呼吸氣雙相HRCT成像對(duì)不同COPD表型的定量評(píng)估

史維雅，杭晶卿 ，張志勇，張鋒英

（1.上海市普陀區(qū)人民醫(yī)院，上海 200060；2.復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院放射科，上海 200032）

慢性阻塞性肺疾?。–OPD）是一種臨床表現(xiàn)多 種多樣的異質(zhì)性疾病[1]。目前臨床普遍采用的肺功能測(cè)定反映的僅僅是肺整體功能，不能全面反映疾病的復(fù)雜性，難以準(zhǔn)確區(qū)分肺氣腫、氣道病變或兩者共同作用。應(yīng)用CT定量分析COPD患者肺功能，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本研究將應(yīng)用雙相HRCT掃描（即吸氣相結(jié)合呼氣相）定量測(cè)定COPD肺氣腫及氣道病變所致的氣體陷閉，研究CT定量參數(shù)在不同COPD表型中的差異，并與肺功能做相關(guān)性分析，確定臨床可行性的CT應(yīng)用參數(shù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2013年4月—2015年12月來我院呼吸科就診，臨床及肺功能檢查確診的穩(wěn)定期COPD患者91例，臨床診斷參照2013年GOLD標(biāo)準(zhǔn)[2]并排除其他慢性心肺疾病、胸膜疾病等?；加屑毙苑窝?、氣胸、胸腔積液、肺實(shí)變或不張、胸廓變形、哮喘、肺間質(zhì)纖維化、肺腫瘤、肺結(jié)核、胸部手術(shù)史等不納入本研究。所有入選者肺功能監(jiān)測(cè)和CT檢查均在2天內(nèi)完成。

1.2 肺功能檢查

取坐位，套上咬嘴，夾閉鼻子。測(cè)定肺功能參數(shù)：包括第1秒用力呼出容量（FEV1）、用力呼氣第1秒量的實(shí)測(cè)值占預(yù)計(jì)值的百分比（FEV1%）和第1秒率（FEV1/FVC）。

1.3 HRCT 檢查

囑患者仰臥，分別做一次吸氣相掃描和一次呼氣相掃描，要求患者最大限度吸氣或呼氣然后屏氣配合掃描。CT機(jī)型為Siemens SOMATOM Definition AS+128層螺旋CT，掃描參數(shù)：管電壓120 kV，有效管電流 50 mAs， 準(zhǔn)直器寬度 128×0.6 mm，F(xiàn)OV 300 mm，螺距 1.1，旋轉(zhuǎn)時(shí)間 0.5 s，層厚 1 mm，層間距1 mm，掃描由肺底至肺尖。

1.4 CT圖像視覺評(píng)估

肺氣腫程度的評(píng)估：觀察主動(dòng)脈弓為中心的上肺野、氣管隆突為中心的中肺野和下肺靜脈心房入口處為中心的下肺野的圖像（圖1a～1c）。在雙側(cè)上、中、下肺野中，根據(jù)低衰減區(qū)的百分比（Percent low attenuation areas，%LAA） 計(jì)算肺氣腫分值，%LAA＜5%計(jì) 0分，5≤%LAA＜25%計(jì) 1分，25≤%LAA＜50%計(jì) 2分，50≤%LAA＜75%計(jì) 3分，%LAA≥75%計(jì) 4分。將雙側(cè)上、中、下肺野6個(gè)層面的肺氣腫分值相加得出總分，并對(duì)肺氣腫進(jìn)行分級(jí)：0級(jí)，總分=0分；1級(jí)，總分=1～6分；2級(jí)，總分=7～12分；3級(jí)，總分=13～18 分；4 級(jí)，總分=19～24 分。支氣管管壁增厚的評(píng)估：支氣管管壁/相鄰肺動(dòng)脈直徑≥30%，即可判定為支氣管管壁增厚。

圖1 a～1c 肺氣腫程度的評(píng)估示例，分別為主動(dòng)脈弓為中心的上肺野、氣管隆突為中心的中肺野和下肺靜脈心房入口處為中心的下肺野。Figure 1a～1c.CT images showed the upper lung field centred of aortic arch and the middle lung field centred of tracheal carina and the lower lung field centred of lower pulmonary vein atrium entrance for evaluation of emphysema'respectively.

