CT定量在哮喘患者气道重塑与空气潴留的研究进展

朱彦瑾 黄晓旗 王 雷 赵凡惠 李建龙

延安大学附属医院影像科，陕西省延安市 716000

随着全球工业化、城市化、环境污染、气候变化以及人们的生活方式、饮食习惯的改变，哮喘的患病率在明显的升高，目前全球哮喘患者约有2.35亿人，中国约有3 000万人[1]。哮喘得不到控制将造成患者巨大的医疗经济负担，影响日常生活，甚至危及生命[1]。哮喘发病具有遗传因素，可出现家族聚集现象；发病变应原有室内变应原、职业变应原、食物、药物等；促发因素有大气污染、吸烟、肥胖、运动等。哮喘的症状表现为反复发作的喘息、气急、咳嗽、胸闷等，有20%的6～7岁哮喘儿童在1年内经历了严重的喘息发作[2],症状的发作与肺内的广泛易变的气流阻塞有关[1]。定量CT(Quantitative CT，QCT)具有可重复检测、测出疾病在肺中的位置、量化肺部疾病的程度和总体严重性的优点[3]，在临床诊断中发挥着重要的作用。

1 支气管哮喘病理生理

1.1 气道重塑 哮喘的反复发作和慢性炎症过程导致气道上皮细胞损伤，引起气道壁的平滑肌增生肥大、黏液腺增生、网状基底膜增厚、细胞外基质沉积、血管增生、上皮下纤维化等一系列修复过程，进而导致气道壁结构改变，称为气道重塑。QCT上气道重塑表现为气道壁增厚，被认为是严重哮喘的标志[4]。气道重塑是不可逆性气流阻塞和气道高反应性的亚表型，并且与疾病严重程度增加有关。哮喘患者的亚组发展为不可逆或仅可部分可逆的气流阻塞，并且肺功能减低的速度加快。哮喘患者气道的收缩性或扩张性较差，气道重塑可导致哮喘患者中央气道壁的动态弹性变硬[5]。

1.2 空气潴留 空气潴留是指在呼气时，由于小气道远端狭窄或阻塞导致肺内残留过多的气体。呼气相 HRCT可表现为斑片状不均匀分布透亮影，有时可累及到一个肺段以上，吸气相图像上可未发现异常表现。空气潴留反映小气道存在阻塞，呼气相CT扫描所显示的一种征象，CT图像上显示该区域较正常肺实质更加透亮[6]。呼吸双气相对比可发现弥漫性空气潴留。肺功能正常的无症状人群在CT扫描中也显示出空气潴留，但哮喘患者的空气滞留明显更多，这与肺功能异常密切相关[7]。

2 临床肺功能测定法

临床常通过用肺功能监测哮喘患者的气流受限程度来间接评估哮喘患者的气道炎症和重塑程度，常用肺功能测定指标有第1秒用力呼气容积(Forced expiratory volume in one second，FEV1)、FEV1实测值占预计值百分比(FEV1%)、用力肺活量(Forced vital capacity，FVC)、FEV1/FVC、残气量(Residual volume，RV)、或 RV/肺总量(Total lung capacity，TLC)和呼气峰值流量(Peak expiratory flow，PEF)从25%～75%(PEF 25%～75%)等。倪良军等[8]研究40例中度哮喘患者中发现FEV1、FEV1/FVC、PEF、FEF 25%～75%、RV/TLC低于其他系统疾病的对照组。Shifren等[4]研究发现住院儿童哮喘患者的FEV1、FVC和FEF 25%～75%较未住院儿童低。贺蓉等[9]对54例哮喘患者研究中发现不同病情患者，肺功能存在差异，随着病情的加重，肺功能FEV1、FEV1/FVC、PEF和RV/TLC值均逐渐降低。哮喘临床肺功能检查是一种粗略的估计方法，不能直接显示病变，且费时费力。

