CT評估慢性阻塞性肺疾病肺功能臨床研究進展

竇 飛,王國清,宋東虎,陳 磊,朱 林,周先明

(1.宣城市中心醫(yī)院影像科,安徽 宣城242000;2.池州市人民醫(yī)院,安徽 池州 247000)

作為多見的異質(zhì)性疾病,慢性阻塞性肺疾病( Chronic obstructive pulmonary, COPD)致病因素較為復(fù)雜,機體若與有害物質(zhì)(顆?；驓怏w)長時間密切接觸[1],氣道、肺泡可能會因此產(chǎn)生異常,從而誘發(fā)COPD。COPD患者肺部處于異常發(fā)育狀態(tài)下,表現(xiàn)為持續(xù)的呼吸道癥狀。本病患者可誘發(fā)嚴重的癥狀,病情嚴重時,一系列的并發(fā)癥也會造成患者致殘、致死[2]。我國進入了老齡化社會,在吸煙率逐年持續(xù)增加的背景下,在今后的40年里,COPD發(fā)病率均比較高,呈現(xiàn)逐年增加趨勢。在2060年,每年死于COPD及其疾病的人數(shù)可能超過540萬人次[3],臨床對COPD的早期診斷尤為重要,及時診斷疾病能幫助臨床制定較為有效、合理的治療方案,故早期診斷技術(shù)是治愈疾病的關(guān)鍵。在影像學(xué)技術(shù)日益發(fā)展的背景下,CT定量評估方案兼具客觀性與無創(chuàng)性等優(yōu)勢,很多專家將其研究的重點放在了CT定量檢測方面,隨著研究的逐步開展,COPD病理改變機制逐漸清晰,主要體現(xiàn)在兩個方面,其一,COPD患者的外周氣道易產(chǎn)生損傷,且反復(fù)損傷,修復(fù)也具有反復(fù)性,最終氣道得以重構(gòu)。其二,COPD表現(xiàn)為較強的炎癥損傷,炎癥對于肺實質(zhì)具有破壞作用,最終誘發(fā)肺氣腫。不管是氣道的損傷[4],還是氣道的修復(fù),兩者均具有較強的反復(fù)性,肺實質(zhì)在破壞之后,氣流受限便發(fā)生在COPD患者身上。產(chǎn)生這一情況的原因是,疾病進展至后期,病情呈現(xiàn)加重趨勢,另外血流動力學(xué)會產(chǎn)生相應(yīng)的變化,最終產(chǎn)生一系列并發(fā)癥,肺動脈高壓就是其并發(fā)癥之一[5],并發(fā)癥將對患者的生命安全造成危害,其與生存期的縮短密切相關(guān),同時也與醫(yī)療需求的增加具有密切的關(guān)系。對于肺氣腫病變來說,應(yīng)用CT能夠?qū)ζ溥M行準確評估,不僅如此,氣道重構(gòu)也可應(yīng)用CT評估[6],同時也能夠有效對肺心病病變進行評估,目前在臨床上取得了廣泛的應(yīng)用[7],有助于為COPD臨床診治提供有效的參考依據(jù)?；诖?本文旨在綜述在COPD患者中展開CT定量評估的臨床研究進展。

