超低劑量胸部CT定量參數(shù)評估肺功能的價值

劉瑛 黃金 周連軍 陳學(xué)志 李清林 叢培欣

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是最常見的慢性氣道疾病,也是健康中國2030行動計劃中重點防治的疾病。2018年“中國成人肺部健康研究”調(diào)查顯示,估算我國COPD患者近1億[1]。世界衛(wèi)生組織預(yù)測到2060年死于COPD及其相關(guān)疾病每年超過540萬人[2-3]。肺功能檢查是檢測COPD的“金標準”,但是,肺功能檢查對呼吸要求非常高,且當(dāng)肺部損害面積達到30%以上時,肺功能才會出現(xiàn)異常[4],近年來利用胸部CT自動定量技術(shù)可定量反應(yīng)肺氣腫部位及范圍[5-6],隨著低劑量肺癌篩查的普及,低劑量CT評估COPD的報道越來越多[7-8],但對于超低劑量CT評估COPD肺損害報道較少,本研究采用超低劑量胸部CT,分析CT各定量參數(shù)與肺功能的相關(guān)性,探討超低劑量CT定量評估COPD肺通氣功能障礙嚴重程度的價值。

資料與方法

一、一般資料

收集2021年6月至2022年5月于我院就診的肺功能異?；颊?9例,男60例,女39例,年齡29～86歲,平均年齡(59.32±10.94)歲。同期正?；颊?9例,男19例,女20例,年齡28～72歲,平均年齡(51.54±10.12)歲。排除胸廓畸形、不能配合屏氣、患有肺部疾病如肺占位、結(jié)核及其它感染性病變、胸部術(shù)后、中等量以上胸水等。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會批準(NYLLWYH-2021-006),所有患者均簽署知情同意書。

二、CT檢查方法

使用Siemens Somatom Force西門子雙源CT,患者仰臥位,雙手上舉,檢查前進行吸氣及屏氣訓(xùn)練,采取最大吸氣末屏氣掃描,行超低劑量CT(ULDCT)檢查,探測器準直器192mm×0.6mm,轉(zhuǎn)速0.25s,采用CARE Dose4D自動管電流調(diào)節(jié),掃描管電壓采用Sn100kV,參考管電流96mAs,Pitch2.0。以高級模型迭代重建(advanced modeled iterative reconstruction,ADMIRE)3級進行重建。層厚0.75mm,間距0.7mm,采用肺窗算法,Kernel:BI57,矩陣512×512。

掃描完圖像自動傳入后處理工作站(版本VB20),進入肺定量分析軟件(syngo Pulmo 3D)自動提取肺組織,獲取肺密度直方圖,計算全肺容積(total lung volume,TLV)、平均肺密度(mean lung density,MLD)、標準差(SD)、FWHM、低密度衰減值(LAV-950%)、高密度衰減值(HAV-200%)(圖1,2)。

圖1 syngo Via 后處理Pulmo 3D軟件進行肺分割,藍色為肺氣腫區(qū)域

圖2 為CT定量參數(shù)全肺及各肺葉分析列表

三、肺功能檢查

檢測指標包括用力肺活量(Forced vital capacity,FVC)占預(yù)計值百分比,第一秒用力呼氣容積(Forced expiratory volume in one secend,FEV1)占預(yù)計值百分比,FEV1與FVC比值即1秒率(FEV1/FVC),最高呼氣流量(Peak expiratory flow,PEF)占預(yù)計值百分比、肺一氧化碳彌散量(Carbon monoxide diffusion capacity,DLCO)占預(yù)計值百分比。按ATS /ERS(2005版/2019版)通氣功能下降分為五級[9]:1級:輕度,FEV1%pred≥70%;2級:中度,60%≤FEV1%pred<70%;3級:中重度,50%≤FEV1%pred<60%;4級:重度,35%≤FEV1%pred<50%;5級:極重度,FEV1%pred<35%。

四、統(tǒng)計學(xué)分析

結(jié) 果

一、按照肺功能氣流受限程度分級

輕度阻塞性通氣功能障礙48例(48.48%),中度阻塞性通氣功能障礙14例(14.14%),中重度阻塞性通氣功能障礙6例(6.06%),重度阻塞性通氣功能障礙14例(14.14%),極重度阻塞性通氣功能障礙17例(17.17%)。正常組39例,將肺功能按照FEV1%pred≥50%分為輕度損傷組及FEV1%pred<50%分為重度損傷組。