根據(jù)肺氣腫分級(jí)和有無支氣管管壁增厚，將COPD分為3個(gè)表型：A型：無肺氣腫或輕微肺氣腫（肺氣腫分級(jí)≤1級(jí)），不考慮是否伴有支氣管管壁增厚；E型：明顯的肺氣腫（肺氣腫分級(jí)≥2級(jí)），不伴有支氣管管壁增厚；M型：明顯的肺氣腫（肺氣腫分級(jí)≥2級(jí)），合并支氣管管壁增厚。將所有圖像傳輸?shù)絇ACS診斷工作站上，由2名高年資放射科醫(yī)生進(jìn)行雙盲法閱片，評(píng)估意見不一致的，由2名醫(yī)師共同評(píng)估取得一致性意見。

1.5 CT圖像定量分析

CT 圖像采用 3D Slicer軟件（www.Slicer.org）定量分析。該軟件由美國(guó)Brigham女子醫(yī)院開發(fā)、作為醫(yī)學(xué)圖像可視化的平臺(tái)免費(fèi)開放。重點(diǎn)分析4項(xiàng)參數(shù)：%LAA-950ins（低衰減區(qū)小于-950 HU在吸氣相上的百分比）；%LAA-856exp（低衰減區(qū)小于-856 HU在呼氣相上的百分比）；RVC-856to-950（-856 HU至-950 HU之間的低衰減區(qū)的肺容積在呼氣相與吸氣相上的相對(duì)差值），計(jì)算公式：RVC-856to-950=-856 HU至-950 HU之間的低衰減區(qū)在呼氣相上的百分比——856 HU至-950 HU之間的低衰減區(qū)在吸氣相上的百分比；E/I-ratio MLD（呼氣相與吸氣相的平均肺密度比值）。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

對(duì)3組COPD表型患者的年齡、性別、吸煙指數(shù)、肺功能及CT定量參數(shù)應(yīng)用Stata 12.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。對(duì)數(shù)據(jù)資料符合正態(tài)分布者采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，偏態(tài)分布用中位數(shù)、第25百分位數(shù)及第75百分位數(shù)即M（P25～P75）表示。資料符合正態(tài)分布及方差齊性時(shí)，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用Bonferroni法，不符合上述條件時(shí)，多組間比較采用Kruskal-Wallis檢驗(yàn)，兩兩比較采用秩變換分析。資料符合正態(tài)分布及方差齊性時(shí)，CT定量參數(shù)與肺功能的相關(guān)性采用直線相關(guān)分析，不符合上述條件時(shí)，則采用Spearman相關(guān)分析。雙側(cè)檢驗(yàn)，P＜0.05 認(rèn)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P＜0.01 認(rèn)為差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

91例患者的一般及肺功能資料分析見表1。其中A型50例，E型23例，M型18例，各組年齡分別為（70.8±9.8）歲、（70.3±9.3）歲和（70.4±8.8）歲。 女性患者占比和不吸煙者比例在A型組中最高。3組的吸煙指數(shù)組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。FEV1、FEV1%、FEV1/FVC值在A型、E型和M型組中依次減少。FEV1%、FEV1/FVC 在各組間均有顯著差異（P＜0.01）。

表1 3組COPD表型患者的一般及肺功能資料（n=91）

91例患者的CT定量參數(shù)分析見表2：%LAA-950ins、%LAA-856exp值在A型、E型和M型組中依次增加，且3組間的差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。RVC-856to-950在各組中的均數(shù)都為負(fù)數(shù)，其絕對(duì)值在A型組中最大，E型組中次之，M型組中最小。E/I-ratio MLD在各組中的均數(shù)大于90%，小于100%。E/I-ratio MLD值在A型、E型和M型組中依次增加。RVC-856to-950和E/I-ratio MLD的3組間差異的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析具有一致性，即在A型與E型、A型與M型的組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，E型和M型的組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 3組COPD表型患者的CT定量參數(shù)比較（n=91）

A型組中50例患者的肺功能與CT定量參數(shù)的相關(guān)性分析見表3。%LAA-950ins與肺功能參數(shù)之間無相關(guān)性，%LAA-856exp、RVC-856to-950、E/I-ratio MLD分別與肺功能參數(shù)間呈負(fù)相關(guān)，且有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。其中，E/I-ratio MLD與FEV1%之間的負(fù)相關(guān)性最強(qiáng)（γ=-0.588，P=0.000）。

表3 A型組COPD患者肺功能與CT定量參數(shù)的相關(guān)系數(shù)與P值（n=50）

E型和M型組中的患者共41例，其肺功能與CT定量參數(shù)的相關(guān)性分析見表4，各個(gè)CT定量參數(shù)與肺功能參數(shù)之間呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）。RVC-856to-950 與 FEV1 之間的負(fù)相關(guān)性最強(qiáng)（γ=-0.669，P=0.000）。

表4 E型和M型組COPD患者肺功能與CT定量參數(shù)的相關(guān)系數(shù)與P值（n=41）

3 討論

COPD以不完全可逆的氣流受限為特征，是氣道重建和肺氣腫共同作用的結(jié)果[1，3]，兩種病理改變?cè)诓煌颊咧兴嫉谋壤煌ＥR床上普遍采用的肺功能測(cè)定反映的僅僅是整體肺功能，當(dāng)肺組織破壞30%以上時(shí)，肺功能才會(huì)出現(xiàn)異常[4]，而CT成像更敏感且直觀化，有助于分型和定量分析。

