動態(tài)胸片定量評價慢性阻塞性肺疾病患者用力呼吸下橫膈運動的研究

鐘朝輝，陳疆紅，吳柯薇，于剛剛，王維，張婷婷

首都醫(yī)科大學附屬北京友誼醫(yī)院 a. 放射科；b. 呼吸科，北京 100050

引言

膈肌是維持人體呼吸最主要的呼吸肌，參與約80%的通氣需要。而慢性阻塞性肺疾病會導致膈肌結構及功能的改變，膈肌功能障礙會進一步引起患者呼吸衰竭、甚至死亡。因此，準確評價橫膈的形態(tài)及運動有助于全面了解慢性阻塞性肺疾?。–hronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）患者的病情。

本研究采用了一種新型的X線平板探測設備，可以獲得患者立位下隨呼吸運動的動態(tài)胸片，將既往X線胸片的靜態(tài)顯示轉變成了動態(tài)圖像，更有價值的是本設備通過對圖像的后處理得到有關橫膈上下運動幅度、時間、速率等定量參數(shù)，利于精準評價患者膈肌的運動狀態(tài)。國外已有數(shù)篇有關此設備的相關文章[1-4]，均得到了有意義的結果，在Hida等[3]的研究中顯示COPD患者用力呼吸橫膈上下運動幅度小于健康者，但此結論僅局限于單中心、小樣本COPD患者的研究，本文為國內(nèi)首次應用此設備，擴大了樣本量，目的為進一步驗證此設備對于COPD患者的診斷價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

研究通過了首都醫(yī)科大學附屬北京友誼醫(yī)院倫理委員會批準，所有受試者均簽署了知情同意書。自2018年6月至2019年6月連續(xù)性納入受試者。COPD患者入組標準：① 年齡40～75歲之間；② 根據(jù)2017版慢性阻塞性肺疾病全球創(chuàng)議（Dlobal Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease，GOLD）指南診斷COPD I～IV期（輕度至重度）患者；③ 具有吸煙史（目前吸煙或已戒煙）＞10包年；④ 本人同意并簽署知情同意書。排除標準：① 支氣管哮喘患者；② 合并其他彌漫性肺疾??；③ 合并急性肺部感染或有明確肺部占位；④ 有明顯胸膜或胸壁病變；⑤ 既往有肺部手術病史。共納入96例COPD患者，男79例（82.29%），女17例（17.71%），平均年齡（67±7）歲。此外，選擇健康受試者作為對照組，入組標準：① 年齡40～75歲之間；② 既往體健，無確診心肺疾患；③ 肺功能檢查正常（FEV1/FVC＞70%）；④ 無吸煙史；⑤ 本人同意并簽署知情同意書。共入組50例，男8例（16.00%），女42例（84.00%），平均年齡（53±5）歲。測量并記錄受試者的身高、體重并計算體質(zhì)量指數(shù)（體重/身高2）。

1.2 檢查設備及數(shù)據(jù)分析

本研究采用的X線機為日本柯尼卡公司（Konica Minolta Inc，Tokyo，Japan）的動態(tài)X線設備。拍攝前，示范受試者用力快速吸氣至最大吸氣量，接著用力快速呼氣至最大呼氣量。受試者為立位后前位拍攝，拍攝條件為：管電壓100 kV；管電流50 mA。像素為388×388 μm，矩陣1024×768。以15幀/s獲取數(shù)據(jù)，為了減少輻射劑量，本設備X線為脈沖發(fā)射，曝光時間約15 s，X線輻射劑量約0.34 mSv。

將圖像傳至自帶的工作站，利用其研發(fā)的軟件(Kinetic Analysis Tool)對拍攝的動態(tài)胸片進行分析。此軟件可以自動識別雙側肺尖及橫膈的邊緣并進行標記（圖1）。由具有15年胸部影像診斷經(jīng)驗的醫(yī)生選取呼氣末圖像，并對軟件自動標記的雙側橫膈最高點及雙肺尖位置予以調(diào)整、確定，之后軟件可以自動追蹤這些位置隨著呼吸的運動軌跡，繪制出量化的橫膈至雙肺尖垂直距離隨時間的變化曲線及相應的橫膈運動速率隨時間的變化曲線（圖2），曲線上任意一點的數(shù)值均可被顯示。我們根據(jù)曲線上顯示的數(shù)值得到雙側橫膈的上下垂直運動幅度、速率及時間。

