高分辨率CT定量在慢性阻塞性肺疾病評估中的應(yīng)用價值

姚若娣,成孟瑜

(山西醫(yī)科大學第三醫(yī)院·山西白求恩醫(yī)院·山西醫(yī)學科學院·同濟山西醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學科,太原 030032)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一種異質(zhì)性肺部疾病[1],表現(xiàn)為持續(xù)的、進行性的氣流阻塞,其診斷以吸入支氣管擴張劑后第一秒用力呼氣容積占用力肺活量的百分比(forced expiratory volume in first second /forced vital capacity,FEV1/FVC)<70%為標準。COPD已成為威脅人類健康的重大疾病之一,預(yù)計到2060年將導致超過540萬人死于COPD及其相關(guān)疾病[2]。

肺功能檢查是診斷的“金標準”[2],但存在患者配合較差時無法取得真實準確的數(shù)值、局部損傷定位困難等不足,難以滿足臨床需求。相較而言,胸部高分辨率CT(high-resolution computed tomography,HRCT)可以同時觀察肺血管及肺實質(zhì),圖像直觀可對比,有較高準確性,可以早期識別小氣道損傷[3],也可用于肺功能檢查中癥狀與疾病嚴重程度不同步患者的鑒別診斷。

本文旨在論述胸部HRCT定量參數(shù)在COPD患者的診斷、急性加重及合并癥評估的相關(guān)研究進展。

1 HRCT測定的參數(shù)

HRCT可以顯示肺部細微結(jié)構(gòu)的細節(jié),定量測定包括肺血管參數(shù)、肺實質(zhì)參數(shù)及氣道壁的厚度,提供更詳細和精確的信息以評估肺部的疾病狀況。

1.1 肺血管參數(shù)

肺血管由于組織缺氧與炎癥的影響引起收縮、內(nèi)皮功能紊亂,血管壁增厚,最終血管結(jié)構(gòu)發(fā)生異常。最大直徑<5mm的肺小血管總橫截面積與肺野總面積的比值(percentage of cross-sectional area of pulmonary vessels smaller than 5 mm2,%CSA<5)多用于評估肺小血管的損害情況[4,5]。隨著COPD病情加重,小血管占肺野總表面積的比值減少[5]。

COPD的進展累及肺動脈,引起肺動脈擴張,提示有一定程度的肺動脈高壓,直觀指標為肺動脈與主動脈最大直徑的比值(ratio of pulmonary artery to aorta, PA/A)升高。正常情況下,PA/A的數(shù)值通常<1,2021年GOLD指南[1]指出,PA/A>1可增加患者未來急性加重的風險,且會隨著病情的加重,比值逐漸增大,Takayanagi等[6]也得出PA/A與FEV1、FVC、FEV1/FVC指標呈負相關(guān)性的研究結(jié)果,可認為PA/A是評估COPD嚴重程度重要指標之一。

1.2 肺實質(zhì)參數(shù)

胸部CT可直接觀察到肺氣腫的發(fā)生、形態(tài)及累及范圍,COPD患者由于多種因素引起肺泡破壞,肺過度充氣,低密度衰減區(qū)體積百分比(low attenuation areas percent,LAA%)為圖像中CT值小于某一限定值容積占全肺體積的百分率,常被用于評估COPD肺實質(zhì)破壞情況,當吸氣相CT值<-950Hu有診斷價值[7]。隨著COPD病患嚴重程度加重,LAA%明顯增加,同時CT可見全肺組織的平均CT值即平均肺密度(mean lung density,MLD)降低,可提示通氣狀況變化。已有大量研究證實了MLD是評價肺組織氣體潴留的一種簡便、精準及無創(chuàng)的手段[8]。

1.3 氣道相關(guān)參數(shù)

