胸部CT定量技术对慢性阻塞性肺疾病病人心肺功能的评估价值

刘金良，庞 军，孙志红，张连策，庞红艳，张兆福，李晓冬

慢性阻塞性肺疾病(COPD)是全世界范围内一种高致病率及死亡率的疾病，与病人发生肺癌也存在相关性，尤其是在进行肺部手术时，COPD是术后发生心肺并发症的重要危险因素[1-2]。随着影像技术及计算机技术的发展，COPD的CT定量检测方法越来越成熟，胸部CT平扫用于COPD辅助诊断检出的并不是单一的某种病变形式，而是包括肺气肿、慢性支气管炎等多种病变形式，定量CT能够有效测量肺气肿的范围、气道壁厚度以及小气道病变相关的气体潴留等，对COPD气流受限做出客观的评估[3-4]。CT定量技术在COPD中的应用越来越广泛，但是关于评估心脏大小与COPD关系及肺癌合并COPD病人肺叶切除术后心肺并发症的发生概率的研究，国内外还鲜有报道。本研究通过CT定量技术对以上问题进行探索研究，以期建立符合临床需求的客观、量化、高信度的评价与诊断体系，为临床的精准治疗和疾病监测提供可靠的影像技术支持。现作报道。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2019年1-12月经肺功能检测确诊COPD病人95例。纳入标准：符合中华医学会呼吸病学分会制定的《慢性阻塞性肺疾病诊治指南》[5]；病人气流受限，第1秒用力呼气量(FEV1)/用力肺活量(FVC) <70%；行吸气和呼气胸部CT扫描；目前或以往吸烟。排除标准：感染性肺炎；间质性肺炎；既往肺部、心脏手术史；胸廓变形；心肺器质性病变者；肺癌；哮喘、支气管扩张、其他肺部器质性。其中男67例，女28例，年龄42～76岁，所有病人均签署知情同意书。

选取我院同期确诊的肺癌合并COPD病人53例。纳入标准：年龄≥18岁；拟行肺叶切除术。排除标准：术前CT图像显示存在肺间质病变；有支气管哮喘史；术前感染引起并发症，如肺炎或脓肿形成；哮喘、支气管扩张或其他肺部器质性病变。

1.2 分级标准 依据慢性阻塞性肺疾病全球倡议(global initiative for chronic obstructive lung disease，GOLD)标准进行分级[6]：应用支气管舒张剂后FEV1/FVC<70%，Ⅰ级(轻度)，FEV1≥80%预计值，有或无慢性症状；Ⅱ级(中度)，FEV1 50%～<80%预计值，有或无慢性症状；Ⅲ级(重度)，FEV1 30%～<50%预计值，有或无慢性症状；Ⅳ级 (极重度)，FEV1<30%预计值或FEV1<50%预计值并伴慢性呼吸衰竭。

1.3 方法

1.3.1 CT定量技术 所有病人均采用飞利浦ICT扫描仪(128排256层)在吸气末进行胸部扫描。检查前先进行呼吸训练，直至病人能在最大吸气末屏气。检查时病人取仰卧位，双臂上举，头步先进，采用ICT进行扫描，扫描参数设置：管电压120 kV，选择自动管电流技术，扫描准直128×0.625，有效管电流250 mA，螺距0.915，旋转时间0.5 s，矩阵1 024×1 024，层厚、层间距5 mm，于吸气末进行全肺CT平扫。采用Lung Enhanced算法进行图像重建，层厚、层间距为1 mm，将所有薄层图像数据传输至后处理工作站分析处理，观察记录肺功能参数呼吸气末肺容积/呼气末肺容积(Vex/Vin)、呼气末与吸气末CT平均肺密度比值[MLD(ex/in)]、最低1%肺衰减值(Prec1)、最低15%衰减值(Prec15)。采用阈值法，设定CT值低于-950 Hu为LAA，软件分析后自动获得LAA所占体积及比例。

1.3.2 肺功能检查 单纯COPD采用MasterScreen肺功能仪(德国JAEGER公司)进行肺功能检查，检查前调整机器环境参数，嘱病人坐正坐直，测定计算肺总量(TLC)、残气量(RV)、RV/TLC、FVC、FEV1、FEV1/FVC、FEV1占预计值百分比(FEV1%)。

1.3.3 超声心动图检查 采用Vivid7彩色多普勒超声显像仪(GE公司)，探头频率2.5 MHz，检测病人单纯COPD病人左心室射血分数(LVEF)、左心室内径(LVD)、左心房内径(LAD)、右心室内径(RVD)、右心房内径(RAD)，测量3个心动周期取其平均值。