圖1 自動分析軟件識別雙側橫膈最高點及雙肺尖示意圖

圖2 自動分析軟件繪制的雙側橫膈上下運動幅度及速率隨時間變化曲線示意圖

1.3 統(tǒng)計學分析

應用IBM SPSS 20.0軟件進行統(tǒng)計學分析。對于計量數(shù)據(jù)首先做正態(tài)性檢驗，正態(tài)性計量資料采用均值±標準差（±s）表示，偏態(tài)分布數(shù)據(jù)均數(shù)以中位數(shù)（四分位距）表示。進行COPD及健康對照組兩組數(shù)據(jù)比較時，對于正態(tài)性數(shù)據(jù)行兩個獨立樣本t檢驗，對于非正態(tài)性數(shù)據(jù)行非參數(shù)檢查（Mann-Whitney U），計數(shù)資料采用χ2檢驗。行肺功能與橫膈移動幅度的相關性分析，正態(tài)性資料應用Pearson相關性檢驗，非正態(tài)性資料應用Spearman相關性檢驗，r=0.10～0.39為相關性弱；r=0.40～0.69為相關性中等；r=0.70～1.00為相關性強。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

96例COPD患者及50例健康受試者的臨床基本資料如表1所示。兩組間年齡、性別及身高有統(tǒng)計學差異，但是體重及BMI無明顯差異。肺功能檢查顯示在反映肺容量的深吸氣量（Inspiratory Capacity，IC）兩組間有統(tǒng)計學差異。反映肺通氣的用力肺活量（Forced Vital Capacity，F(xiàn)VC）、第一秒最大呼氣量（Maximum Expiratory Volume in the First Second，F(xiàn)EV1）、第一秒最大呼氣量/用力肺活量（FEV1/FVC）兩組間比較均有統(tǒng)計學差異。

表1 COPD患者及健康受試者臨床基本資料及肺功能檢查結果

兩組受試者用力呼吸下雙側橫膈運動數(shù)據(jù)如表2所示。用力呼吸下COPD患者橫膈上下運動幅度小于健康者，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）；同時COPD患者吸氣、呼氣橫膈移動時間均少于健康者（P＜0.05），而橫膈移動速率兩組間無明顯差異。COPD患者及健康者左側橫膈移動幅度均顯著大于右側（PCOPD=0.035，P健康者=0.048）。COPD患者吸氣相、呼氣相左側橫膈移動速率均顯著大于右側橫膈（P吸氣相=0.005，P呼氣相=0.006），而在健康者無明顯差異（P吸氣相=0.083，P呼氣相=0.109）。

表2 COPD患者及健康受試者用力呼吸下橫膈運動參數(shù)的比較

最后，分析了COPD患者肺功能參數(shù)與用力呼吸下雙側橫膈上下運動幅度總和的相關性，見表3。其中，F(xiàn)EV1/FVC是所有肺功能中與橫膈運動幅度相關性最高的參數(shù)，相關性中等。

表3 呼吸功能參數(shù)和用力呼吸下雙側橫膈移動幅度的相關性

3 討論

膈肌是維持人體呼吸的主要骨骼肌，膈肌主動收縮向下移位，胸腔內(nèi)產(chǎn)生負壓，促進氣體進入胸腔，當膈肌舒張時借助肺的彈性回縮而呼出氣體，這是大家熟知的呼吸的生理過程。但是，COPD引起的病理變化會導致膈肌形態(tài)及功能的一系列變化。本研究患者入組標準遵循的是GOLD 2017的標準，即患者存在持續(xù)呼吸道癥狀和氣流受限，使用支氣管擴張劑后肺功能檢查為FEV1/FVC＜0.7，此肺功能指標提示患者存在持續(xù)性氣流受限，最新的GOLD 2020仍維持之前的診斷標準[5]。