1 肺功能檢查尚存的局限性

既往,肺功能檢查作為一種客觀指標(biāo),其能有效判斷COPD患者氣流受限情況?；颊呷舸嬖诟呶Ｒ蛩?則可應(yīng)用支氣管擴張劑,在應(yīng)用后,患者的第一秒用力容積在肺活量百分比中不足70%,則可判定患者為COPD。COPD患者氣流受限的嚴重分級可應(yīng)用第一秒用力呼氣容積占預(yù)計值的百分比來判斷[8]。但有研究認為當(dāng)小氣道損傷超過70%,肺實質(zhì)改變超過30%時,患者的臨床癥狀才可出現(xiàn),同時表現(xiàn)為肺功能異常。因此,肺功能檢查的單獨應(yīng)用無法判斷疾病的復(fù)雜程度。加上COPD本身屬于異質(zhì)性疾病[9],臨床癥狀呈現(xiàn)多樣性發(fā)展,全部呼吸系統(tǒng)功能的變化能夠應(yīng)用肺功能檢查進行判斷及了解,但肺功能改變的具體問題和病變原因卻無法檢查出來,應(yīng)用肺功能檢查更無法對各個肺葉、肺氣腫的嚴重程度加以辨別。而肺氣腫是COPD氣流受限的主要危險因素,這一點不言而喻。有專家認為[10-11],對年輕的吸煙者開展影像學(xué)檢查,約有三分之一患者影像學(xué)存在程度不一的損傷,他們不管是在活動耐量、還是生活質(zhì)量方面均與穩(wěn)定期COPD患者具有一定的相似性。吸煙人群若無氣流受限癥狀,則很有可能進展為COPD,而若患者存在氣流受限癥狀,則其肺功能降低速度更為快速。因此,應(yīng)用肺功能檢查只能判斷患者整體的氣流受限情況,但無法為局部組織損傷程度提供有用、準確的信息。

2 CT與COPD的臨床概述

COPD不僅與肺氣腫存在相關(guān)性[12],COPD也和慢性支氣管炎存在一定的聯(lián)系。不管是肺氣腫,還是慢性支氣管炎,若患者表現(xiàn)為持續(xù)性氣流受限時,即可判斷患者為COPD。在全球范圍內(nèi),COPD備受矚目,本病是誘發(fā)呼吸系統(tǒng)慢性疾病的主要危險因素,且發(fā)病風(fēng)險較高,同時病死率呈現(xiàn)逐年增高趨勢[13],目前是全球死亡因素的第四位。預(yù)防COPD,且疾病快速診斷、盡早治療是全球均需解決的一大難題。隨著臨床上影像學(xué)技術(shù)的深入推廣與應(yīng)用,CT定量技術(shù)應(yīng)運而生,多數(shù)專家開始依靠CT技術(shù)來檢測COPD的肺部功能。特別是在當(dāng)下,CT具有較強的軟硬件技術(shù),且發(fā)展速度,其常與計算機技術(shù)相聯(lián)合,并逐步應(yīng)用于肺部疾病中,有助于疾病的早期診斷。同時CT技術(shù)還在肺功能檢測方面具有較廣的應(yīng)用。大量研究顯示,經(jīng)CT檢測后,其能夠?qū)Ψ尾坎∽兘o予準確定位、定量,反映的肺功能情況較為準確,在肺部疾病的診斷中具有較好的應(yīng)用前景,在肺功能的測定方面也具有一定的價值,為COPD診治方案的制定提供指導(dǎo)方向。

3 CT評估肺氣腫的主要方法

3.1 視覺評估 肺實質(zhì)被破壞,這是COPD患者無可避免的,肺實質(zhì)破壞的表現(xiàn)有三:患者的細胞外基質(zhì)遭到破壞,這是其一[14];末梢支氣管遠端處表現(xiàn)為空腔樣擴大,這是其二;肺泡壁廣泛被破壞,這是其三。對肺實質(zhì)內(nèi)應(yīng)用CT檢查,可見其中存在低衰減區(qū)。視覺評分法的應(yīng)用,可對肺氣腫進行有效評估,從而直觀可見肺實質(zhì)的破壞程度。參照肺功能檢查來看,視覺評估法與其具有相關(guān)性,其與病理分級亦存在相關(guān)性,是判斷肺氣腫是否存在的篩查工具。但視覺評估法存在的特點是因人而異,該方法存在的主觀性較強,且容易被放射科醫(yī)生工作經(jīng)驗所影響。