氣道測定可直接量化COPD患者氣道重塑的程度,評估氣道結(jié)構(gòu)變化。多數(shù)研究者選擇胸部HRCT中的5個平面進行氣道評估[9,10]:主動脈弓上緣、氣管分叉、氣管分岔下方1cm、下肺靜脈和右半膈上方2cm,測量氣道的外徑和內(nèi)徑,計算管腔面積、壁面積、壁厚度和支氣管壁厚。在健康受試者中,支氣管壁厚度在0.18～0.23mm,輕度COPD甚至無癥狀吸煙者的氣道重塑程度和支氣管壁厚度增加[10-12]。上述研究均表明了氣道管壁厚度的增加與COPD的進展和加重有關(guān),早期評估氣道管壁厚度,及早干預(yù),可有效改善預(yù)后。

2 HRCT與COPD嚴重程度評估

2.1 肺功能

由于肺組織代償功能強大,當COPD患者肺組織受損少于30%時,肺功能檢查可能無法檢出異常[8],且不能判定具體受損部位。HRCT可以清晰地顯示肺部結(jié)構(gòu)和疾病的形態(tài),用于測量肺容量時有以下優(yōu)點。(1)CT肺功能檢測簡單易行,安全可靠,可在短時間內(nèi)獲得準確的數(shù)據(jù),彌補病情危重和(或)急性發(fā)作期病例無法完善肺功能檢查的情況。(2)肺功能檢查得到的肺容量包含口咽部、氣管和大支氣管的氣體含量,而識別胸部CT運算得到的肺容量不涉及上述空腔量(約100ml),測量結(jié)果更接近實際數(shù)據(jù)。(3)CT可以直觀、精確地查看和測定一側(cè)肺容積,計算局部的肺容積,特別對于擬行肺減容手術(shù)或肺泡切除術(shù)病患,可以為其術(shù)前提供證據(jù)。

2.2 肺氣腫與氣道重塑

COPD患者由于炎癥刺激破壞肺泡壁,肺彈性纖維破壞,肺泡不斷擴大融合,導致肺泡數(shù)量減少,彈性逐漸減退,最終引起肺氣腫,是COPD重要的病理表現(xiàn)之一,CT表現(xiàn)為肺氣腫區(qū)域CT值的減低。使用自動分析軟件測量CT影像的MLD、LAA%等參數(shù)量化肺氣腫的程度時,也可識別小范圍的肺氣腫區(qū)域,預(yù)測病情進展。大多數(shù)研究所得肺氣腫參數(shù)LAA%最佳閾值是-910 Hu及-950 Hu[13,14],無論深吸氣結(jié)束還是深呼氣結(jié)束,LAA%與FVC、FEV1/FVC、肺活量(vital capacity,VC)等呈負相關(guān)[15],也與COPD的嚴重程度分級呈正相關(guān)。HRCT通過測定MLD的變化能較好地判斷患者的肺功能變化[16]。

COPD的外周氣道中炎癥細胞增加,釋放炎癥趨化因子,通過生長因子誘導的結(jié)構(gòu)變化稱為氣道重塑。由于氣道堵塞及氣流受限,小氣道(最大直徑<2mm)阻力顯著增加,在COPD早期即發(fā)生氣道重塑[17]。在CT中測量得到的氣道壁厚度與氣流阻塞的程度成反比[18],與FEV1下降相關(guān)。此外,Chen等[9]發(fā)現(xiàn)FEV1與第5級支氣管管壁面積的相關(guān)性較第3級管壁面積強,表明支氣管結(jié)構(gòu)和肺活量之間的相關(guān)性較好;同時,第9級支氣管管腔總面積/氣道面積比及管壁面積/氣道區(qū)域比與FEV1%的相關(guān)性優(yōu)于第3、5級,可能是COPD小氣道重塑早期的潛在標志物。綜上所述,上述氣道參數(shù)可用于評估COPD患者的肺功能。

