64排螺旋CT肺灌注显像在评价肺气肿中的应用

司明珏 丁小龙 施宇衡 马佳韵

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一组以缓慢发展的不完全可逆的气道梗阻、气道重建及肺实质毁损为特征的疾病，主要包括慢性支气管炎和肺气肿。COPD是世界范围内引起死亡的第四大病因，我国这一烟草消费大国是COPD高发国家，由此导致呼吸衰竭、慢性肺源性心脏病等，成为严重威胁中老年人健康，影响生活质量的一大杀手，并为国家医疗卫生事业带来沉重负担。

目前临床对肺气肿的诊断主要依据典型的临床症状及体征、肺功能检查，并辅以影像学检查[1]。近年来随着多排螺旋CT的日益普及，CT灌注成像作为一种功能成像技术，广泛受到关注,原因在于它可以定量测量组织的绝对灌注值，反映组织水平上血流量的改变，不仅可发现病变和鉴别病变性质，而且对于早期发现那些尚未出现形态学变化而仅有血流动力学改变的病变有重要意义。

我们的实验设计为注入对比剂后用64排螺旋CT连续扫描六期，完整覆盖从肺动脉注入至肺皮质毛细血管床灌注再经肺静脉流出的全肺灌注过程，研究肺气肿患者肺实质破坏程度与肺灌注功能障碍之间的关系，探索CT肺灌注显像在临床上用于临床评价肺气肿严重程度的可行性。

方 法

1.研究对象

前瞻性收集两组样本：①正常组：14例（男11例，女3例，平均年龄62.9±6.7岁）于2010.7～2011.6间因胸片或胸部CT平扫发现“肺部可疑结节”或因怀疑肺栓塞需进一步行胸部CT增强或CTA检查者。②肺气肿组：与我院呼吸科合作，收集2010.7～2011.6间因慢支肺气肿急性发作而住院治疗的10例患者（男8例，女2例，平均年龄64.1±7.0岁），所有患者均符合肺气肿临床症状及体征，肺功能检查显示存在阻塞性通气障碍。

所有入选者需排除：肺部手术史者；血栓-栓塞史；肺炎、支气管扩张症、肺结核、支气管哮喘史；心脏病、心功能不全，或年龄过大、身体虚弱难以配合者；对碘剂过敏者。所有入选者于检查前签署知情同意书，接受一次免费肺功能及CT灌注检查，检查前常规做碘过敏实验。正常组肺功能及CT肺灌注检查均无异常发现。肺气肿组由入院常规胸片排除其他肺部疾患，并于治疗前接受肺功能及CT肺灌注检查。

2.肺功能检查

由我院呼吸科固定一名专业医师，测定吸入支气管舒张药后测量第一秒用力呼气容积（FEV1）及其占用力肺活量的百分比（FEV1/FVC）。

3.CT检查技术

扫描采用荷兰Philips公司(Brillance 64)螺旋CT机，患者采取仰卧位，足先进，进床扫描方法，扫描前对患者进行呼吸训练，使单次屏气达到30s以上。先扫定位相确定扫描野，包住自肺尖下部至肋膈角以上、两边至肋弓外缘以内的肺野，然后用阈值跟踪自动触发扫描法，于上腔静脉内勾画感兴趣区作为触发扫描层面，连续扫描六期约30s,灌注扫描参数：管电压100kV，管电流60mA，层厚5mm，间隔5mm，矩阵512×512；触发阈值100HU,最短时间自动触发；经肘正中静脉注入对比剂碘海醇（370 mg/ml)，总量90ml，注射速率4ml/s，以同样速率追加30ml生理盐水。

4.图像后处理

数据传送至EBW图像工作站进行后处理，剔除呼吸伪影影响严重者。先薄层重建到1mm，用最大密度投影法（MIP）进行重建，直观显示肺灌注障碍分布情况。然后利用Functional CT软件进行分析，分别在两肺上叶约平主动脉弓层面、右中肺及左肺舌段约平主动脉根部层面、两下肺叶约平二腔心层面，于肺野外带的“肺皮质区”避开肺内大血管影，手动勾画相同面积（100mm2）的感兴趣区（ROI）（图1）。软件自动生成该层面感兴趣区内像素的时间-密度分布图（TLCT graph)、达峰时间（time to peak, TTP）、强化峰值(peak enhancement, PE)等灌注参数及血容量（blood volume, BV）伪彩图（图1），以此来评价各肺叶水平的灌注情况。

