醫(yī)院獲得性肺炎和呼吸機相關(guān)性肺炎的病原菌與影像學(xué)特征的關(guān)聯(lián)性

摘要：目的" 探討醫(yī)院獲得性肺炎/呼吸機相關(guān)性肺炎（HAP/VAP）的病原菌與其胸部CT影像學(xué)特征之間的關(guān)聯(lián)，及早識別HAP/VAP病原菌分布并準(zhǔn)確評估病變范圍。方法" 回顧性分析2020年1月～2022年1月在陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院接受診治的184例HAP/VAP患者（其中HAP 154例，VAP 30例）的氣道分泌物病原菌培養(yǎng)和胸部CT影像資料。采用人工智能軟件分割胸部CT圖像并定量分析病原菌影像特征，定量指標(biāo)包括全肺體積、肺氣腫定量、病變體積、病變體積百分比、病變質(zhì)量、病變密度小于-300 HU的體積占病變總體積百分比。結(jié)果" 革蘭陰性桿菌為主要病原菌（92.72%），其中肺炎克雷伯桿菌、銅綠假單胞菌、鮑曼不動桿菌最為常見。手術(shù)史/侵入性操作是主要危險因素，發(fā)生率為37%。CT圖像上，肺實變?yōu)槠毡楸憩F(xiàn)，而肺炎克雷伯桿菌肺炎可見胸腔積液及磨玻璃樣改變；銅綠假單胞菌肺炎還可見支氣管擴張和空洞；鮑曼不動桿菌肺炎還可見到胸腔積液和間質(zhì)性改變。定量CT分析顯示，肺炎克雷伯桿菌肺炎患者的肺氣腫百分比數(shù)值較低，而混合細(xì)菌感染患者則較高；肺炎克雷伯桿菌肺炎患者的肺體積最大，而混合細(xì)菌感染患者最小。肺炎體積占全肺體積百分比最大者合并真菌感染（15%），曲線下面積為0.713（P=0.041），敏感度為79%，特異度為70%。結(jié)論" 通過分析HAP/VAP的影像學(xué)特征及其定量參數(shù)，尤其是肺炎體積百分比，有助于推測潛在的病原菌類型，對合并真菌感染或多菌感染的診斷具有重要價值。

關(guān)鍵詞：肺炎；感染；CT；定量影像

Correlation between pathogens and imaging characteristics of hospital?acquired pneumonia and ventilator?associated pneumonia

XIN Xiaokun1， 2， PU Doudou1， 2， JIANG Yehai1， 2， MA Guangming2， YU Nan1， 2

1College of Medical Technology， Shaanxi University of Chinese Medicine， Xianyang 712046， China; 2Department of Medical Imaging， Affiliated Hospital of Shaanxi University of Chinese Medicine， Xianyang 712000， China

Abstract： Objective To investigate the correlation between the pathogenic distribution of hospital-acquired pneumonia （HAP） and ventilator-associated pneumonia （VAP） with their corresponding chest CT imaging characteristics， aiming to promptly identify the distribution of HAP/VAP pathogens and accurately assess the extent of pulmonary lesions. Methods A retrospective analysis was performed for the culture of airway secretion pathogens and chest CT images of 184 patients with HAP/VAP （154 cases of HAP and 30 cases of VAP） who were diagnosed and treated at the Affiliated Hospital of Shaanxi University of Chinese Medicine from January 2020 to January 2022. Artificial intelligence software was used to segment chest CT images and quantitatively analyze pathogenic bacteria image characteristics. The quantitative indicators included whole lung volume， emphysema quantification ， lesion volume， lesion volume percentage ， lesion mass， and the percentage of lesion density less than -300 HU in total lesion volume. Results Gram-negative bacilli were the dominant pathogens （92.72%）， with Klebsiella pneumoniae， Pseudomonas aeruginosa， Acinetobacter baumannii being the most prevalent. Surgical history/invasive procedures emerged as major risk factors in 37% of the patients. On CT images， lung consolidation was a common funding， while Klebsiella pneumoniae pneumonia showed pleural effusion and ground-glass changes; Pseudomonas aeruginosa pneumonia also shows bronchiectasis and cavitation; Acinetobacter baumannii pneumonia may also see pleural effusion and interstitial changes. Quantitative CT analysis revealed that LAA-950% in patients with Klebsiella pneumoniae pneumonia was low， whereas it was higher in patients with mixed bacterial infection. Patients with Klebsiella pneumoniae pneumonia have the biggest lung volume， whereas those with mixed infections caused by bacteria have the least. The highest proportion of LOA% in pneumonia， combined with a fungal infection （15%）， was observed in patients. And LOA% was 10.5%， which could indicate the presence of fungal infection or multiple bacterial infections， with an area under the curve of 0.713 （P=0.041）， 79% sensitivity， and 70% specificity. Conclusion By analyzing the CT imaging features and quantitative parameters of HAP/VAP， especially LOA%， it is helpful to speculate on potential pathogenic bacterial types， which has important value in the diagnosis of combined fungal or multi bacterial infections.