3.2 閾值法 低衰減區(qū)為肺氣腫CT的主要表現(xiàn),基于這個原理,閾值法應(yīng)用,能夠?qū)崿F(xiàn)肺氣腫的定量測量,若區(qū)域低于閾值則被稱為肺氣腫區(qū),同時計算肺氣腫的體積占全肺部體積的百分比(LAA)[15]。目前,臨床很多醫(yī)學(xué)專家均將-950 HU納為閾值,且研究認為,LAA與COPD肺功能,呈現(xiàn)較理想的相關(guān)性。

3.3 體素法 繼閾值法之后,體素法應(yīng)運而生,且在肺氣腫的測量中得到廣泛應(yīng)用[16],與閾值法不同的是,臨床應(yīng)用體素法能得到理想的肺氣腫CT定量測量結(jié)果[17],也能獲得功能性小氣道疾病(Functional small airway disease,FSAD)和肺氣腫于每位患者中所占比例,也能準確診斷疾病的嚴重程度,并診斷疾病表型。在COPD病情的進展下,肺氣腫的產(chǎn)生往往要晚于FSAD[18]。總而言之,CT定量測量方法正持續(xù)發(fā)展,臨床醫(yī)生可借助這一技術(shù)獲得豐富的信息,在診斷COPD中具有一定的作用,同時還能準確評估疾病分期,便于后續(xù)隨訪。

4 CT定量測量在支氣管病變中的應(yīng)用

4.1 小氣道的概念及病理機制 小氣道是COPD支氣管病變的主要發(fā)生部位,其相關(guān)概念是加拿大病理專家Hogg提出來的,該專家認為,COPD會發(fā)生阻塞[19],其阻塞部位在于小氣道內(nèi),氣道不超過2 mm,故稱為小氣道,阻塞(不同程度)、形成的黏液栓、纖維化便是小氣道早形態(tài)學(xué)上的表現(xiàn)。對于小氣道病變患者來說,提供對其的影像學(xué)觀察,可對氣道壁開展直接測量,同時測量氣體潴留,小氣道病變情況可間接得到。對氣體滯留進行有效鑒別,其可應(yīng)用呼氣相和吸氣相平均肺密度之比來加以鑒別[20-21]。

4.2 二維轉(zhuǎn)向三維——氣道壁的測量 CT技術(shù)在發(fā)展,其在氣道后壁的測量中具有較廣的應(yīng)用。測量氣道壁厚度,最初可應(yīng)用二維圖像技術(shù)[22],且早期的測量方向為大氣道方面。測量右肺上葉尖端支氣管和壓段支氣管的管壁厚度,是我國專家測量最多的部位。主要是右肺下葉支氣管所存在的走行處于垂直狀態(tài),其既不受到呼吸的影響[23],也不受到心臟搏動的影響。目前,對小氣道的自動測量方法多應(yīng)用三維支氣管樹重建,該技術(shù)能對第五級的支氣管進行測量,甚至有望測量第六級的支氣管。對于氣道壁尺寸的描述,各位學(xué)者均有不同的描述方法[24],結(jié)果也是千差萬別。要確保所得到的結(jié)果具有規(guī)范性,臨床將Pi10標(biāo)準化測量參數(shù)提出來,i10作為測量內(nèi)周長為10 mm氣道面積平方根,那么氣道壁的厚度與疾病加重程度具有一定的關(guān)系,其厚度會由于疾病的加重產(chǎn)生變化。有專家對COPD急性加重期的患者做氣道功能檢查,結(jié)果顯示,經(jīng)CT檢查后,小氣道功能、結(jié)構(gòu)指標(biāo)能得到改善,且與疾病的恢復(fù)情況呈現(xiàn)明顯的相關(guān)性[25],從而為急性加重期的COPD患者制定更好地治療策略,并對其進行有效評價。CT技術(shù)正在穩(wěn)步發(fā)展,測量氣道亦從二維向三維轉(zhuǎn)變,三維圖像沒有二維圖像所存在的缺點,能在軟件輔助下測量支氣管任何位置,其與氣道互為垂直關(guān)系,能夠自動進行測量,小氣道的變化情況清晰可見,反映準確。

