儿童哮喘肺HRCT空气潴留与肺功能的相关性研究

哮喘是儿童呼吸系统常见疾病,表现为反复发作性气道狭窄。临床常规做胸部X线片检查,主要是排除肺炎、气胸、肺结核等疾病,很少做CT检查。

目前,肺功能检查是唯一应用于检测气道功能的检查方法,它是诊断和评估哮喘最常用的工具。但肺功能检查结果是抽象的,不能直观显示受累气道的分布;而且由于肺的代偿作用,在肺功能检查出现异常以前,已有相当数量的气道存在病变。对于儿童,肺功能的作用更小,因为许多儿童既使有急性疾病,FEV1也是正常的[1,2]。因此有必要寻找一种直观、敏感、准确反映小气道功能的检查方法,国内外已有许多用肺H RCT检测肺小气道功能的研究。

对健康成人空气潴留的研究表明,年龄增长和吸烟是空气潴留发生的原因[3,4]。对于儿童哮喘患者,排除了吸烟及年龄增长二因素,空气潴留主要是由于疾病本身引起的。此研究的目的是观察儿童哮喘患者在肺呼气末HRCT空气潴留的表现;并明确空气潴留的面积与肺功能阻塞性指标如 FEV1、FEF25%～75%等的相关性。

1 材料与方法

1.1 研究对象的选择 选择中国医科大学附属盛京医院2006-12～2007-08的儿童哮喘患者21名,其中,男16名,女5名,年龄5～11岁(平均6.9岁),所有哮喘儿童的诊断标准符合2002年版GINA方案。入选标准:能够配合呼气末CT检查及肺功能检查的哮喘儿童,年龄＜14岁。排除标准:有肺炎、纵隔气肿及气胸、肺结核、支气管扩张、慢性肺疾病、胸廓畸形等影响肺功能的疾病。

1.2 CT扫描及观察 使用Philip 64层螺旋CT行仰卧位、呼气末肺H RCT扫描。扫描范围:肺尖至肺底;扫描参数:120kV,100mAs。骨算法重建,重建层厚1mm,层距1mm。扫描前训练患儿于呼气末后屏气5s,直至达到要求为止。

1.2.1 观察征象 空气潴留(air-trapping)在CT上表现为呼气时密度不能升高的肺组织,其密度低于邻近正常肺组织(图1～3)。

1.2.2 CT征象确认 由2名放射科医师独立阅片后确认空气潴留的有无及位置,对于有争议者两者协商达成统一意见。

1.2.3 测量方法 于上、中、下肺野分别选取2个可清晰显示空气潴留的层面(以隆突和右膈顶为界)。用一张规格为2mm×2mm的透明方格纸覆盖于CT图像上,分别计数空气潴留及该层面肺所占格子数,然后计算出二者比值(图4)。最后计算出6个层面结果的平均值,即空气潴留面积占全肺面积的百分比。1.3 空气潴留的分级标准 根据空气潴留面积占全肺面积的比例,把空气潴留的严重程度分为3级:Ⅰ级5%,Ⅱ级5%～25%,Ⅲ级＞25%。并将空气潴留的级别与肺功能阻塞性指标做相关性分析。1.4 肺功能检查 使用德国Ganshorn肺功能仪。所有肺功能检查均于CT检查当天或第2天进行。

图1 男性,9岁,空气潴留位于双肺下叶后基底段、右肺上叶及右肺下叶背段。肺功能指标:FEV1 104%,FEV1/FVC 0.9,FEF25%～75%112%。空气潴留面积4.09%-Ⅰ级

图2 女性,5岁,空气潴留位于右肺中叶、左肺舌段、双肺下叶背段及双肺下叶基底段。肺功能指标:FEV1 82%,FEV1/FVC 0.9,FEF25%～75%72%。空气潴留面积25.69%-Ⅲ级

图3 男性,7岁,空气潴留位于左肺下叶基底段

测定指标:

FVC(用力肺活量)

FEV1(第1秒用力呼气容积,简称一秒力)

FEV1/FVC(一秒力与用力肺活量的比值)

图4 用一张规格为2mm×2mm的透明方格纸覆盖于CT图像上,分别计数空气潴留及该层面肺所占格子数,然后计算出二者比值

FEF25%～75%(最大呼气中段流量)

FEF25%(25%肺活量时最大呼气流量)

FEF50%(50%肺活量时最大呼气流量)

