基于CT双气相扫描对COPD患者肺容积定量研究

王 雷，赵凡惠，李建龙，黄晓旗

（延安大学附属医院影像科，陕西 延安 716000）

慢性阻塞性肺疾病 （Chronic obstructive pulmonary disease，COPD），简称慢阻肺，主要以不完全可逆的气流受限为特点，常呈进行性加重，其主要是吸烟所致[1]。国内外多项研究表明[2-3]到2020年COPD可能成为全球死亡原因的第3位，并成为全球疾病经济负担的第5位。目前肺功能检查是COPD诊断的最佳标准[4]。但此检查限制因素较多，如近期内严重的心肌梗死、心功能不稳定及未控制的高血压等患者禁用[5]。近年来，通过CT及其后处理技术对COPD患者肺功能进行定量分析具有极大的优势，如对于部分COPD患者，胸部定量CT评估其严重程度优于肺功能[6]；另可通过此方法对肺容积、肺密度或像素指数等因素间接分析肺组织的病理及生理改变信息，进而可对COPD进行早期定量诊断、病情及预后进行评估[7]。本研究通过对正常人与COPD进行肺容积定量分析，探讨其对慢阻肺临床价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

初步收集我院2016年11月—2018年2月正常健康人群132例和COPD患者114例的双气相胸部CT数据，所有被扫描人员均签署知情同意书。纳入标准：我院体检正常的健康人群，无任何肺部疾病、临床表现及胸部CT表现正常；符合 《2018年GOLD慢性阻塞性肺疾病诊断、治疗及预防全球策略解读》[8]中COPD的诊断标准：①无其它导致肺容积改变的疾病，如胸廓畸形；②吸入支气管扩张剂FEV1/FVC＜0.70；③CT胸部双气相图像清晰完整，肺组织显示清楚。排除标准：①患者配合差，图像显示不清；②影响肺容积的病变，如肺内手术史（肺叶或肺段切除术后）、胸廓畸形等；③肺内肿瘤或肿瘤样病变；④影响CT图像观察的疾病，如肺大部分感染、严重的肺不张及肺实变等；⑤其它较严重的疾病，如心脏、肝脏、肾脏等方面的疾病。

1.2 CT双气相扫描、图像后处理及定量测量

CT双气相扫描：所有被检查者均采用上海联影科技有限公司生产的UCT-760 128层螺旋CT进行扫描，扫描前对被检查者说明检查目的及注意事项，所有被检查者均签署知情同意书；对被检查者进行反复呼吸训练，当训练合格后，按照指令，分别在深吸气末与用力呼气末屏住呼吸的同时进行扫描；扫描体位为仰卧位并双手抱头，所有被检查者分别在深吸气末与用力呼气末屏住呼吸的同时进行全肺扫描；扫描参数：管电压120 kV，自适应动态管电流，准直 40 mm，螺距 1.0875，0.5 s/r，扫描层厚 5 mm，双气相图像分别重建1 mm薄层，FOV 35 mm，矩阵512×512。图像后处理及定量测量：所得图像导入数字肺测试平台数据分析平台进行数据收集及处理，数字肺平台可以量化分析肺气肿和支气管的软件，并且前期测量了1 000多例正常肺容积、肺密度和支气管的正常值，为COPD的研究奠定了基础。前期工作通过验证，数字肺科研平台可以对全肺和各肺叶进行自动分割，并可用不同颜色区分肺气肿及正常肺区域及定量测量各肺叶的肺容积及肺密度，最终将所得肺容积数据以Excel表显示。

1.3 统计学方法

2 结果

2.1 人口统计学

采集正常人与COPD患者双气相胸部CT数据，按照纳入与排除标准，最终入选正常人91例，其中男55例，女36例，年龄中位数为46岁；COPD患者61例，其中男53例，女8例，年龄中位数为65岁。

2.2 COPD吸气相与呼气相CT肺容积定量指标差异

分析表1可得，COPD吸气相与呼气相各肺叶肺容积差异具有统计学意义，P＜0.01，且吸气相全肺、右肺左肺及各个肺叶肺容积均显著大于呼气相；另发现无论吸气相或呼气相COPD右肺容积大于左肺容积。

2.3 正常人组与COPD吸气相与呼气相CT肺容积定量指标差异

COPD组与正常组双气相比较（表2，3），各肺叶肺容积差异具有统计学意义，P＜0.01；且无论吸气相或呼气相COPD各肺叶肺容积均显著大于正常人组。图1～8为正常人与COPD CT双气相扫描图像。