1.4 观察指标 (1)统计不同病情程度COPD病人CT参数[LAA%、Vex/Vin、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15]及肺功能检测结果(FVC、FEV1、FEV1%、FEV1/FVC、RV、TLC、RV/TLC)，并分析CT参数与肺功能相关性。(2)统计不同病情程度COPD病人心脏参数包括LVD、LVEF、RVD、LAD、RAD并分析CT参数与心脏参数的相关性，明确CT定量参数与心脏大小之间的相关性。(3)观察肺癌合并COPD病人手术后6个月内的心肺并发症，包括脓胸、支气管胸膜瘘、肺炎(体温>38 ℃持续48 h，产生化脓性痰，X线片显示胸部浸润)、肺不张、急性肺损伤、长期漏气(>7 d)和心律失常等发生情况。比较不同发生情况CT参数[LAA%、Vex/Vin、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15]，并分析其预测价值。

1.5 统计学方法 采用t检验、方差分析、q检验、相关分析和受试者工作特征曲线(ROC)分析。

2 结果

2.1 不同病情程度病人CT定量参数比较 随COPD病人病情程度加重，LAA总占比、右肺占比、左肺占比、Vex/Vin、肺气肿指数(EI)、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15均呈升高趋势，不同病情程度病人以上参数间差异均有统计学意义(P<0.05～P<0.01)(见表1)。

表1 不同病情程度病人CT定量参数比较

2.2 不同病情程度病人肺功能指标比较 随COPD病人病情程度加重，FVC、FEV1、FEV1%、FEV1/FVC均呈降低趋势，RV、TLC、RV/TLC均呈升高趋势，不同病情程度病人以上指标间差异均有统计学意义(P<0.01)(见表2)。

表2 不同病情程度病人肺功能指标比较

2.3 不同病情程度病人心脏指标比较 随COPD病人病情程度加重，RVD呈升高趋势，LVEF呈降低趋势，不同病情程度病人RVD和LVEF间差异均有统计学意义(P<0.01)(见表3)。

2.4 CT定量参数与肺功能指标的相关性分析 LAA%、Vex/Vin、EI、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15与FVC、FEV1、FEV1%、FEV1/FVC均呈负相关关系(P<0.05～P<0.01)，与RV、TLC、RV/TLC呈正相关关系(P<0.05～P<0.01)(见表4)。

2.5 CT定量参数与心脏指标相关性分析 LAA%、Vex/Vin、EI、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15与LVEF均呈负相关关系(P<0.05～P<0.01)，与RVD均呈正相关关系(P<0.05～P<0.01)(见表5)。

表3 不同病情程度病人心脏指标比较

表4 CT定量参数与肺功能指标的相关性(r)

2.6 不同结局病人术前CT定量参数比较 53例病人中14例病人术后发生心肺并发症，其中心律失常4例，发生心肺并发症病人术前LAA%、Vex/Vin、EI、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15均高于未发生者(P<0.05)(见表6)。

表5 CT定量参数与心脏指标的相关性(r)

表6 不同病情程度病人CT定量参数比较

2.7 CT定量参数对COPD病人心肺并发症预测价值 EI预测COPD病人发生心肺并发症ROC曲线下面积(AUC)为0.773，95%CI为0.637～0.877，当截断值>19%时，敏感性为71.43%，特异性为82.05%。LAA总占比预测发生心肺并发症AUC为0.793，95%CI为0.660～0.892，当截断值>29.03%时，敏感性为78.57%，特异性为71.79%。LAA右肺占比预测发生心肺并发症AUC为0.708，95%CI为0.567～0.825，当截断值>30.65%时，敏感性为78.57%，特异性为61.54%。LAA左肺占比预测发生心肺并发症AUC为0.819，95%CI为0.689～0.911，当截断值>32.53%时，敏感性为71.43%，特异性为84.62%。MLD预测发生心肺并发症AUC为0.808，95%CI为0.676～0.903，当截断值>0.94时，敏感性为71.43%，特异性为79.49%。Prec1预测发生心肺并发症AUC为0.760，95%CI为0.623～0.867，当截断值>945.06 HU时，敏感性为78.57%，特异性为66.67%。Prec15预测发生心肺并发症AUC为0.747，95%CI为0.609～0.857，当截断值>974.59 HU时，敏感性为78.57%，特异性为69.23%。

3 讨论

COPD是一种常见的可预防、可治疗的疾病，以不完全可逆的气流受限为特点，主要表现为慢性支气管炎和肺气肿。目前临床上主要采用肺功能检测结果评估COPD病人的严重程度，但是这种方法存在一定的局限性，如不能推断病因、受主观因素影响大，病人配合情况和动作都可能会影响医生的诊断等[7-8]。胸部CT定量技术可以作为肺功能检测的重要补充，具有较强的临床应用价值，包括分析肺气肿分布、早期发现病灶、了解病程、了解肺功能状态等，且检查方便快捷，扫描和检查结果评估可在5 min内完成，较PET更加直观，已成为研究热点[9-10]。本研究主要通过后处理分析软件测量COPD病人胸部CT定量参数，研究CT定量参数与肺功能检测指标的相关性，寻找CT定量参数中可以做为评价COPD病人肺功能的有效预测因子。