3 HRCT與COPD急性加重

COPD急性加重(acute exacerbation of chronic obstructive pulmonary disease,AECOPD)指COPD患者出現(xiàn)呼吸系統(tǒng)癥狀短期內(nèi)惡化,呼吸困難、咳嗽和(或)痰液較日常狀況更嚴重,需要調(diào)整治療方案。AECOPD的病理生理復雜,通常與氣道炎癥增加、黏液產(chǎn)生和明顯的氣體滯留有關(guān),導致過度充氣和呼吸困難增加及肺小血管的反應(yīng)性血管收縮。反過來,這種血管收縮會導致肺動脈壓短暫升高,導致肺動脈擴張和右心室功能障礙。

有研究對COPD急性加重時的HRCT表現(xiàn)進行了系統(tǒng)綜述,首次提出了COPD加重的影像學特征[19]:病情惡化時發(fā)生了氣道壁面積測量的增加、空氣滯留、血管收縮與提示肺動脈高壓一致的肺血管系統(tǒng)的變化以及肺氣腫測量無明顯變化等表現(xiàn)。上述影像學改變通常提示患者存在癥狀惡化的合并癥,因此符合惡化的定義。雖然急性加重期間的影像學檢查相對較新且尚未得到全面研究,但它可能會對COPD加重期間心肺系統(tǒng)急性病理生理變化有重要見解,有助于臨床和臨床試驗中對COPD急性加重的客觀診斷,以期評估未來急性加重的風險。

4 HRCT與COPD并發(fā)癥

COPD是第三類肺部疾病和(或)低氧引發(fā)的肺動脈高壓(pulmonary arterial hypertension,PH)中最常見的病因,在缺氧、炎癥刺激下引發(fā)肺血管痙攣、血管壁增厚及管腔變細,增加血管阻力,往往伴隨著肺部的結(jié)構(gòu)改變。HRCT影像結(jié)果中提示PH最顯著的表現(xiàn)是中央肺動脈的擴張,其他表現(xiàn)包括肺動脈鈣化和肺實質(zhì)“馬賽克”衰減。Chan等[20]對住院患者進行回顧性研究,這些患者均同時完善了CT和有創(chuàng)血流動力學測試,發(fā)現(xiàn)各種基于CT的指標與有創(chuàng)測量的PA壓力升高顯著相關(guān)。除了主肺動脈直徑和主肺動脈與升主動脈直徑之比,研究人員發(fā)現(xiàn)降左肺動脈直徑、右心室壁厚、右心室/左心室壁厚比和右心室/左心室直徑比也與肺動脈高壓高度相關(guān)。

COPD患者慢性病程導致呼吸肌疲勞,呼吸氣流限制影響肺通氣和肺換氣,呼氣末的肺泡中殘留過多氣體,體現(xiàn)為氧分壓下降及二氧化碳分壓增大[21,22],嚴重時出現(xiàn)的呼吸衰竭是預(yù)后不良的標志[23]。胸部HRCT可以清晰地顯示肺部的結(jié)構(gòu),從而檢測出呼吸衰竭的可能原因,如肺癌、肺氣腫、肺炎等。有學者發(fā)現(xiàn)通過研究COPD合并呼吸衰竭患者在呼吸機治療前后CT測得的LAA%、肺體積、肺橫徑、最大吸氣末容積及最大呼氣末容積等相關(guān)參數(shù),發(fā)現(xiàn)當呼吸衰竭被糾正后,患者的肺氣腫參數(shù)也有改善[24]。與此同時,氣道重塑與COPD患者發(fā)生呼吸衰竭和急性住院的風險增加也有關(guān)[25]。

HRCT定量評估在COPD的診斷、預(yù)后及并發(fā)癥的早期識別中有顯著優(yōu)勢,值得進一步研究,以指導臨床診療。在目前相關(guān)研究中選取的測量指標不盡相同,需要我們進一步完善并優(yōu)化,從而幫助臨床醫(yī)師精準識別COPD,使患者受益。