慢性阻塞性肺疾病患者胸部高分辨率计算机断层成像肺气肿定量指标、气道管壁定量指标与肺功能的相关性研究

王 强 罗 勇 李 君

COPD在全球范围内高发，其在中国40岁以上人群患病率已上升至13.7%[1]，目前已从人类的第4大死亡病因上升至第3大死亡病因[2]。COPD临床表现为不完全可逆的持续性气流受限，被认为是肺组织对有毒气体或颗粒的炎症反应[3]，与空气污染、吸烟等密切相关[4]。COPD临床诊断以肺功能检查为主，但大多数COPD患者的年龄偏大，听力、理解力、肌肉协调能力差，无法配合完成指定的呼吸动作，因而影响检测结果。支气管病变是COPD的疾病特征，影像学检查显示为早期肺支气管狭窄[5]，随着计算机技术的不断更新，以及人工智能分析软件的应用，胸部高分辨率计算机断层成像(high-resolution computed tomography, HRCT)对肺组织定量分析得以实现[6]。肺组织定量分析能间接反映肺通气功能，可为COPD临床诊断提供依据，解决大量无法完成肺功能检查的COPD患者的诊断问题。本研究为明确HRCT定量检测对COPD的诊断价值，分析了HRCT定量检测指标与肺功能指标的相关性。

1 对象与方法

1.1 研究对象 收集2018年4月-2019年8月上海交通大学医学院附属新华医院崇明分院连续收治的80例COPD患者(COPD组)的临床资料。纳入标准：年龄≥18岁，近3个月未服用激素或免疫抑制剂，能配合检查，无良、恶性肿瘤病史。排除标准：胸部外伤、畸形；重症肺炎、胸腔积液、间质性肺炎、肺部肿瘤或占位性病变；合并严重的心、肝、肾、脑功能疾病；不愿意参加本次研究，未签署知情同意书或资料不完整；哺乳期或妊娠女性。另选择40例同期行健康体格检查的健康志愿者作为对照组，入组受试者血、尿常规检查，血生物化学检查结果均正常；无心血管疾病家族史。本研究经医院伦理委员会审核通过(批件号为CMEC-2000-KT-46)。

1.2 方法

1.2.1 诊断标准 COPD的诊断采用《慢性阻塞性肺疾病诊治指南(2013年修订版)》中的诊断标准[7]。吸烟的判定标准：具有10年及以上吸烟史，且期间无戒烟史，平均日吸烟量≥2支。

1.2.2 肺功能检查 COPD组患者入院24 h内(即给予支气管扩张药物和抗感染治疗前)行肺功能、胸部HRCT等检查。受试者取坐位，应用MS-IOS型肺功能仪(德国Jaeger公司)测量FEV1、FVC、FEV1占FVC比值(FEV1/FVC)、FEV1占预计值百分比(FEV1%pred)、残气量(residual volume, RV)、肺总量(total lung capacity, TLC)、RV占TLC比值(RV/TLC)。

1.2.3 胸部HRCT参数设置 应用双源64排CT(德国西门子公司)进行胸部HRCT检查。参数设置：管电压120 kV，管电流200 mA，层厚1 mm，螺距0.915，探测器128 mm×0.625 mm，机架旋转时间0.5 s/rot，矩阵 512×512，采集层厚1 mm、重建层厚1 mm、重建间隔1 mm，重建采用软组织算法。获得图像资料后传输至后台工作站(Extended Brilliance Work-placeTM)分析支气管定量参数。选取右肺上叶尖端、左肺上叶尖后段、右肺下叶后基底段、左肺下叶后基底段为测量对象，应用多平面重组技术(multi-planar reconstruction, MPR)重建支气管腔水平面与矢状面，测量平均支气管腔内径(mean lumen diameter, LD mean)、平均管壁厚度(mean wall thickness, WT mean)、管壁面积占支气管断面总面积的百分比的平均值(WA%mean)，由2名高年资(工作时间≥10年)CT室技术员进行测量，每条支气管重复测量3次，取平均值。利用Volume应用程序，测量肺气肿体积(设定为阈值=-950 Hu)，计算肺气肿指数(emphysema index, EI)；EI=总肺气肿体积(total emphysema volume,TEV)/总肺体积(total lung volume，TLV)×100%。

1.2.4 观察指标 测量并比较COPD组、对照组，以及不同分级COPD患者的胸部HRCT肺气肿定量指标(EI、TLV、TEV)、气道管壁定量指标(LD mean、WT mean、WA% mean)、肺功能指标(FEV1、FVC、FEV1/FVC、FEV1%pred、RV、TLC和RV/TLC)，分析COPD患者胸部HRCT肺气肿定量指标、气道管壁定量指标与肺功能指标的相关性。

2 结 果

2.1 两组一般资料比较 COPD组男55例、女25例；年龄48～78岁，确诊病程2～7年，COPD《慢性阻塞性肺疾病全球倡议(global initiative for chronic obstructive lung disease, GOLD)》Ⅰ级19例、Ⅱ级28例、Ⅲ级24例、Ⅳ级9例。对照组男29例、女11例；年龄42～70岁。两组受试者的性别构成、年龄、BMI和吸烟者比例的差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表1。

表1 两组受试者的临床资料比较

2.2 两组胸部HRCT肺气肿定量指标、气道管壁定量指标比较 与对照组相比，COPD患者的LD mean显著降低(P<0.01)，且随着病情严重程度增加而降低(P值均<0.01)；WT mean、WA % mean、TLV、TEV和EI均显著增大(P值均<0.01)，随着病情严重程度增加而增大(P值均<0.01)。见表2、3。