3.1 胸部CT定量参数与COPD病人肺功能指标相关 本研究结果显示，随着COPD病人病情程度加重，LAA%、Vex/Vin、EI、MLD、Prec15、Prec1等指标均呈升高趋势，而FVC、FEV1、FEV1%、FEV1/FVC呈降低趋势，RV、TLC、RV/TLC呈升高趋势，说明CT参数变化与COPD病人病情程度具有一定关系。EI、Prec15、Prec1为肺气肿参数，其中EI是测量低于某一阈值的全肺分布情况，受多种因素影响，而百分数法则受深度的影响较小，更适用于肺气肿长期随访[11-12]。国外学者[13]研究发现，Prec1与肺气肿相关性最好；NEWELL等[14]则推荐Prec15是最为安全和可行的评估方法。本研究中，基于两者研究发现，Prec15、Prec1、EI均与常规肺功能指标具有一定相关性，与上述文献一致，也说明随着COPD肺功能病情加重，肺顺应性加重。MLD、Vex/Vin为空气潴留参数，Vex/Vin能通过深呼吸下动态观察肺顺应性改变，反映空气潴留情况，Vex/Vin越小，则肺顺应性越好，肺功能损伤越小，其较MLD的优势在于受重建参数以及扫描层厚的影响小，但检查前需对病人进行呼吸训练，减少呼吸状态对检测数据的影响[15-16]。COPD肺实质破坏表现为LAA，其病理改变为呼吸性细支气管的病理性扩张和肺泡壁的破坏，CT 肺密度定量测量采用吸气末阈值法评价肺内LAA，其结果与病理改变相关性强[17]。本研究发现，LAA%与肺功能密切相关，与丁前江等[18]研究相符，说明LAA%可作为COPD肺功能改变的定量指标。本研究结果还发现，MLD、Vex/Vin与COPD肺功能均具有较高相关，证实肺气肿参数、肺实质衰减参数等CT定量技术可以作为肺功能检测数据的预测因子，并能对COPD早期诊断以及存在COPD高危因素的肺功能检测正常者进行量化评估。

3.2 胸部CT定量参数与COPD病人心脏指标相关 心血管疾病是COPD的常见并发症，也是病人死亡的主要原因[19]。本研究中，随着COPD分级增加，病情加重，RVD呈升高趋势，LVEF呈降低趋势。COPD病情变化会影响心脏结构，降低病人心功能。主要机制可能为长期炎性反应导致肺泡、毛细血管重构，引起继发性肺动脉高压，受胸腔限制，导致右心室前向压力增加，RVD增加，右心肌肥大，发生心脏结构变化；且长期处于低氧血症及高碳酸血症情况下，会损害左心室功能，导致LVEF降低；严重COPD病人，呼气时较大的肺容积可能通过肺过度膨胀导致心脏受压[20-21]。

本研究中LVD、LAD、RAD早期(Ⅰ期、Ⅱ期)变化不明显，随有疾病加重，COPD发展至Ⅲ～Ⅳ期也有不同程度改变，但与肺功能指标无密切相关性，也说明COPD右侧肺实质性改变发生更早，因此导致右侧心脏结构变化更为明显。可能原因有如右侧肺体积小，更容易受到胸膜回压影响；右侧主支气管交左侧粗短，因而有害物质进入右肺概率大于左侧。因此证实，随着COPD的进展，会导致心脏结构变化及心功能的改变。进一步研究发现，LAA%、Vex/Vin、EI、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15与RVD、LVEF均存在一定相关性，提示胸部CT定量参数在预测和评估心功能方面也具有一定价值。

3.3 胸部CT定量参数对肺癌合并COPD病人术后心肺并发症发生的预测价值 基于上述研究，本研究以肺癌合并COPD病人为研究对象探讨发现，术后发生心肺并发症病人与未发生心肺并发症病人术前LAA%、Vex/Vin、EI、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15等CT参数存在差异，也说明术前CT图像中肺气肿区域比例与术后心肺并发症存在一定关系。进一步研究证实，LAA%、Vex/Vin、EI、MLD(ex/in)、Prec1、Prec15CT均对术后心肺并发症发生具有一定预测价值，尤以LAA左肺占比最高，ROC达到0.819，其原因可能在于早期左肺实质性变化不明显，LAA左肺占比变化预示着病情进展程度高，因此更易发生术后心肺合并症。研究也提示对于年龄较大及LAA%较大的病人应必须谨慎地进行术中和术后处理，以减少肺损伤，降低术后发生心肺并发症的可能性。本研究虽对预测价值进行了分析，但未考虑年龄、性别等资料影响，仍需进一步深入研究。

综上，随着COPD进展，肺过度膨胀会导致心功能降低，且CT定量技术参数与病人心功能、肺功能指标密切相关，可作为肺功能检测的预测因子，同时可用于预测肺癌合并COPD病人行肺叶切除术后的心肺并发症发生情况。