基于COPD患者呼吸道氣流受限、肺內(nèi)氣體潴留，導致呼吸肌的負荷明顯增加，文獻報道這種負荷較正常增加了5～10倍之多[6]。此外，肺組織過度膨脹會導致膈肌低平，從而降低了其產(chǎn)生張力的能力，影響呼吸運動，而且COPD產(chǎn)生的炎癥因子會嚴重影響包括膈肌在內(nèi)的全身骨骼肌，加之患者全身組織供氧不足、電解質(zhì)紊亂等各種因素都會對膈肌產(chǎn)生進一步損傷[7-10]。既往評價膈肌形態(tài)或功能的相關影像研究較多[11-13]。普通X線胸片是評價膈肌形態(tài)改變的初篩手段[14]。進一步的CT檢查可以明確引起膈肌形態(tài)、位置異常的多種病因[15]，比如膈下病變引起的膈肌抬高或者惡性病變侵犯膈神經(jīng)所致的一側膈麻痹等。進而動態(tài)磁共振檢查可以進一步評價膈肌的功能，但技術相對復雜，對操作的要求較高[16]。超聲檢查則是臨床最常用來評價膈肌形態(tài)和功能的手段，其操作簡單且無電離輻射，可以用來測量膈肌運動方向和移動幅度[17-18]。本研究應用的動態(tài)X線攝影設備對比以上多種檢查方式有自己獨特的優(yōu)勢，提供給我們客觀、定量的數(shù)據(jù)，為精準診斷提供了很大幫助。本研究在既往對COPD患者平靜呼吸研究的基礎上進一步對用力呼吸進行了研究，因為用力呼吸相對平靜呼吸更能反映膈肌運動狀態(tài)和肺功能情況。研究結果顯示，COPD患者用力呼吸橫膈上下運動幅度小于健康者，此結論與Hida等[3]的研究結果一致，反映了以上提到的COPD病理改變對橫膈的影響；但是COPD患者吸氣相、呼氣相雙側橫膈移動速率與健康者比較均無顯著差異，而其文章中COPD患者吸氣相左側橫膈移動速率小于健康者，這可能和入組病例的數(shù)目及個體差異所致，其文章僅入組了31例患者，還需更大樣本、多中心研究進一步驗證。此外，本研究中COPD患者用力吸氣相及呼氣相雙側橫膈移動時間均低于健康者，這在Hida等[3]的文章中未提及。本研究還進一步比較了COPD患者和健康者在用力呼吸下雙側橫膈的運動差異，兩組受試者左側橫膈的移動幅度均明顯大于右側橫膈且COPD左側橫膈移動速率峰值大于右側橫膈，原因可能是肝臟對右側橫膈主動收縮下移的限制。

COPD患者用力呼吸膈肌移動幅度與肺功能中FEV1/FVC相關性中等（r=0.440），與其余肺功能參數(shù)相關性弱。而在Hida等[3]應用動態(tài)胸片的文章中，COPD患者用力呼吸橫膈的移動度與VC%相關性中等（左膈r=0.41，右膈r=0.40），與FEV1的相關性弱（左膈r=0.39，右膈r=0.36）。不難理解，膈肌的移動度只是影響肺功能的一個因素，加之受試者呼吸方法及設備的差異等因素都會對結果產(chǎn)生影響。

本研究有以下幾點局限性：① 本研究是單中心研究，有待進一步增加樣本量去驗證結論；② 本研究納入的健康對照組年齡及性別與試驗組不匹配，是因為COPD患者年齡偏大且以男性為主，較難納入與之匹配的健康對照組，根據(jù)既往研究顯示性別及年齡對于橫膈移動度無顯著影響[4]；③ 動態(tài)胸片為新研發(fā)的設備，獲得的動態(tài)胸片圖像只有正位數(shù)據(jù)而缺乏側位的信息，有待進一步完善，為臨床提供更多客觀數(shù)據(jù)。

綜上，利用動態(tài)胸片可以獲得橫膈移動的客觀、準確的定量數(shù)據(jù)，是評估COPD患者病情的有價值的檢查方法。