CT和MRI評價哮喘的研究進展

吳登峰，楊 青

(南昌大學第二附屬醫(yī)院呼吸與危重癥醫(yī)學科,南昌 330006)

哮喘是一組以可逆性氣流受限和氣道高反應性為特征的氣道慢性炎癥，臨床表現(xiàn)為反復氣急、胸悶和咳嗽[1]。隨著對哮喘機制的深入研究[1-2]，發(fā)現(xiàn)哮喘是一組高度異質(zhì)性疾病，提出了“內(nèi)型”及“表型”的概念，即將具有相似發(fā)病機制及病理表現(xiàn)形式的哮喘患者分為一組，并在此基礎上發(fā)現(xiàn)了相關的生物標志物，如FeNO、外周血或痰液嗜酸性粒細胞、骨膜蛋白等。但這些生物標志物和肺功能的測量通常是對整個肺進行的，不能提示局部氣道阻塞的病因和位置。醫(yī)學成像方法可用于評價患者局部氣道，對患者肺部進行可視化呈現(xiàn)，從而幫助臨床醫(yī)生更好地了解患者氣道的特征、制定適合患者的治療方案、評估患者的預后[3-5]。本文就電子計算機斷層掃描(CT)和磁共振成像(MRI)在評價哮喘中的研究進展作一綜述。

1 CT在評價支氣管哮喘中的應用

輕中度哮喘患者的胸部CT可無明顯改變，重度哮喘患者常表現(xiàn)為支氣管異?；蛲猱惓＃夤墚惓０ㄖ夤軘U張、管壁增厚、管腔變細及氣道內(nèi)黏液阻塞等；通氣異常則包括肺過度膨脹，肺氣腫等[6-8]。如今，胸部CT的后處理技術已實現(xiàn)對氣道的三維重建，根據(jù)氣道壁、氣道腔以及肺部組織之間的密度差異，于肺部CT數(shù)據(jù)中選擇氣道壁密度范圍內(nèi)的體素來重建氣道的三維模型。氣道的三維重建可幫助獲得氣管的內(nèi)外徑、管壁厚度(WT)、管壁面積(WA)和氣道面積(LA)等數(shù)據(jù)[9]。

1.1 CT用于評價哮喘患者的空氣滯留

在肺部密度越低的區(qū)域，區(qū)域組織與空氣之比越低，空氣所占的比值越高，因此，在哮喘患者中的胸部CT中，HU值較低的區(qū)域可提示空氣滯留。空氣滯留可以多種方法進行量化，常用的有在呼氣末(功能殘氣量)行胸部CT掃描，低于某一個確定的HU單位的區(qū)域或功能殘氣量和用力肺活量之比來定義空氣滯留[10-11]。BUSACKER等[11]的研究中，在功能殘氣量時(FRC)對嚴重哮喘患者行CT掃描，將低于-850 HU的區(qū)域超過肺組織的9.66%時定義為空氣滯留。空氣滯留作為哮喘的氣道特征之一，可反映小氣道阻塞，哮喘患者肺功能損害與空氣滯留密切相關，且有空氣滯留的哮喘患者更可能有哮喘急性加重[11-12]。

1.2 CT用于評價氣道重塑

氣道重塑是哮喘的重要特征，是氣道炎癥反復發(fā)作和修復的結果,在胸部HRCT中常顯示為支氣管壁增厚[13]。氣道重塑可致氣道的結構性和功能性改變，結構性改變包括平滑肌細胞肥大增生、炎性細胞浸潤、杯狀細胞增生等；功能性改變包括氣道痙攣、可逆性減弱、氣道高反應性加重和黏液分泌增加，致使氣流受限[14-15]。哮喘患者氣道壁明顯比健康者厚；在哮喘患者輕中重度亞組分析中，重度哮喘患者的WT大于輕中度患者，但在輕中度患者之間WT差別卻并不明顯，且WT與支氣管擴張劑后FEV1占預計值的百分比(FEV1%Pre)呈負相關而與支氣管擴張劑前后FEV1%Pre的變化值呈正相關[16-18]。此外，胸部CT還可通過識別氣道壁厚度來評估支氣管熱成形術的治療效果[19]。

根據(jù)氣道炎癥的類型，可將哮喘分為1型(Th2-low)和2型(Th2-high)。2型哮喘以血和氣道嗜酸性粒細胞增多為特征，吸入的過敏原、微生物等與氣道上皮相互作用，從而導致胸腺基質(zhì)淋巴生成素(TSLP)、IL-25和IL-33等炎癥介質(zhì)的激活，進而激活IL-4、IL-5、IL-13等細胞因子[20-21]。IL-5主要的生物學作用包括嗜酸性粒細胞的成熟、存活及氣道內(nèi)募集；而IL-4和IL-13則更具有多效性，與嗜酸性粒細胞的募集、杯狀細胞的增生、黏液分泌、平滑肌的收縮和氣道高反應性均有關[20-22]。氣道重塑的過程可能與氣道嗜酸性粒細胞炎癥相關，經(jīng)支氣管鏡行氣道壁活檢發(fā)現(xiàn)2型哮喘患者氣道基底膜厚度增加[23-24]。且在INOUE等[24]的研究中，嗜酸性粒細胞哮喘組比起非嗜酸性粒細胞哮喘組有更大的管壁面積和更小的氣道管腔面積，痰中嗜酸性粒細胞計數(shù)與管壁面積呈正相關。