5 CT定量測量在血管面積中的應(yīng)用

5.1 COPD小血管病理機制 COPD本身是一種特征性改變疾病[26],肺血管改變是比較突出的變化之一[27]。COPD肺血管改變和內(nèi)皮功能障礙有關(guān),炎癥、煙霧等因素均會刺激[28-29],造成肺血管處的內(nèi)皮細胞產(chǎn)生紊亂。造成的表現(xiàn)為平滑肌細胞增生肥大、纖維細胞表型發(fā)生改變等,最終造成肺血管結(jié)構(gòu)的重塑,管腔增厚與狹窄,甚至于出現(xiàn)管腔閉塞。吸煙、動脈粥樣硬化、肺小血管橫斷面積百分比(%CSA),三者存在因果關(guān)系。

5.2 小血管橫截面積評估COPD、肺動脈高壓的應(yīng)用 張兆福等[30]將40例COPD合并肺動脈高壓患者納入研究,在患者病情穩(wěn)定期對其進行肺部功能測試,應(yīng)用胸部CT檢測,結(jié)果顯示,重度肺動脈高壓患者的血管總橫截面積百分比(%CSA)明顯高于輕度肺動脈高壓,多元回歸分析顯示,重度與輕度肺動脈高壓患者的平均肺動脈壓預(yù)測因子分別為%CAS<5和壁厚,在COPD患者中結(jié)合%CSA<5,動脈氧分壓與壁厚能對pH進行預(yù)測。國外學(xué)者認為,經(jīng)CT測量后,吸煙者會喪失肺部小血管,血管橫截面積是組織學(xué)定量中的,減少與肺部小血管的喪失存在密切關(guān)系。在上述的研究中,各位專家均對肺小血管的橫截面積進行了CT評估[31],方法為二維圖像技術(shù),其缺乏整體性,不如三維圖像檢測技術(shù)。有專家自動提取了肺血管,方法應(yīng)用的是三維定量算法,還對肺血管進行分割,得到肺血管體積,而后展開呼吸雙向肺部內(nèi)血管體積與肺功能的相關(guān)性分析,結(jié)果顯示,全肺及各肺葉吸氣相肺內(nèi)血管體積與肺功能呈現(xiàn)正相關(guān)[32],呼氣性肺內(nèi)血管體積與肺功能呈現(xiàn)正相關(guān)性。雙氣相CT也能對COPD患者的血管肺內(nèi)體積及呼吸狀態(tài)下肺血管的變化量進行評估,同時其也可評估COPD呼氣氣流阻塞程度[33]。國內(nèi)外專家借助CT來對大血管直徑相關(guān)參數(shù)進行測量,以此來評估COPD是否合并肺動脈高壓[34]。國外專家認為[35],肺動脈直徑與主動脈直徑之比若超過1,則與嚴重的COPD急性加重密切相關(guān)。外國專家對比了肺動脈高壓患者與健康組織的肺動脈直徑與平均肺動脈壓,認為肺動脈高壓患者的主肺動脈直徑增寬,且與平均肺動脈壓具有密切的關(guān)系,因此CT能有效診斷COPD合并肺動脈高壓。應(yīng)用%CSA測量來對COPD是否合并肺動脈高壓具有較高的潛在價值[36],主要生理機制包括以下幾點:①COPD患者存在肺實質(zhì)破壞情況,肺組織處于過度膨脹中,肺泡伴隨的肺小血管造成擠壓、破壞,肺小血管數(shù)量相應(yīng)減少。②COPD患者肺部易受到炎癥的刺激,慢性缺氧、酸中毒等因素可造成血管內(nèi)皮功能失調(diào),肺小動脈發(fā)生痙攣[37-38],對其起到破壞作用,最終重塑。COPD一般合并輕度肺動脈高壓,也會合并中度肺動脈高壓,此時肺大血管的變化不是很明顯,因此,專家認為[39],肺小血管的變化在理論上可以更早期對COPD是否存在肺動脈高壓進行診斷與評估。肺小血管橫斷面積的測量可將二維測量轉(zhuǎn)換為三維測量。