Keywords： pneumonia; infection; CT; quantitative imaging

醫(yī)院內(nèi)發(fā)生的肺炎分為醫(yī)院獲得性肺炎（HAP）和呼吸機相關(guān)性肺炎（VAP）［1， 2］ 。在我國，VAP是HAP的特殊類型［3］ 。HAP/VAP是導(dǎo)致醫(yī)院獲得性感染的常見原因［4-6］ ，其在住院患者中的總發(fā)生率為3.22%～5.22%，其中下呼吸道感染的發(fā)生尤其顯著，占1.76%～1.94%［3］ ，不僅會增加患者時間成本和經(jīng)濟負(fù)擔(dān)，還嚴(yán)重威脅其身體健康和生命安全［7， 8］ 。近年來，由于人口老齡化、抗生素的頻繁使用和呼吸機的廣泛應(yīng)用等多種因素，導(dǎo)致HAP/VAP的情況變得復(fù)雜且難以治愈，其死亡率明顯增加［9］ ，這使得HAP/VAP的及時診斷和臨床治療變得更加緊迫和更具挑戰(zhàn)［10］ 。更早、更準(zhǔn)確地識別HAP/VAP病原菌，可以減少無效的經(jīng)驗性抗菌藥物治療方案，并降低不必要的廣譜抗菌藥物使用所帶來的相關(guān)影響［11］ 。 以往評估HAP/VAP病原菌的影像學(xué)手段主要是胸部CT［12］ ，缺乏更加客觀準(zhǔn)確的定量評估方法。定量CT技術(shù)可以彌補這一缺點，它在常規(guī)CT掃描的基礎(chǔ)上通過智能化數(shù)據(jù)分析對圖像進(jìn)行處理［13］ ，從而提供相關(guān)的定量信息。目前尚未發(fā)現(xiàn)基于定量CT分析HAP/VAP影像學(xué)特征的相關(guān)報道。本研究采用回顧性分析方法，對本院收治的184例HAP/VAP患者的完整臨床資料進(jìn)行梳理，并結(jié)合胸部CT圖像，運用CT定量技術(shù)深入剖析影像特征表現(xiàn)，旨在揭示HAP/VAP的病原菌分布特點與其影像學(xué)表征之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而為提高HAP/VAP診斷的可靠性提供證據(jù)支持。

1" 資料與方法

1.1" 一般資料

回顧性分析2020年1月～2022年1月本院收治的184例HAP/VAP患者。其中154例為HAP，30例為VAP；男性131例，年齡33～91（67.6±11.9）歲；女性53例，年齡36～96（69.9±8.1）歲。診斷標(biāo)準(zhǔn)：以《中國成人醫(yī)院獲得性肺炎與呼吸機相關(guān)性肺炎診斷和治療指南（2018版）》為依據(jù)［3］ 。納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡≥18歲；入院48 h后新發(fā)的肺炎，或氣管插管/氣管切開患者接受機械通氣48 h后發(fā)生的肺炎；入院時無下呼吸道感染者。排除標(biāo)準(zhǔn)：新出現(xiàn)的肺部陰影不能確定為感染性病變，或不能除外合并有基礎(chǔ)疾病的復(fù)發(fā)、進(jìn)展的肺內(nèi)改變，例如肺梗死、藥源性肺炎、肺不張、急性呼吸窘迫、肺水腫、結(jié)締組織病相關(guān)間質(zhì)性肺??；合并嚴(yán)重心、肝、腎功能衰竭者。本研究經(jīng)陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院倫理委員會審查批準(zhǔn)（審批號：SZFYIEC-YJ-2024年第[16]號），所有受試者在試驗前均簽署知情同意書。

收集HAP/VAP患者的病原菌檢測結(jié)果、性別、年齡、病史（如惡性腫瘤、慢性肺病、肝腎功能損害、腦血管疾病和結(jié)締組織?。?，以及是否接受機械通氣或氣管切開，是否有手術(shù)史或外傷史，是否長期臥床或活動受限，是否存在留置管路（如胃管、尿管和中心靜脈置管等）等資料。

1.2" 胸部CT檢查

所有患者取仰臥位，采用64排CT（GE revolution CT， GE medical system， Milwaukee， WI）進(jìn)行掃描。所有胸部CT掃描均在患者深吸氣末或平靜吸氣末進(jìn)行屏氣掃描，掃描范圍自肺底肋膈角水平至胸廓入口，管電壓為120 kV，管電流為自動毫安，重建層厚lt;1.25 mm。