表2 两组受试者胸部HRCT肺气肿定量指标、气道管壁定量指标的比较

表3 不同分级COPD患者的胸部HRCT肺气肿定量指标、气道管壁定量指标的比较

2.3 两组肺功能指标对比 与对照组相比，COPD组FEV1、FVC、FEV1/FVC、FEV1%pred均显著降低(P值均<0.01)，除FEV1/FVC外，FEV1、FVC、FEV1%pred均随着病情严重程度增加而降低;而RV、TLC和RV/TLC均显著增大(P值均<0.01)，且随着病情严重程度增加而增大(P值均<0.01)。见表4、5。

表4 两组受试者肺功能指标的比较

表5 不同分级COPD患者的肺功能指标的比较

2.4 COPD患者胸部HRCT肺气肿定量指标、气道管壁定量指标与肺功能指标的相关性分析 Spearman相关性分析发现，COPD患者胸部HRCT肺气肿定量指标、气道管壁定量指标与肺功能指标相关，其中FEV1、FVC、FEV1%pred分别与LD mean呈正相关(P值均<0.05)，与WT mean、WA% mean和TLV、TEV、EI均呈负相关(P值均<0.05)；RV、TLC、RV/TLC分别与LD mean呈负相关(P值均<0.05)，与WT mean、WA% mean和TLV、TEV、EI均呈正相关(P值均<0.05)，FEV1/FVC与HRCT肺气肿定量指标、气道管壁定量指标均无相关性(P值均>0.05)。见表6。

表6 COPD患者肺功能指标与胸部HRCT参数的相关性分析

3 讨 论

现代多层螺旋CT的螺距小、扫描快，软件后处理技术能够自动区分肺组织[8-11]，实现对肺气肿区域和位置的精确定位，还可以通过图像处理技术清晰立体地显示肺气肿微小血管影像，肺功能自动分析软件可以对肺组织各级支气管包括小气道的通气指数进行定量分析[12-13]，对COPD诊断具有较高的特异性[14-16]。Cho等[11]报道了利用半峰全宽(FWHM)技术评估气道的方法，该方法是较早应用CT定量分析肺组织功能的方法，主要利用CT衰减值对不同支气管管壁进行切割，区别管腔与管壁、肺组织并获得详细数据，随后，关于CT定量分析肺功能技术的报道逐渐增多。现已报道的研究[17-20]显示，肺容积、肺密度及其相关指数与肺功能指标 FEV1、FVC、FEV1/FVC、RV/TLC均存在不同程度的相关性，其中肺密度差与FEV1、FVC和FEV1/FVC呈高度相关。肺组织密度和厚度差异对比成像技术可以精准定位病灶，诊断准确率高，被认为是最佳的影像学检查方法[13-15]。COPD的支气管病变是疾病的共同特点和基础，以上方法只能进行全肺功能判断，不能对各级支气管功能进行判断。

通过测量LD、WT、WA%了解小气道测量数据，可准确诊断早期肺功能异常而临床症状不明显的COPD患者，弥补肺功能检查易漏诊早期COPD患者的弊端[21-24]，解决大量无法完成肺功能检查的COPD患者的诊断问题。测量EI值可以了解全肺的病变程度，对肺叶病变进行评估。本研究应用64排HRCT成像和薄层MPR技术，对COPD患者支气管进行重复定量分析，同时利用Volume应用程序测量肺气肿体积，计算EI。结果显示，与对照组相比，COPD患者WT mean、WA% mean、 TLV、TEV、EI均明显增大，两组间多项肺功能指标，如FEV1、FVC、FEV1%pred、RV、TLC和RV/TLC的差异均有统计学意义，且均随病情严重程度变化而变化。进一步行Spearman相关性分析显示，HRCT定量检测各指标与除FEV1/FVC外的其他肺功能指标均有相关性，其中FEV1、FVC、FEV1%pred分别与LD mean呈正相关，与WT mean、WA% mean、TLV、TEV、EI呈负相关；RV、TLC、RV/TLC分别与LD mean呈负相关，与WT mean、WA% mean、TLV、TEV、EI呈正相关，该结果与研究[12,14,17]结果类似。本研究结果提示，HRCT气管壁定量指标、肺气肿定量指标与肺功能指标具有较好的一致性，可间接反映肺功能状态，如WA%越大，气管管壁越厚，肺通气阻力越大，气流受限主要由小气道管壁的狭窄和闭塞所致，COPD气体潴留程度越重，小气道功能越差，肺功能越差。由此可见，HRCT气道管壁定量指标、肺气肿定量指标可用于评估不能耐受肺功能检查的急性期COPD患者，亦能够较好地提示COPD通气功能状态，提高诊断效能，为治疗提供依据。

本研究限于技术，主要检测的是段支气管，未检测亚段支气管，亚段支气管在气体交换程度和气体潴留程度的评估中具有重要价值[4]，未能了解肺组织各级支气管之间的差异及其指数与肺功能指标的相关性，后期将努力打破检测的局限性，进一步探讨和补充。其次，本研究的样本量较少，可能存在一定误差，后期将进一步扩大样本量。尽管FEV1%pred纳入了受试者身高、体重等因素的影响，但仍有必要对其他参数进行身高和体重分层探讨，分析身高和体重对HRCT肺气肿定量指标、气道管壁定量指标与肺功能异常的影响。

综上所述，COPD患者HRCT肺气肿定量指标、气道管壁定量指标与肺功能具有一定的相关性，不仅能评价肺实质的破坏程度，亦能评估气道堵塞程度，HRCT定量分析可反映COPD患者的临床特征，可作为评估COPD肺功能的重要指标，为COPD诊断和治疗提供参考依据。

(该论文经审稿，已入选“春蕾杯”科研论文评比)