長為10 mm的氣道面積的平方根[17]。氣道壁厚度隨著疾病的加重也會變化，鐘景良等[18]對59例COPD急性加重期患者進行了小氣道結(jié)構(gòu)及功能的研究，分別于入院24 h內(nèi)、出院前1 d、出院后8 d及出院后21 d進行了氣道壁厚度測量及氣道功能檢查，認為脈沖震蕩、高分辨CT代表的小氣道功能、結(jié)構(gòu)指標隨病情恢復而明顯改善，可以更好地評價急性加重期的治療策略。

隨著CT技術(shù)不斷發(fā)展，氣道的測量實現(xiàn)了從二維到三維的轉(zhuǎn)換，克服了二維測量截面與被測支氣管不垂直從而引起測量誤差的問題，能夠在軟件輔助的情況下進行支氣管任意位置且垂直于氣道的自動測量，測量的氣道級別可以達到5級甚至6級，更能真實反映COPD小氣道的變化。

3??? 小血管面積的CT定量測量

3.1??? COPD小血管病理改變

肺血管改變是COPD特征性改變。COPD患者肺血管改變與內(nèi)皮功能障礙密切相關(guān)。在煙霧、炎癥、低氧等因素刺激下，肺血管內(nèi)皮細胞功能紊亂，發(fā)生平滑肌細胞增生肥大，成纖維細胞表型改變等，導致肺血管結(jié)構(gòu)重塑、管壁增厚、管腔狹窄甚至閉塞[19]。Jo等[20]研究發(fā)現(xiàn)吸煙與肺小血管橫斷面積百分比（percentage of cross-sectional area of small pulmonary vessels for the lung area，%CSA）及動脈粥樣硬化之間存在因果關(guān)系，動脈粥樣硬化、年齡、吸煙年限以及輕度氣流受限等是吸煙者小肺血管破壞的獨立預測因素。

3.2??? 小血管橫截面積對COPD及肺動脈高壓的評估

國內(nèi)外學者對COPD小血管橫截面積進行了研究，王之悅等3采用了ROC曲線評估%CSA<5和%CSA 5～10在診斷COPD方面的預測效果，認為%CSA<5在診斷COPD方面具有更好的預測效果（當%CSA<5取最佳閾值為0.65%時，敏感度和特異度分別為88%和71%）。Jo等[20]通過比較COPD吸煙組和健康對照非吸煙組之間的%CSA，認為吸煙者和非吸煙者平均%CSA<5有明顯差異，且每年吸煙的包數(shù)與%CSA<5顯著相關(guān)。Rahaghi等[22]研究表明，CT測量的吸煙者肺部小血管的喪失與組織學定量的血管橫截面積的減少有顯著相關(guān)性。袁小涵等[23]將123例COPD患者分為肺動脈高壓組以及無肺動脈高壓組，并進行了兩組的%CSA比較，認為COPD合并肺動脈高壓組的%CSA<5小于不合并肺動脈高壓組，差異有統(tǒng)計學意義，%CSA<5可以作為評估COPD患者是否合并肺動脈高壓的一個指標。以上學者均采用二維方法進行了肺小血管橫斷面積的CT定量測量，與三維血管測量方法相比，缺乏整體性及三維觀。曹憲憲等[24]采用了基于三維定量算法自動提取并分割肺血管，計算COPD患者肺內(nèi)血管體積（intrapulmonary vascular volume，IPVV），并進行了呼吸雙相IPVV與肺功能的相關(guān)性分析，認為全肺及各肺葉吸氣相IPVV與第一秒用力呼氣容積（FEV）/用力肺活量（FVC）呈負相關(guān)，呼氣相IPVV與FEV/FVC及FEFV%呈負相關(guān)，雙氣相CT可用于定量評估COPD患者IPVV及呼吸狀態(tài)下肺血管的變化量，同時可為評估COPD呼氣氣流阻塞程度提供更多信息。

國內(nèi)外也有學者[25-26]通過CT測量大血管直徑相關(guān)參數(shù)來評估COPD患者是否伴發(fā)肺動脈高壓，Wells等[27]通過一項多中心的觀察性試驗得出結(jié)論：肺動脈直徑與主動脈直徑之比（PA：A）>1與嚴重的COPD急性加重相關(guān)。Kayawake等[28]通過比較肺動脈高壓組與對照組的肺動脈直徑以及平均肺動脈壓，認為肺動脈高壓患者主肺動脈直徑增寬，且與平均肺動脈壓相關(guān)。由此可見CT在COPD相關(guān)肺動脈高壓的診斷中發(fā)揮著重要作用。

采用測量%CSA評估COPD是否合并肺動脈高壓具有潛在價值，可能的生理機制如下：①COPD 患者肺實質(zhì)破壞，肺組織過度膨脹，導致肺泡伴行的肺小血管受到擠壓、破壞，使肺小血管受到擠壓、破壞，肺小血管數(shù)量減少[29]。②COPD患者肺部反復炎癥刺激、慢性缺氧、酸中毒導致血管內(nèi)皮功能失調(diào)，使肺小動脈痙攣、破壞及重塑[30]。COPD患者伴發(fā)的往往是輕到中度的肺動脈高壓[31]，此時肺大血管的變化尚不明顯，因此有學者[23囪認為肺小血管的變化理論上可以更早期對COPD是否伴發(fā)肺動脈高壓進行診斷與評估。

肺小血管橫斷面積的測量由二維測量逐漸轉(zhuǎn)向三維測量，作為COPD病變中的一種特征性改變，%CSA可以間接評價肺血管床的改變。外周肺血管橫截面積%CSA的測量不需要特殊的CT技術(shù)，也不需要特殊的計算機圖像分析軟件。因此，臨床上可以利用常規(guī)肺CT圖像進行肺小血管改變的評估。

總之，CT定量測量可以有效的對肺實質(zhì)破壞、小氣道的改變以及肺小血管的改變進行評估，從而幫助臨床醫(yī)生及時發(fā)現(xiàn)病變并及早干預及治療。

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