5. 统计分析

采用SAS软件，用两独立样本t检验比较正常组与肺气肿组的CT灌注参数差别；用Spearman等级相关分析肺气肿患者肺功能分级与全肺叶灌注总强化值是否存在相关性。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1. 正常组肺血流灌注的生理性分布规律

见表1。正常组各肺叶血流灌注强化峰值PE数据表明，正常人生理状态下肺血流灌注呈现从上向下逐渐增多的分布趋势。

2. 同一肺叶正常组与肺气肿组肺血流灌注的差异

见表1。数据表明，同一肺叶正常组与肺气肿组肺血流灌注具有显著性差异（P＜0.05）。

3. 肺气肿组肺实质破坏与肺灌注减低分布区域是否一致

见图2。肺气肿组10例患者中7例为全肺弥漫性肺气肿，2例主要为两上肺气肿，1例为两下肺气肿。图像表明，肺气肿患者肺实质破坏的分布和严重程度与肺灌注减低的肺叶分布和程度相一致。

图1. 手动勾画感兴趣区ROI，得到该层面感兴趣区内像素的灌注参数。分别于两肺上叶约平主动脉弓层面（A）、右中肺及左肺舌段约平主动脉根部层面（B）、两下肺叶约平二腔心层面（C），于肺野外带勾画相同面积（100mm2）的感兴趣区ROI；软件自动生成感兴趣区内像素的时间-密度分布图（TLCT Graph)（D）、强化峰值(PE)（E）及血容量（BV）的伪彩图（F）。

表1 正常组（n=14）与肺气肿组（n=10）各肺叶血流灌注强化峰值PE(单位：HU)比较

4. 肺气肿组肺功能分级与肺叶灌注降低程度之间的相关性分析

根据FEV1/FVC和FEV1值，将10例肺气肿患者分为四级[1]：轻度2例（FEV1/FVC＜0.70，FEV1≥80%）；中度5例（FEV1/FVC＜0.70，50%≤FEV＜80%）；重度3例（FEV1/FVC＜0.70，30%≤FEV＜50%）；极重度无（FEV1/FVC＜0.70，FEV1＜30%或FEV1＜50%合并慢性呼衰）。用Spearman等级相关分析，结果未发现肺功能分级与全肺灌注总强化值之间存在相关性（P＞0.05）。

5. 所有受检者接受一次CT肺灌注扫描的剂量分析

见表2。数据表明，正常组与肺气肿组在身高、体重、扫描剂量无显著性差异（P＞0.05）。

表2 行一次CT肺灌注扫描的剂量统计

讨 论

阻塞性肺气肿的主要病理改变为终末细支气管远端（包括呼吸性细支气管、肺泡管、肺泡囊和肺泡）气腔膨胀，间隔变窄，弹力纤维变细或断裂，肺泡孔扩大，肺泡壁破坏；与细支气管伴行的肺小血管有炎性改变，中膜平滑肌水肿、变性和坏死，管腔狭窄及至完全闭塞；由于肺泡破裂和炎症的侵蚀，肺毛细血管床数量及横断面积皆减少。这种改变反复交错进行，肺小叶结构和血液循环途径逐渐被改建，病变进展可出现一系列不同程度的肺动脉高压，肺动脉对肺的灌注减少。以往的研究结果表明[2]，肺气肿患者肺动脉血流量可增加，这可能是机体提高灌注功能的一种重要代偿机制，而全肺血流量明显减少，但随着病情进展，肺动脉血流的增加不足以补偿全肺血流的减少，因此肺实质破坏与肺血流灌注障碍均是肺气肿病情进展的重要表现，决定着患者的预后。

