动态X线胸片评估平静呼吸下慢性阻塞性肺疾病患者横膈运动

陈疆红，崔茹欣，于刚刚，王 维，钟朝辉*，杨正汉，王振常

(1.首都医科大学附属北京友谊医院放射科；2.呼吸科，北京 100050)

图1 软件自动识别左、右侧横膈最高点(蓝、绿线)及左、右侧肺尖(红、紫线)示意图 A.呼气末胸部X线片； B.吸气末胸部X线片

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)为累及全身的慢性气道炎症性疾病，其所产生的炎症因子、机体供氧不足、电解质紊乱以及应用激素治疗等诸多因素均可严重影响全身骨骼肌[1-2]。膈肌属于骨骼肌，是负责通气功能最主要的呼吸肌，COPD会导致其变薄及收缩力减弱[3]，从而严重影响肺通气。精准评估膈肌功能对于临床诊断及治疗COPD具有重要作用。本研究采用新型X线平板探测设备[4-7]连续采集立位胸部图像，获得类似X线透视动态影像，采用图像后处理技术定量分析横膈运动幅度、时间及速度等，进而精准评估膈肌运动状态。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2018年6月—2019年6月于首都医科大学附属北京友谊医院就诊的96例COPD患者(COPD组)，男79例，女17例，年龄55～86岁，平均(66.6±7.2)岁。纳入标准：①年龄40～75岁；②根据2017版COPD全球创议(global initiative for chronic obstructive lung disease, GOLD)指南诊断COPD，且均于动态胸片检查前后1周内接受肺功能检查；③有吸烟史(目前吸烟或已戒烟)，吸烟>10包/年。排除标准：①合并其他弥漫性肺疾病；②合并急性肺部感染；③肺内占位或明显胸膜、胸壁病变；④既往肺部手术史；⑤不能配合完成动态胸片拍摄。另招募50名健康成人作为对照组，男8名，女42名，年龄44～67岁，平均(53.4±5.4)岁。纳入标准：①年龄40～75岁；②既往体健，无明确心肺疾患；③于动态胸片检查前后1周内接受肺功能检查，且肺功能正常[第1秒用力呼气容积/用力肺活量(forced expiratory volume in the first second/forced vital capacity, FEV1/FVC)>70%)]；④无吸烟史。记录全部受试者的身高、体质量及体质量指数(body mass index, BMI)。本研究经首都医科大学附属北京友谊医院生命伦理委员会批准(批准号：2018-P2-086-02)，所有受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Konica Aero DR C80动态X线平板探测设备(Konica Minolta Inc., Tokyo, Japan)采集胸部图像。嘱受试者平静呼吸，摄站立后前位胸片。拍摄条件：管电压100 kV，管电流50 mA，矩阵1024×768，X线为脉冲发射，曝光时间约15 s，以15帧/s获取数据，辐射剂量约0.34 mSv。记录受试者肺功能检查结果，包括FEV1、FVC、FEV1/FVC、深吸气量(inspiratory capacity, IC)及残气量/肺总量(residual volume/ total lung volume, RV/TLC)，均以实测值/预测值×100%作为结果。

1.3 图像分析 将图像导入工作站，以设备配备的Kinetic Analysis Tool软件分析动态胸片，自动识别并标记双侧肺尖及横膈上缘。由2名具有15年胸部影像学诊断经验的副主任医师判断软件自动标记的双侧横膈最高点及双肺尖位置是否正确(图1)，必要时加以手动修改；软件自动追踪标记位置随呼吸周期的移动，绘制横膈至双肺尖垂直距离随时间的变化曲线及相应横膈运动速率随时间的变化曲线(图2)。根据曲线显示数值记录每个完整呼吸的周期横膈运动数据，最终以曝光时间内所含全部完整呼吸周期的平均值作为受试者数据。

图2 自动分析软件绘制的双侧横膈运动幅度及速度随时间变化的曲线示意图(蓝色曲线为左侧横膈，红色曲线为右侧横膈) A.时间-运动速度曲线，吸气段对应速度为正值，呼气段对应速度为负值，纵轴0点为呼气、吸气转换点； B.时间-运动幅度曲线，浅蓝色线间曲线为1个呼吸周期横膈运动幅度的变化，I段为吸气段，E段为呼气段

1.4 统计学分析 采用SPSS 20.0统计分析软件，以Kolmogorov-Smirnovtest对数据进行正态性检验，符合正态分布的计量资料以±s表示，否则以中位数(上下四分位数)表示；计数资料以频数(百分比)表示。数据符合正态分布时，采用两独立样本t检验比较2组间临床资料、肺功能检查结果及动态胸片检查，否则以Mann-WhitneyU检验进行分析。以Pearson卡方检验比较2组间性别差异，以Pearson或Spearman相关分析观察COPD肺功能参数与动态胸片检查参数的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 2组间临床资料、肺功能结果及动态胸片结果比较 2组间年龄、性别及身高差异均有统计学意义(P均<0.01)，而体重及BMI差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表1。COPD组肺功能参数值均较对照组降低(P均<0.01)，见表2。COPD组平静呼吸下双侧横膈运动幅度及速度均高于对照组(P均<0.05)，见表3。