6 結(jié) 語

綜上所述,判斷進展是否存在氣流受限情況,則可應(yīng)用肺功能檢查,COPD診斷的黃金標(biāo)準表示肺功能檢查,但此種檢查方法具有很大的局限,其無法對單側(cè)或局部組織的破壞程度進行評估,也無法掌握肺功能損傷情況,其只能對肺部所具有的整體情況展開評估。在CT技術(shù)發(fā)展的背景下,CT對肺功能的檢測可借助計算機來加以完成,其能分析檢測患者的單側(cè)或局部感興趣區(qū)域,能夠避免臨床肺功能檢查存在的不足。臨床肺功能檢查能反應(yīng)肺內(nèi)、氣管、口腔等氣體容積的變化,而CT檢測肺功能可避免其他氣體的干擾,使得檢查結(jié)果更接近實際值,檢查結(jié)果具有較強的客觀性。臨床肺功能檢查只能對肺功能損傷程度進行評估,卻無法清晰顯示肺部病變的分布于范圍。而CT肺功能測定則可兼顧定位與定量,同時兼顧形態(tài)與功能。另外,臨床肺功能檢查對患者呼吸配合程度具有較高的要求,患者配合度低,最終影響檢查結(jié)果,對于昏迷和呼吸功能嚴重損傷的患者不適用。而CT評估肺功能就相對簡單,很多患者均能和醫(yī)生取得較好地配合,具有操作簡便、直觀、兼具敏感性和準確性,重復(fù)性較為理想。隨著COPD的發(fā)病率不斷增加,如何進行準確、可靠的肺功能評估對于COPD的診斷、治療和預(yù)后判斷十分重要。CT是一種有效的影像學(xué)工具,可以提供精確的肺部解剖結(jié)構(gòu)和組織學(xué)信息,越來越受到臨床醫(yī)生的青睞。下面就CT評估COPD肺功能的臨床研究進展進行簡要展望。①CT體積測定技術(shù):CT體積測定技術(shù)可以通過定量測量肺部體積的變化,可反映肺泡的大小、數(shù)量、排列和形態(tài)等多個方面的信息。該技術(shù)可以用于COPD的評估,包括氣道流速-容量曲線和肺容積測定等參數(shù),特別是FEV1/FVC比值,這是COPD診斷的關(guān)鍵指標(biāo)之一。②CT肺紋理分析技術(shù):肺紋理分析技術(shù)是一種新興的肺部圖像分析方法,通過數(shù)字圖像處理和機器學(xué)習(xí)算法,可以從CT圖像中提取大量的肺組織參數(shù)。這些參數(shù)與COPD的肺功能緊密相關(guān),包括肺組織密度、氣體分布、血管密度、纖維化程度等多個方面。該技術(shù)的應(yīng)用可以幫助進行分級和分類,進而制定更加個體化、有效的治療方案。③CT肺動脈學(xué):COPD并發(fā)癥中,肺動脈高壓是導(dǎo)致病死率增加的一個獨立因素。通過CT檢查,我們可以測量肺動脈直徑、肺泡灌注、肺血流量和心指數(shù)等指標(biāo),幫助評估患者的肺動脈壓力和容量。此外,CT肺動脈學(xué)也有助于區(qū)分不同類型的肺動脈高壓,早期診斷和治療?？傊?隨著醫(yī)學(xué)技術(shù)的進步,CT評估COPD肺功能的方法不斷豐富和完善。未來,我們可以通過更加細致的CT圖像分析和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù),找到更多可供利用的生物標(biāo)志物,進一步提高COPD診斷、治療和預(yù)后判斷的準確性和效果。同時,隨著精準醫(yī)學(xué)理念的逐步普及,CT評估COPD肺功能的應(yīng)用也將逐步得到推廣,為COPD患者的臨床管理和健康管理提供更好的支持。