Fujimoto[5]對(duì)于COPD的形態(tài)學(xué)變化做了CT視覺評(píng)估，研究了CT圖像與臨床特征之間的關(guān)系，將COPD分為3種表型：A型、E型和M型。本研究采用上述視覺評(píng)估體系對(duì)COPD進(jìn)行分型。

CT定量測(cè)定COPD肺氣腫時(shí)，用低衰減區(qū)來代表肺氣腫區(qū)域。盡管CT閾值的設(shè)定存在爭(zhēng)議[6]，-950HU被廣泛采用，不僅能平衡敏感性與特異性[7]，而且與顯微鏡觀及大體觀有較強(qiáng)的相關(guān)性[8]，尤其在吸氣相，因而本研究采用%LAA-950ins來測(cè)定肺氣腫程度。COPD的氣流受限除肺氣腫外，還應(yīng)考慮氣道病變對(duì)其的影響。氣道阻塞主要發(fā)生在直徑＜2 mm的小氣道，表現(xiàn)為呼氣末肺組織的氣體潴留，而吸氣末CT掃描和臨床肺功能無異常改變[9]。%LAA-856exp可以代表氣體陷閉所占的區(qū)域。吸氣相上正常肺密度約為-856 HU，呼氣相上肺密度小于-856 HU則代表不充分的空氣排空，但上述測(cè)量參數(shù)混雜了肺氣腫因素[10]。Matsuoka等[11]提出排除肺氣腫因素后能更好地評(píng)估COPD患者的小氣道阻塞，采用RVC-856to-950測(cè)定，發(fā)現(xiàn)其與臨床肺功能測(cè)定氣體陷閉的參數(shù)呈較強(qiáng)相關(guān)性[12]。Mets等[13]則發(fā)現(xiàn)E/I-ratio MLD與生理性氣體陷閉呈較強(qiáng)相關(guān)性。

本研究中，臨床肺功能參數(shù)在A型、E型和M型組中依次減少，提示M型的COPD疾病程度重，E型次之，A型最輕。與之相對(duì)應(yīng)的是，測(cè)定肺氣腫的CT參數(shù)%LAA-950ins在A型、E型和M型組中依次增加，提示M型的肺氣腫程度最重，E型次之，A型最輕。女性患者和不吸煙者在A型組中比例最高，與國(guó)內(nèi)學(xué)者[14]研究結(jié)果一致。3組的吸煙指數(shù)組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能與E型與M型組的樣本量較少有關(guān)。

RVC-856to-950反映的是低衰減區(qū)在呼氣與吸氣末時(shí)的相對(duì)容積改變，因而為負(fù)數(shù)，符合它本身的定義。E/I-ratio MLD代表呼氣相與吸氣相的平均肺密度比值，氣體陷閉程度越重，值越接近100%。本研究中，RVC-856to-950和E/I-ratio MLD的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析具有一致性，均提示A型組的氣體陷閉程度最輕，E型與M型組的氣體陷閉程度的組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。%LAA-856exp值在A型、E型和M型組中依次增加，且3組間的差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，這與RVC-856to-950和E/I-ratio MLD的分析不完全一致，可能是因?yàn)?LAA-856exp混雜了肺氣腫因素。

在A型組患者中，肺氣腫對(duì)氣流受限的影響相對(duì)較少[15]，所以代表肺氣腫的CT參數(shù)%LAA-950ins與肺功能參數(shù)之間無相關(guān)性。E型和M型組中，各個(gè)CT定量參數(shù)與肺功能參數(shù)之間呈顯著負(fù)相關(guān)，符合E型和M型病理生理特點(diǎn)，即肺功能下降受肺氣腫及小氣道阻塞的共同作用的影響[16]。

本研究的局限性在于：①E型與M型組的樣本量較少，可能帶來統(tǒng)計(jì)偏差；②呼吸氣雙相HRCT掃描時(shí)，盡管降低了管電流（50 mAs），但患者所受的輻射劑量與常規(guī)胸部CT的輻射劑量未作對(duì)比研究。

綜上所述，3組COPD表型的CT定量參數(shù)不同。CT肺氣腫指標(biāo)（%LAA-950ins）、氣體陷閉指標(biāo)（%LAA-856exp、RVC-856to-950 和 E/I-ratio MLD）可以作為評(píng)估COPD肺功能的有效參數(shù)。將來的研究有待于增加樣本量對(duì)COPD患者進(jìn)行縱向隨訪觀察。