二、定量CT參數(shù)與肺功能參數(shù)的相關(guān)性分析

肺功能異?；颊逤T雙肺定量參數(shù)及各肺葉LAV-950%與肺功能參數(shù)的Pearson相關(guān)性分析(見表1),雙肺LAV-950%、雙肺TLV與肺功能指標呈負相關(guān)(P<0.05),雙肺MLD、雙肺FWHM與肺功能指標除DLCO%pred之外均呈正相關(guān)(P<0.05),雙肺HAV-200%及SD與肺功能指標無明顯相關(guān)性(P>0.05),其中與雙肺各葉LAV-950%相關(guān)性最明顯,以LL LAV-950%與FEV1/FVC、FEV1%pred相關(guān)性最強(r=-0.597,P<0.001;r=-0.516,P<0.001)。雙肺LAV-950%為(29.78±4.95)%,右肺上葉(Right upper Lobe,UR)為(31.28±5.29) %,右肺中葉(Right middle lobe,MR)為(31.44±4.31) %,右肺下葉(Right lower lobe,LR)為(27.02±5.80) %,左肺上葉(Left upper lobe,UL)為(31.58±4.76) %,左肺下葉(Left lower lobe,LL)為(28.09±6.39) %,UL、UR、MR的肺氣腫程度最重,LL和LR相對較輕,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),對雙肺各葉LAV-950%進一步兩兩比較顯示,UL與MR間、UR與MR及UL間及LL與LR間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)(見表1)。

表1 肺功能異?；颊逤T雙肺定量參數(shù)及各肺葉LAV-950%與肺功能參數(shù)的相關(guān)性[r值(P值)]

三、不同分級中各肺葉LAV-950%和肺功能參數(shù)的比較

各組之間LAV-950%進行比較,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=8.512、6.356、10.585、7.657、4.726、7.121,均P<0.01),進一步兩兩比較顯示全肺LAV-950%中,極重度組及中重度組與正常組、輕度組、中度組,重度組與正常組及輕度組組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);UL LAV-950%與UR LAV-950%中,極重度組與正常組、輕度組、中度組,重度組及中重度組與正常組組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);LL LAV-950%、LR LAV-950%中,極重度組、重度組、中重度組與正常組、輕度組、中度組組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05);MR LAV-950%中,極重度組與正常組、輕度組、中度組,重度組與正常組,中重度組與正常組、輕度組組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。不同分級中,肺功能參數(shù)顯示各組間FEV1%pred、FEV1/FVC、PEF%pred、MMEF 75%/25%、MVV%pred差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),進一步兩兩比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05),隨著分級增高,肺功能參數(shù)逐漸降低(見表2)。

表2 不同分級中各肺葉LAV-950%和肺功能參數(shù)的比較

四、正常組、輕度肺損傷組和重度肺損傷組各肺葉LAV-950%、雙肺TLV和肺功能參數(shù)的比較

各組間雙肺及各肺葉LAV-950%、雙肺TLV進行比較,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(F=16.141、12.795、19.507、14.854、8.728、12.053、8.786,均P<0.01),進一步兩兩比較顯示雙肺LAV-950%中,正常組與輕度肺損傷組差異無統(tǒng)計學(xué)意義外(P>0.05),UL、LL、UR、MR、LR LAV-950%中輕度肺損傷組與正常組,重度肺損傷組與正常組及輕度肺損傷組差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05),雙肺TLV在重度與正常、輕度組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。肺功能參數(shù)中FEV1%pred、FEV1/FVC、PEF%pred、MMEF75%/25%、MVV%pred重度肺損傷組均低于輕度肺損傷組,差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)(見表3)。

表3 正常組、輕度和重度肺損傷組各肺葉LAV-950%和肺功能參數(shù)的比較

五、定量CT參數(shù)預(yù)測肺功能的價值

預(yù)測FEV1%pred<50%、MVV%pred<50%時定量CT參數(shù)全肺及各肺葉LAV-950%的ROC曲線,其中左肺下葉LAA-950%曲線下面積最大(0.821、0.750)(圖3),當(dāng)左肺下葉LAV-950%>28.55%時,預(yù)測FEV1%pred<50%的敏感度為87.1%,特異度為65.4%,預(yù)測MVV%pred<50%的敏感度為76.9%,特異度為65.9%。

圖3 A:LAV-950%(全肺、UL、LL、UR、MR、LR)預(yù)測FEV1%pred曲線下面積分別為0.780、0.732、0.821、0.755、0.684、0.762;B:預(yù)測MVV%pred曲線下面積分別為0.735、0.707、0.750、0.728、0.6828、0.698