所有受试者肺功能测定均给出预计值及实测值,采用实测值与预计值的比值(%)进行分析。预计值根据患儿的年龄、身高、体重计算。

1.5 统计学分析 使用SPSS14.0软件进行数据统计。空气潴留的级别与肺功能指标的相关性分析采用Spearman等级相关。双尾概率P＜0.05认为具有显著性。

2 结果

2.1 一般临床资料 共有29名患儿接受了检查,排除3名合并肺炎、1名合并肺炎和纵隔气肿、1名呼气不到位及3名憋气不佳致图像伪影严重的患儿,最终有21名患儿纳入研究范围,其中,男16名,女5名,年龄5～11岁,平均6.9岁。本组病例的肺功能检查结果见表1。

表1 肺功能检查结果

21名研究对象空气潴留分级与肺功能情况见表2。

表2 空气潴留分级与肺功能情况统计表

本资料显示,大部分(76%)研究对象的肺功能是正常的。肺功能正常的哮喘儿童肺HRCT空气潴留出现率为87.5%(14/16)。肺功能正常的哮喘儿童在肺呼气末HRCT上可观察到明显的空气潴留征,其空气潴留级别可达到Ⅱ、Ⅲ级(表2,图 2)。

2.2 空气潴留的出现率及在各叶段的分布 哮喘儿童肺 HRCT空气潴留的出现率为90.5%(19/21)。空气潴留发生的部位见表3。

表3 空气潴留在肺各叶段的分布

结果显示:下叶空气潴留最多,占100%(19/19),其中基底段出现率为89.5%(17/19);上叶次之,右肺中叶和(或)左肺舌段最少。

2.3 空气潴留与肺功能的相关性 空气潴留级别与肺功能阻塞性指标FEV1、FEF25%～75%、FEF50%显著相关,相关系数分别为(r=-0.565,P＜0.01;r=-0.499,P＜0.05;r=-0.521,P＜0.05)(表4)。

表4 空气潴留分级与肺功能的相关性

3 讨论

3.1 空气潴留的概念及形成机制 根据Fleischner学会命名委员会(Nomenclature Committee of the Fleischner Society)的定义,空气潴留是一个病理生理学概念,它是指过多的气体(空气)在呼气时任一阶段在部分或全肺组织内存留[5]。

本研究是通过视觉观察评估空气潴留的存在与否,因此观察的空气潴留属前一种,即呼气时过多气体在部分肺组织内的存留。空气潴留在CT上表现为呼气时密度不能升高的肺组织,其密度低于邻近正常肺组织,补丁状低密度区与周围正常肺实质相映衬,呈“马赛克”改变(图1～3)。如果过多气体在全肺组织存留,整个肺的密度普遍减低,则使肉眼无法判断是否有空气潴留的存在。

“空气潴留”和“马赛克”征象的形成机制有二:一是气道的不完全阻塞,致呼气时过多气体在部分肺组织存留;二是血流的不均匀分布,空气潴留局部缺氧,小血管反应性收缩。

3.2 空气潴留的原因及影响因素 空气潴留是小气道病变在HRCT的特征性征象,肺小气道的概念不一[1,2,6],通常是指内径＜2mm的细支气管,肺小气道病变可以仅发生在小气道本身,也可以是肺和大气道病变的延伸。各种原因引起的小气道病变[3,4,7～14]均可出现空气潴留,如支气管哮喘、慢性支气管炎、支气管扩张、过敏性肺炎、闭塞性细支气管炎等,也可见于无症状吸烟者及非吸烟者。

Lee等[3]研究了无症状人群(包括吸烟者及非吸烟者)的空气潴留,结果显示空气潴留总的发生率为52%,国内杨学东等[4]研究了成人无症状非吸烟者的空气潴留,其发生率为39.7%,表明对于健康成人,年龄增长和吸烟是空气潴留发生的原因。对于儿童哮喘患者,排除了吸烟及年龄增长二因素,空气潴留主要是由于哮喘疾病本身引起的,因此研究儿童哮喘肺呼气末HRCT上的空气潴留征,对儿童哮喘的诊断和评估较成人更有价值。

Hashimoto等[15]研究了健康成人的肺空气潴留征,结果表明,大幅度的呼吸运动有助于空气潴留的形成。采用呼吸门控技术,可以尽量避免由于呼气深度不同引起的误差,但儿童的配合能力差,能做到呼气末屏气已经不容易,采用呼吸门控技术会加重儿童的不适感,因此在实际操作中很难应用。在既往成人哮喘的许多研究中也未使用这种技术[3,4,7,8,12,14～16]。