表1 COPD吸气相与呼气相CT肺容积定量指标差异

表2 正常人组与COPD组吸气相CT肺容积定量指标差异

表3 正常人组与COPD组呼气相CT肺容积定量指标差异

图1 ～4 男，45岁，吸烟史10年，肺功能指标正常。图1，2：正常人吸气相与呼气相CT横断层图像；图3，4：正常人吸气相与呼气相冠状位。 图5～8 COPD，男，56岁，吸烟史20年，肺功能GOLD分级为4级。图5，6：COPD患者吸气相与呼气相横断层图像；图7，8：COPD吸气相与呼气相冠状位。Figure 1～4. Male,45 years old,smoking history 10 years,normal lung function index.Figure 1,2:The inspiratory and expiratory CT transverse images in normal subject;Figure 3,4:The inspiratory and expiratory CT coronal images in normal subject. Figure 5～8. COPD,male,56 years old,smoking history 20 years,pulmonary function GOLD grade is 4.Figure 5,6:The inspiratory and expiratory CT transverse images in COPD patient;Figure 7,8:The inspiratory and expiratory CT coronal images in COPD patient.

3 讨论

COPD主要以不完全可逆的气流受限为特点的疾病，常呈进行性加重，随着疾病的进展，气流受限逐渐增重；虽然目前肺功能检查是诊断最佳标准，但由于其存在较多限制，实施存在较多困难，准确性亦难以评估，而近年来随着影像技术的迅猛发展及成熟，CT定量扫描与后处理软件结合进行肺容积定量分析的方法已逐渐成为定量评估肺功能的方法，且其具有较广泛、非侵袭性的优点[9]。

本研究主要具有以下优点：①CT肺功能测定主要通过肺容积或肺密度的改变来评估肺组织的功能变化[10]，但由于肺容积便于测量且客观,因此，此论著主要采用肺容积定量测量的方法。②以往CT定量研究主要为吸气相，但单纯的吸气相扫描可能由于被检查者主观因素影响而出现假阳性，对于某些COPD患者吸气相形态学表现不明显，而呼气相气流阻滞相对突出，呼气相可辅助吸气相评价COPD病变程度，本文吸气相与呼气相相结合，可使结果更具有临床价值及意义。

通过CT双气相肺容积定量分析，COPD组双气相与正常组双气相比较，无论吸气相或呼气相，COPD全肺、右左肺及各个肺叶肺容积均显著大于正常人组，这是因为COPD主要与慢性支气管炎和肺气肿有密切关系并出现持续气流受限的肺通气功能障碍[11]，随着病情发展，肺组织弹性逐渐减退，肺泡不断扩大且回缩障碍，最终导致COPD各肺叶肺容积大于相应的正常人肺容积；另一方面，无论吸气相或呼气相肺容积差异均以左肺上叶变化最显著，变化最小的是右肺中叶，说明COPD患者肺气肿及空气潴留主要以左肺上叶最明显，右肺中叶较少，其原因可能为左肺上叶体积较大，而右肺中叶体积较小，对比而言，左肺上叶对全肺影响较大，相关研究者[13]发现COPD首先从两肺上叶开始，逐渐向两肺下叶发展，且左肺上叶由于体积相对较大，其对全肺影响较明显。

苏维维等[13]通过肺容积定量测量的研究得出此方法可分析肺部形态学变化，同时对肺功能有着极好的预测功能，最终得出其对COPD诊断具有一定意义，本研究与此结果一致，且本研究所用测试平台可自动区分肺组织与其他组织，所得数据更接近生理指标，其定量结果相对更客观、准确，对COPD的诊断有一定的临床诊断价值；另一方面可用于判断各肺叶COPD病变的严重程度，因此可对近年来较流行治疗COPD的肺减容手术的术前及术后评估、定位及手术效果等方面有一定的临床价值，Kumar等[14]对肺减容手术患者分别进行术前与术后评估，结果发现此方法可更好的评价病变范围、程度及位置等信息，并可更好的预测术后肺功能。

本研究仍存在一定的局限性，COPD的病理改变不仅有肺容积的改变，也可出现其他的表现，如不同亚型的改变，而本例仅主要从肺容积方面进行分析；对COPD引起的其他改变仍需进一步研究分析。