1.3" 胸部CT征象分析

所有患者的胸部CT圖像由2位具有5年以上胸部影像診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)生獨立進(jìn)行閱片。記錄每個圖像中出現(xiàn)的特征表現(xiàn)，包括實變影、廣泛磨玻璃影（超過2個肺葉）、空洞、支氣管擴張、樹芽征、胸腔積液以及間質(zhì)性改變（小葉間隔增厚或支氣管血管束增粗）。當(dāng)2位醫(yī)生存在歧義時，將由具有10年以上診斷經(jīng)驗的第3位放射科醫(yī)生做出決策。

1.4" 胸部CT定量分析

采用計算機定量分析平臺（Digital Lung，DEXIN）對所有胸部CT圖像進(jìn)行定量分析（圖1）。圖像分割采用人工智能定量分析方法，分割簡要步驟如下：進(jìn)行整體肺分割；對病變區(qū)域進(jìn)行分割及定量；采用三維幾何分割方法對支氣管和肺血管進(jìn)行分割，并從肺組織總體積中抽取支氣管和肺血管體積部分；計算各項定量參數(shù)。測量指標(biāo)包括全肺體積（TV）、肺氣腫定量（LAA-950%）、病變體積（LV）、病變體積百分比（LOA%）、病變質(zhì)量、病變密度小于-300 HU的體積占病變總體積百分比（LAA-300%）。

所有CT圖像分割結(jié)果由2位具有5年以上胸部影像診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)生確定。如果存在不準(zhǔn)確的區(qū)域，會通過手動分割并重新計算定量值。

1.5" 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS19.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。符合正態(tài)分布計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用方差分析進(jìn)行組間比較，LSD-t檢驗進(jìn)行兩兩比較；計數(shù)資料以n（%）表示，組間比較采用卡方檢驗。使用ROC曲線分析定量影像指標(biāo)對病原菌特征的區(qū)分能力。以Plt;0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2" 結(jié)果

2.1" 患者資料

通過痰培養(yǎng)共檢出病原菌167株，其中革蘭陰性菌126株（75.4%） ，革蘭陽性菌14株（8.4%），真菌27株（16.2%）。細(xì)菌感染前3位分別為肺炎克雷伯桿菌（n=31，20.13%）、銅綠假單胞菌（n=27，17.35%）、鮑曼不動桿菌（n=20，12.90%）。合并真菌感染最常見為白念珠菌。多重細(xì)菌檢出14例。VAP患者最常見的菌株為銅綠假單胞菌（7/21，33.3%）。手術(shù)史/侵入性操作與各類病原菌分布存在較高相關(guān)性，在患者既往史和病原菌分布之間的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.076，表1）

2.2" 影像學(xué)特點

胸部CT圖像中HAP/VAP最常見的征象是肺實變。各征象與病原菌的對應(yīng)關(guān)系的差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P=0.033，表2、圖2）。除肺實變外，肺炎克雷伯桿菌肺炎常見的征象為胸腔積液（34%）和磨玻璃影（23%）；支氣管擴張（60%）和空洞（80%）多見于銅綠假單胞菌肺炎；間質(zhì)性改變（33%）和胸腔積液（26%）多見于鮑曼不動桿菌肺炎。定量CT分析發(fā)現(xiàn)，LAA-950%在肺炎克雷伯桿菌肺炎患者中最低（10%），在混合細(xì)菌感染患者中最高（19%）；肺體積在肺炎克雷伯桿菌肺炎患者中最大（4310 mL），而在混合細(xì)菌感染患者中最?。?315 mL）。LOA%最大者為合并真菌感染（15%），其次是混合細(xì)菌感染（14%）。以LOA%=10.5%作為區(qū)分有無合并真菌感染或多重細(xì)菌感染的截斷值，曲線下面積為0.713（P=0.041），敏感度和特異度分別為79%和70%。

3" 討論

本研究結(jié)果顯示，導(dǎo)致HAP/VAP的主要病原菌包括肺炎克雷伯桿菌、銅綠假單胞菌和鮑曼不動桿菌。該結(jié)果與在一項為期10年的前瞻性觀察研究中所得到的成人HAP的臨床和微生物學(xué)特征結(jié)果［14］ 基本一致。而近期有國內(nèi)學(xué)者報道HAP多重耐藥菌感染以銅綠假單胞菌最常見，其次是鮑曼不動桿菌［12］ ；國外相關(guān)研究則認(rèn)為 HAP/VAP主要由金黃色葡萄球菌引起［15， 16］ 。這與本研究結(jié)果略有差異，表明HAP/VAP患者的病原菌類型可能會受到不同地區(qū)和當(dāng)?shù)亓餍胁W(xué)的影響。因此，臨床實踐指南需要根據(jù)當(dāng)?shù)亓餍胁W(xué)進(jìn)行個性化定制［17， 18］ 。