3.3 空气潴留的出现率及在各叶的分布 此次研究结果显示,哮喘儿童肺HRCT上空气潴留的出现率为90.5%,据我们了解,这是有关儿童哮喘空气潴留出现率及在各叶的分布情况的首次报道。Neal等[13]研究了儿童哮喘患者空气潴留的面积,即PI值(pixel index,像素指数)与肺功能的相关性,他们利用density mask软件定量计算单一层面的PI值,没有对空气潴留进行定性分析,因此没有给出儿童哮喘患者的空气潴留的出现率及在各叶的分布情况。

空气潴留发生部位下叶最多,占100%,这与健康成人空气潴留研究[3,4]的结果相同,其原因可能是双肺下叶的呼吸运动幅度较大。

3.4 空气潴留的面积分级与肺功能的相关性 本研究结果表明,空气潴留的分级与肺功能指标FEV1、FEF25%～75%、FEF50%有显著的相关性,相关系数分别为(r=-0.565,P＜0.01;r=-0.499,P＜0.05;r=-0.521,P＜0.05)。这与既往有关小气道病变的研究结果大致相同,Lee等[3]、Mastora[12]、杨学东等[4]的研究对象为健康人群;其他许多研究的对象为各种小气道疾病,包括慢性支气管炎、支气管扩张、过敏性肺炎、闭塞性细支气管炎等[7～10],以及支气管哮喘[14]。

以上文献的研究对象均为成年人,仅见一篇研究对象为儿童哮喘患者的文章[13],结果显示空气潴留面积与肺功能阻塞性指标有显著的相关性。

3.5 肺呼气末 HRCT空气潴留评价哮喘患者小气道功能的优势及局限性 此次研究资料显示,大部分(76%)研究对象的肺功能是正常的,肺功能正常的哮喘儿童肺H RCT空气潴留出现率为87.5%。肺功能正常的哮喘儿童在肺呼气末H RCT上可观察到明显的空气潴留征,其空气潴留级别可达到Ⅱ、Ⅲ级。这说明由于肺的代偿作用,在肺功能检查出现异常以前,已有相当数量的气道存在病变。空气潴留比肺功能的异常改变出现早,通过对其存在及程度的分析,使我们能够在肺功能检查结果尚正常时,评价小气道病变的存在与否及严重程度,为进一步治疗及疗效观察提供帮助。

该项检查属放射性检查,比常规胸部X线片的放射剂量大。

3.6 空气潴留面积的测量方法 本研究对空气潴留的面积进行半定量评估[3,4],首先视觉评估空气潴留的存在与否。对于可清晰显示空气潴留的层面,用一张规格为2mm×2mm的方格纸覆盖于CT图像上,分别计数空气潴留及该层面肺所占格子数,计算出二者的比值。然后计算出6个层面的结果平均值,代表空气潴留面积占全肺面积的百分比。根据空气潴留面积占全肺面积的比例,把空气潴留的严重程度分为3级:Ⅰ级＜5%,Ⅱ级5%～25%,Ⅲ级＞25%。并将空气潴留的级别与肺功能指标做相关性分析。

这种视觉评估+人工测量对空气潴留的面积进行半定量评估的方法更直观,可以对空气潴留做定性及定量分析,不需要各种软件支持[13,15,16],但其结果易受主观因素的影响。

Neal等[13]、金利芳等[16]通过软件自动计算空气潴留的面积,方法是给定一个CT值,软件可以自动计算小于或等于给定CT值的像素占总像素的百分比,这种定量测量空气潴留面积的方法简便、快捷,减少了人的主观因素,可重复性大大提高,但不能对空气潴留进行定性分析,不能观察其形态学改变及在全肺的分布情况。

局部空气潴留征还可通过分析肺密度曲线(LAC)来评估[17,18],方法是将所选层面划分为若干个感兴趣区,通过软件做出肺密度曲线。曲线向左移,反映空气潴留面积增加;曲线向右移,反映空气潴留的改善。这种方法适用于一个患者不同时期或用药前后的比较。

4 结论

肺呼气末H RCT空气潴留可直观显示气道病变的不均匀分布及病变的严重程度;空气潴留征比肺功能异常改变出现早,其敏感性明显高于肺功能检查,可用于评价肺功能正常的哮喘儿童的气道病变。肺呼气末HRCT空气潴留可用于评价哮喘儿童的小气道功能,是诊断和评估哮喘的有用工具。

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