1.3 CT用于評價黏液阻塞

黏液阻塞是哮喘患者發(fā)生氣道阻塞的重要原因，可用胸部CT來識別。具體來說，將黏液阻塞識別為氣道管腔內(nèi)的混濁區(qū)域，與相鄰血管相比，黏液阻塞的密度較低，主要見于亞節(jié)段氣道，表現(xiàn)為局灶性或分支性混濁；與健康者相比，哮喘患者的黏液阻塞較多，且黏液較多者多見于2型哮喘患者[25]。在另一項研究[26]中有痰嗜酸性粒細胞的哮喘患者100%存在黏液堵塞，無痰嗜酸性粒細胞的哮喘患者僅有36%存在黏液堵塞，提示氣道黏液分泌與嗜酸性粒細胞炎癥相關。

2 超極化惰性氣體吸入MRI在評價哮喘中的應用

MRI相對于CT來說具有無放射性的優(yōu)點，傳統(tǒng)的MRI是基于質(zhì)子(1H)成像，但由于肺部多為空氣，質(zhì)子密度較低，故而成像較差。此外，肺內(nèi)大量的空氣—組織界面也會產(chǎn)生明顯的磁場畸變和易感性偽影，進一步減弱了肺MR1H信號。超極化惰性氣體吸入克服了肺部低質(zhì)子密度的問題，從而使得肺部可MRI成像。目前常采用的超極化惰性氣體有氦-3(3He)和氙-129(129Xe)，3He的成像較為清晰，但其目前在地球上短缺；而129Xe有較好的自然豐度，且能溶解于肺部的血液中，隨著研究的進展，129Xe MRI或可實現(xiàn)肺部氣體交換功能的檢測[27]。除了這兩種惰性氣體，也有使用其他氣體行肺MRI成像的研究，如增強氧和氟化氣體等[28-29]。

2.1 MRI用于評價通氣缺陷

目前，3He最常用于肺部惰性氣體吸入。由受試者從一個混合了超極化3He和醫(yī)用氮的袋子中吸入氣體，屏息8～15 s并立即MRI成像。健康者吸入超極化3He后行MRI會產(chǎn)生均勻的信號，這表明肺部所有區(qū)域都參與了同等的通氣，而在哮喘患者的肺部可觀察到相對于周圍區(qū)域信號減弱或沒有信號的區(qū)域，即為局灶性通氣缺陷[30]。傳統(tǒng)的觀點認為哮喘是一種具有高度可逆性氣道阻塞的動態(tài)疾病，但觀察哮喘進展性和持續(xù)性的研究[30-32]表明，隨著時間推移，患者許多氣道缺陷在同一部位持續(xù)出現(xiàn)。在一項跨度為6年的隨訪中[30]，73%(11例中的8例)參與者通氣缺陷在肺的同一位置，其他3例參與者相同位置MRI通氣缺陷也表現(xiàn)出加重；55%(11例中的8例)參與者的出現(xiàn)肺功能不可逆，這提示哮喘患者肺部由于氣道重塑肺內(nèi)的某些通氣缺陷可能長期存在。

2.2 MRI用于評價肺的微觀結構

受試者吸入的超極化惰性氣體在肺部會發(fā)生彌散運動，這種彌散運動可用表觀彌散系數(shù)(ADC)來衡量。正常肺泡壁限制氣體的擴散，而肺泡增大或肺泡壁破壞的區(qū)域則允許擴散增加，ADC值較高。多數(shù)哮喘患者可有局灶性ADC值升高，這提示哮喘患者肺內(nèi)局部的肺泡或末端支氣管的破壞[29,33]。

2.3 MRI用于指導哮喘的治療

氣道炎癥和平滑肌功能障礙均可導致局灶性通風缺陷，可單獨或同時發(fā)生。通過吸入支氣管擴張劑(如沙丁胺醇)前后3He MRI成像對比可特異性識別呼吸道疾病的平滑肌功能障礙部位，平滑肌功能障礙部位的通氣缺陷多數(shù)對是支氣管擴張劑反應性的，而氣道炎癥未控制的部位則對支氣管擴張劑反應較差。通過MRI提供的炎性與非炎性成分區(qū)域信息，可指導抗炎治療到達特定氣道，而觀察到的平滑肌功能障礙的區(qū)域則可被用來指導支氣管熱成形術[34-35]。通氣缺陷可用于評估哮喘的控制程度和哮喘患者的生活質(zhì)量，通氣缺陷百分比(VDP)在哮喘未控制時增加，在哮喘控制時減少[36-37]。SVENNINGSEN等[38]報道了1例嚴重哮喘患者，在Dupilumab(一種可以阻斷IL-4/IL-13的信號轉(zhuǎn)導的單克隆抗體)治療后，3He MRI通氣缺陷顯著改善并恢復正常。另一項實驗中使用3He MRI來量化嚴重哮喘患者在支氣管熱成形術后的局部通氣變化，通氣缺陷在支氣管熱形成術后較早時間呈現(xiàn)增加狀態(tài)，但經(jīng)過一段時間后，通氣缺陷減少[39]。

3 結語

CT和MRI已被證明在評估哮喘中是有效的，兩種成像方式都有其優(yōu)點和缺點。具體而言，CT可提供更高的圖像分辨率和以HU為單位易于解釋的X射線衰減，通過肺部組織的密度差異，可識別局部的空氣滯留和黏液阻塞；且可以利用CT的后處理重建支氣管樹的三維成像，易于評價氣道重塑，但它會使患者暴露于電離輻射下。MRI的分辨率通常略低，但它可以用作為CT成像的替代品，以限制電離輻射對患者的照射；同時可較好地反應局部氣道的通氣異質(zhì)性；利用ADC也可評價哮喘患者局部微觀結構變化；并且隨著對129Xe超極化的研究進展，肺部MRI或可實現(xiàn)肺部氣體彌散功能的可視化呈現(xiàn)。