本研究發(fā)現(xiàn)，HAP/VAP的發(fā)生與患者的基礎(chǔ)疾病密切相關(guān)。有綜述顯示，胸腹手術(shù)、住院史、心肺疾病以及糖尿病均為HAP/VAP的危險因素，會增加本病的風(fēng)險［19］ 。此外，還存在一些特定的危險因素如神經(jīng)系統(tǒng)疾病和自身免疫性疾病等［20］ 。慢性阻塞性肺疾病被認(rèn)為是VAP的獨立危險因素，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在慢性阻塞性肺疾病中患者超過50%死亡是由于HAP/VAP［10， 19］ 。伴有昏迷和糖尿病的HAP/VAP老年患者需要特別監(jiān)護(hù)。這與本研究顯示的臨床資料特點基本一致?？傊ㄟ^綜合控制各方面危險因素可以有效預(yù)防HAP/VAP［21］ 。

對于HAP/VAP的診斷，目前尚無“金標(biāo)準(zhǔn)”，臨床滿足條件越多，診斷信心越高［15］ 。其中影像學(xué)檢查是診斷HAP/VAP的重要手段，應(yīng)盡早進(jìn)行胸部CT檢查［12， 22］ 。CT圖像不僅有助于肺炎的檢出和排除，也為病原菌的鑒別診斷提供了可靠依據(jù)［23］ 。

本研究中各病原菌均有的影像學(xué)特征是肺實變，其主要機制是細(xì)菌進(jìn)入肺泡腔產(chǎn)生大量滲出液和壞死組織，導(dǎo)致氣體減少以及肺部組織硬化［24］ 。然而，其他伴隨征象也對病原菌的辨識起到提示作用［25］ 。例如肺炎克雷伯桿菌也可見胸腔積液及磨玻璃樣改變；銅綠假單胞菌肺炎還可見支氣管擴張和空洞；鮑曼不動桿菌肺炎還可見到胸腔積液和小葉間隔增厚。既往研究結(jié)果顯示肺炎克雷伯菌肺炎CT圖像多數(shù)病灶內(nèi)可見小空洞，并且部分病灶內(nèi)見小低密度影［24， 26］ 。此外，在病灶周圍還可以觀察到具有一定特征性的磨玻璃樣影，該征象發(fā)生機制是由于細(xì)菌通過血行播散引起的，其特點是斑片和空洞性的病灶主要分布在肺部邊緣區(qū)域，并沿著血管走行分布。有研究顯示，銅綠假單胞菌肺炎是支氣管擴張癥常見的肺部感染，可導(dǎo)致支氣管壁結(jié)構(gòu)和纖毛功能受損，從而引起氣道破壞［27］ 。也有研究顯示，鮑曼不動桿菌肺炎以肺實變?yōu)橹饕跋裉卣?，超過一半的患者同時伴有胸腔積液，這兩種征象在診斷中保持較高的敏感度和特異度［28， 29］ 。

此外，在病情評估方面，定量CT可為HAP/VAP的病變范圍提供客觀依據(jù)，對評估病變嚴(yán)重程度以及比較病變吸收或擴大情況具有重要價值［30］ 。本研究采用人工智能模型對HAP/VAP患者肺實質(zhì)進(jìn)行定量分割，采用人工智能和區(qū)域生長方式相結(jié)合，對肺炎范圍進(jìn)行分割，確保了基于密度的區(qū)分方法以及對病變范圍的后期修正。有學(xué)者使用該方法作為輔助新型冠狀病毒輕型和重型分析，能夠準(zhǔn)確評估病變范圍和給予定量指標(biāo)，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確判斷［31］ 。本研究發(fā)現(xiàn)，病變范圍較大的患者常合并真菌或混合細(xì)菌感染；同時，這兩類感染也多出現(xiàn)在肺氣腫定量較高，肺體積縮小的患者中。肺體積縮小常伴有慢性肺部疾病，例如支氣管擴張、肺結(jié)核、間質(zhì)性肺炎。

本研究仍存在以下局限性：由于數(shù)據(jù)受限，未與社區(qū)獲得性肺炎進(jìn)行對比；真菌感染常為合并感染，難以與細(xì)菌感染區(qū)分；缺少多次檢查數(shù)據(jù)，初期的檢查未包含CT圖像，因此在未來有必要進(jìn)行前瞻性研究以確保資料收集的完整性；單中心研究，可能限制了本研究結(jié)果對全國HAP/VAP患者的適用性，后續(xù)應(yīng)納入多中心樣本來減少結(jié)果偏倚。

綜上所述， HAP/VAP病原菌和影像學(xué)特征存在一定相關(guān)性，對于特異性征象的辨識有助于我們早期診斷病原菌，并且定量CT技術(shù)可準(zhǔn)確評估HAP/VAP病變范圍，進(jìn)而輔助臨床及時做出治療決策。

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（編輯：林" 萍）