2．2 肺功能结果与动态胸片检查参数相关性分析 COPD组各肺功能参数与动态胸片检查参数均无明显相关(P均>0.05)，见表4。

表1 COPD组与对照组临床资料比较

表2 COPD组与对照组肺功能结果比较(%，±s)

表2 COPD组与对照组肺功能结果比较(%，±s)

组别FEV1FVCFEV1/FVCICRV/TLCCOPD组(n=96)58.18±21.4983.76±20.0053.56±11.1179.92±25.07143.98±28.51对照组(n=50)110.60±21.44102.75±14.0879.87±5.32105.10±15.18110.18±23.68t值25.37-6.66-19.34-7.476.28P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

表3 COPD组与对照组动态胸片检查参数比较

表4 呼吸功能参数与动态胸片检查参数的相关性分析结果

3 讨论

普通X线胸片是评估膈肌形态的最简单的方法，为筛查膈肌病变的常用手段。研究[8]表明，胸片对于检出单侧膈肌麻痹的敏感度可达90%，但特异度仅为40%，故需结合CT进一步诊断膈肌病变，以明确导致膈肌形态、位置异常的病因[9]；但CT辐射较大。动态MR检查可定量分析膈肌移动，无电离辐射[10-11]，但检查技术要求较高，操作相对复杂。超声常用于评价膈肌形态和功能，操作简单且无电离辐射，M型超声可用于测量膈肌运动方向和移动幅度[12]。CORBELLINI等[13]应用M型超声比较COPD患者与健康对照者的膈肌运动幅度。本研究采用动态X线摄影设备直观观察膈肌位置、形态随呼吸运动的变化，定量分析膈肌运动，所获结果与CORBELLINI等[13]的结果相符，提示采用本研究方法能为精准诊断COPD提供依据，可作为临床评估COPD的另一选择。

本研究采取直立位摄取胸部X线片。直立位是患者的日常体位，获取的膈肌运动数据较卧位检查更为精准。本研究结果显示平静呼吸下COPD患者双侧横膈移动幅度及速度均大于健康对照者，与YAMADA等[7]采用相同检查设备获得的结果一致。

2020版GOLD关于诊断、管理和预防COPD的内容指出，COPD的特征为持续呼吸道症状和气流受限，肺功能检查是确诊的必备条件，使用支气管扩张剂后FEV1/FVC<0.7可确定存在持续气流受限[14]。由于气流受限，COPD患者肺通气阻力增高，肺内气体潴留，致其呼吸肌负荷较正常人增加10倍之多[15]；肺组织过度膨胀，膈肌被向下推移而使其弧度变平，产生张力的能力降低而影响呼吸运动；此外，COPD产生的炎症因子严重影响包括膈肌在内的全身骨骼肌，而营养不良、酸碱平衡紊乱及右心功能不全等可致机体供氧不足、电解质紊乱等的各种因素均可造成膈肌损伤。COPD的病情越重，对呼吸肌的影响越明显[16]，膈肌结构随之改变，以应对长期呼吸肌高负荷，代偿气体交换，在代偿能力范围内表现为增大移动幅度、加快运动速度以满足机体供氧需求[17]。 COPD患者出现呼吸困难或运动不耐受可能是膈肌负荷与代偿失衡所致[18]。

本研究结果显示COPD患者平静呼吸膈肌运动幅度及速度与肺功能参数无明显相关。膈肌移动度仅为影响肺功能因素之一，患者呼吸方式及设备等差异均可影响研究结果。既往相关研究[6,13,19]结果亦不尽相同，CORBELLINI等[13]应用M-型超声观察52例中-重度COPD患者的横膈运动度与FEV1，发现2者存在强相关；ROCHA等[19]分析25例COPD患者卧位X线胸片，发现横膈运动度与最大自主通气量及深吸气量之间存在强相关；而HIDA等[6]回顾31例COPD的动态胸片，结果显示用力呼吸横膈运动度与FEV1存在弱相关。

本研究的主要局限性：①由于COPD患者年龄偏大，且男性居多，较难使健康对照组的临床基本数据与之完全匹配；既往研究[5]显示，导致横膈运动幅度增加的独立影响因素包括较高的BMI及潮气量，并不包括年龄及性别；②所用检查仪器为新研发设备，仅支持正位动态胸片数据；③横膈运动数据经由人工选取曲线上的点后通过计算获得，不可避免存在误差；④未对COPD患者按GOLD标准进行分级观察，有待进一步完善。

综上所述，采用动态摄取X线胸片可定量分析COPD患者横膈运动，有望成为临床精准评估COPD的新手段。