討 論

慢性阻塞性肺疾病是一種嚴重危害人類健康的常見病,嚴重影響患者的生命質(zhì)量,是導(dǎo)致死亡的重要病因,并給患者及其家庭以及社會帶來沉重的經(jīng)濟負擔(dān)。目前肺功能檢查作為慢阻肺的最佳診斷標準,但是受到很多限制,而且當(dāng)肺部損害面積達到30%以上時,肺功能才會出現(xiàn)異常[4],給早期診斷帶來困難。肺氣腫是COPD最重要的表現(xiàn)形式,在CT圖像上表現(xiàn)為密度減低區(qū),既往的常規(guī)劑量檢查顯示CT值界低于-950HU時的密度減低區(qū)與病理結(jié)果具有更好的相關(guān)性[10],因此,在CT值低于-950HU的區(qū)域所占肺容積的百分比應(yīng)用于量化肺氣腫[11]。隨著低劑量肺結(jié)節(jié)篩查的普及,在此基礎(chǔ)上定量評估肺氣腫,在不增加患者輻射劑量及經(jīng)濟負擔(dān)的同時,增加診斷價值[12]。本研究在檢查中使用能譜純化技術(shù)的Sn100kV管電壓,明顯降低輻射劑量,使用自動管電流調(diào)節(jié)技術(shù),保持圖像噪聲的平穩(wěn),保證圖像信噪比[13],同時使用較大螺距(2.0)減少掃描時間,提高掃描速度,對于呼吸狀態(tài)不穩(wěn),耐受性不佳的肺功能檢查受限的病人[14]在相對靜止的狀態(tài)完成檢查。

既往的研究中采用常規(guī)劑量呼吸雙相[15-16]及低劑量[7-8]來評估COPD,本研究中雙肺LAV-950%、雙肺TLV與肺功能參數(shù)FVC%pred、FEV1%pred、FEV1/FVC、PEF%pred、DLCO%pred呈負相關(guān),其中以雙肺LAV%與肺功能各參數(shù)相關(guān)性較高。雙肺MLD、雙肺FWHM與FVC%pred、FEV1%pred、FEV1/FVC%、PEF%pred呈正相關(guān),與DLCO%pred無相關(guān)性;雙肺HAV-200%及標準差與肺功能參數(shù)間無明顯相關(guān)性。在正常、輕度、重度肺損傷組別中,隨著肺損傷程度的加重,雙肺及各肺葉LAV-950%、雙肺TLV上升趨勢明顯,提示雙肺及各肺葉LAV-950%可以很好的反應(yīng)肺損傷程度,隨著肺氣腫范圍的增大,患者肺功能程度越差,這與蘭長青等[17]研究相似。進一步按肺葉分析顯示,肺氣腫區(qū)域以雙肺上葉及右肺中葉為著,雙肺下葉相對較輕,這是因為雙肺下葉代償能力較高,當(dāng)肺損傷時,雙肺上葉代償能力較低易發(fā)生氣體潴留[18]所致。鑒于此,胸部CT可以根據(jù)肺葉的LAV-950%進行空間分布準確定位,明確責(zé)任肺氣腫集中及嚴重區(qū)域,為臨床進行肺減容術(shù)明確術(shù)前靶區(qū),提供客觀依據(jù)[19-20]。

本研究中雙肺上葉LAV-950%與肺功能彌漫功能參數(shù)DLCO%pred相關(guān)性較好,右肺下葉LAV-950%與DLCO%pred相關(guān)性較差,這與文獻報道[21]相似。本研究雙肺下葉LAV-950%與肺功能氣流受限指標FEV1%pred、FEV1/FVC%、PEF%pred、MVV%pred相關(guān)性較好,這與蘭長青等[17]研究不盡相同,但肺功能氣流受限指標均與左肺下葉相關(guān)性最高,可能的原因為本研究及王雷報道[21]重度肺損傷例數(shù)少于輕度肺損傷例數(shù),而蘭長青等[17]研究輕度肺損傷與重度肺損傷例數(shù)相近有關(guān)。但總體研究肺功能氣流受限指標以左肺下葉LAV-950%明顯,可能的原因為左肺下葉解剖結(jié)構(gòu)如左肺支氣管細長、分支較少有關(guān)[22],由此可以預(yù)測通氣功能下降的嚴重程度,本研究顯示當(dāng)左肺下葉LAV-950%大于28.55%時,預(yù)測FEV1%pred<50%的敏感性為87.1%,預(yù)測MVV%pred<50%的敏感性為76.9%。

本研究局限性,首先,肺功能未按COPD全球倡議(Global initiative for chronic obstructive pulmonary disease,GOLD)進行分級,按ATS /ERS(2005版/2019版)通氣功能下降分級更能接近臨床。其次,本研究重度肺損傷患者明顯少于輕度肺損傷患者,有待于進一步補充病例研究。再次,本研究CT定量測量未加入氣道指標以及肺血管因素,有待于后期研究的深入。

綜上所述,超低劑量胸部CT定量指標LAV-950%與肺功能有良好的相關(guān)性,可以定量量化肺損傷,在低劑量肺癌篩查的基礎(chǔ)上,在不增加患者輻射劑量及經(jīng)濟負擔(dān)的前提下,評估肺功能,增加篩查價值。同時,可以定量各個肺葉不同肺氣腫區(qū)域及嚴重程度,明確責(zé)任肺葉,并能預(yù)測肺通氣功能障礙的嚴重程度,為臨床精準治療提供依據(jù)。