传统对肺气肿的影像学评价方法大致分两类：一类是形态学方法，主要是肺部高分辨率CT（HRCT）；另一类是功能学方法，包括单光子发射计算机扫描（SPECT）肺灌注显像及磁共振（MRI）。SPECT肺灌注显像虽然可以反映患者的肺功能损害，但空间分辨率低、检查费时是其无法克服的缺陷[3]；MRI虽然在发现和定位肺灌注障碍的准确性上明显高于前者，但又无法像HRCT一样形象直观地反映肺的形态学改变[4]。多排螺旋CT肺血流灌注显像通过对比剂示踪能直观显示肺血流通过毛细血管网将携带的氧和营养物质输送给组织细胞的活体灌注过程，一次检查同时得到高分辨率的肺形态学图像及与之匹配的肺血流灌注功能图象，并进行定量分析，在了解肺气肿患者肺组织血流动力学及功能变化方面具有其他方法不能比拟的优势，对肺气肿的临床诊断和治疗均有重要参考价值[5]。国外学者利用多排螺旋CT肺血流灌注显像对正常人进行研究，发现生理状态下两下肺血流灌注显著多于两上肺[5-8]。Pansini等[9]通过比较正常人和吸烟导致肺气肿的患者CT肺叶水平血流灌注值，验证了肺气肿者肺灌注较正常人显著减低（P=0.0001），且肺实质的破坏程度与该部位肺灌注减低程度之间存在正相关性，认为CT肺血流灌注显像今后可以运用于临床评估肺气肿肺功能损害程度。但该研究设计存在着一些缺陷，用注入对比剂后仅扫一期肺部增强扫描来反映整个肺灌注过程，是不够全面和准确的。

本研究将感兴趣区划在肺野外带，考察“肺皮质区”的血流灌注情况，发现正常组14人均表现为肺血流灌注呈现从上向下逐渐增多的分布趋势，与既往研究[5-8]相符，认为这可能与人类长期直立行走所致的肺血流坠积效应密切相关。在肺气肿组与正常组对比中则发现肺气肿组的PE值显著减低（P＜0.05），PE值反映肺皮质区的血流灌注量，与血管大小和有功能的毛细血管开放数量有关。肺气肿患者由于毛细血管被破坏导致灌注值减低，宏观上表现为肺实质破坏区域和严重程度与肺灌注减低区域和程度相一致。这表明CT灌注扫描可以显示继发于肺实质破坏的肺灌注改变，亦验证了早期学者提出的“肺气肿患者肺泡面积的减少伴随着等量的肺毛细血管容量的减少”这一推断[8]。

本研究的另一个重点是探索低剂量下实现全肺灌注扫描的可行性。我们通过检查前对受检者详尽的讲解及屏气训练、扫描时尽量缩小扫描野以及低剂量射线的运用[10]，严格控制受检者辐射剂量[11]，使其一次肺灌注扫描的辐射剂量DLP值不显著高于我中心一次常规胸部CT平扫加增强扫描的剂量，且全部在欧盟委员会参考剂量水平[12]（European Commission reference dose levels，EC RDLs）胸部650mGy·cm以下。

本研究的不足之处在于：样本量较小，未能发现肺功能分级与肺叶灌注之间是否存在相关性；仅考察了肺实质破坏与肺灌注障碍的关系，未考察小气道病变引起的肺灌注障碍，而后者亦是吸烟导致肺气肿的患者常见的肺部解剖学改变。

本研究具有良好的可持续性，今后通过不断扩大样本量，逐渐建立起正常国人以及各型肺气肿肺血流灌注模型；同时可以进一步细化对肺气肿患者的分组，比如探索治疗前后以及不同治疗方案对于改善肺灌注是否有差异等，从而更深入地探讨低剂量CT肺灌注定量分析这一便捷无创的影像检查技术是否能够与肺功能检查相结合，成为临床诊断肺气肿、指导治疗、评估疗效和判断预后中的新标准，也为今后更深入认识和研究肺气肿发病机制提供新的思路和线索。