3 CT定量方法

3.1 气道测量 现如今，CT在肺部和支气管的评估中已成为一种有效而敏感的非侵袭性手段，通过利用专用软件采集亚毫米单位的全肺体积而进行三维重建、定量评估和全自动测量[3]。CT扫描和先进的后处理软件可以获得直到第9代支气管的气道定量数据[10]，选取不同的肺叶、肺段对支气管进行测量，常用的测量参数有支气管管腔内径(Internal diameter,ID)、管腔外径(Outer diameter, OD)、管壁厚度(Wall thickness,WT)=(OD-ID)/2、管壁厚度/管腔外径(WT/OD)、WT占管壁总面积百分比WT%、气道壁面积(Wall area,WA)、WA占气道总面积百分比(WA%)、假定气道内周径为10mm时的管壁面积(Pi10WA)、假定气道内周径为10mm时的管壁面积的平方根(Pi10)等指标。Pi10是许多COPD和哮喘表型研究中最常用的气道壁增厚度量指标，Pi10可以被认为是标准化的气道壁厚测量值，并与小气道的组织学测量值显著相关[11]。贺蓉等[9]研究还发现支气管哮喘患者WT/OD和WA%明显高于健康对照组，而重度支气管哮喘患者WT/OD和WA%高于轻度和中度支气管哮喘患者，表明支气管壁随着病情的加重逐渐增厚；WT/OD和WA%与FEV1呈负相关，相关系数r分别为-0.392、-0.368。其他大量研究在哮喘患者中使用WA%和WT%进行气道评估,表明气道增厚程度与病程，疾病严重程度和气流受限水平有关[8、12-13]。夏婷婷等用CT定量气道测量方法[14-15]得出哮喘患者较COPD患者存在明显的气道重塑，且重症哮喘患者较非重症哮喘患者气道重塑更加明显。

3.2 空气潴留测量

3.2.1 阈值法：低衰减区域百分比(The low attenuation areas percent，LAA%)是肺密度的度量，定义为低于特定阈值的肺中体素的百分比。已经研究的几个阈值，包括呼气末CT图像上的低于-856HU肺容积的百分比Exp LAA%-856、呼气末CT图像上的低于-850HU肺容积的百分比Exp LAA%-850和呼气末CT图像上的低于-900HU肺容积的百分比Exp LAA%-900 ，最常使用Exp LAA%-856 评估空气潴留。空气潴留指数(Air trapping index， AT%)用Exp LAA%-856计算。Silva等[2]研究儿童哮喘中发现住院儿童的AT%(29.0±4.7%)高于未住院儿童AT%(19.2±5.0%)，AT%与FVC(r=-0.933)和FEV1(r=-0.841)呈现非常强的负相关，与FEF 25%～75%(r=-0.608)；儿童哮喘患者CT定量指标AT%与肺功能检查有显著的相关性。

3.2.2 密度法：肺密度的量化被广泛应用于肺气肿的检测。类似地，已经提出了各种空气滞留的QCT指标。有吸气相平均肺密度(Inspiratory mean lung density，Ins-MLD)、呼气末平均肺密度(Expiratory mean lung density，Exp-MLD)、呼气—吸气平均肺密度比率(Expiratory/inspiratory ratio of mean lung density,E/I ratio of MLD)、呼气—吸气平均肺密度差(Expiratory/inspiratory difference of mean lung density,E/IΔMLD)等，其中E/I ratio of MLD 较其他定量空气潴留的指标更敏感[16]。Hartley等[17]在171例哮喘患者气道重塑和空气潴留的CT定量参数和肺功能关系研究中，使用E/I ratio of MLD 评估空气潴留，发现哮喘患者的E/I ratio of MLD (0.852±0.061)高于健康对照组(0.816±0.066)，肺功能损害与空气潴留密切相关。

3.2.3 容积测定法：主要是测定肺容积，常用指标包括吸气末的肺容积(Inspiratory lung volume，Ins-LV)、呼气末的肺容积(Expiratory lung volume，Exp-LV)、呼气—吸气肺容积比率(Expiratory/inspiratory ratio of lung volume,E/I ratio of LV)、吸气—呼气肺容积差(Expiratory/inspiratory difference of lung volume，E/I ΔLV)等,其中E/I ΔLV较其他定量空气潴留的指标更敏感[16]。

3.2.4 参数响应图法：上述评估方法不能分析空气潴留的空间位置和肺叶损伤程度，Galbán等[18]提出的利用呼吸气双相CT定量评估空气潴留的参数响应图(Parametric response map，PRM)法，是一种体素方式图像分析技术，是一种多功能成像生物标志物，能够诊断疾病范围和表型，同时提供疾病分布和位置的详细空间信息。数字肺软件通过呼吸双气相配准的PRM法，可得到三个区：正常区、肺气肿区、空气潴留区。以吸气相<-950HU且呼气相<-856HU的像素占全肺容积的百分比定义为肺气肿，并用红色区域表示；以吸气相>-950HU且呼气相<-856HU的像素占全肺容积的百分比定义为空气潴留区，并用黄色区表示；将呼气相>-856HU且吸气相>-950HU的像素占全肺容积的百分比定义为正常区，并用绿色区表示。师美娟等[19]通过“数字肺”测试平台行双气相CT图像配准，对COPD进行分型，可将COPD的空气潴留和肺气肿进行区别，为临床提供了新的辅助诊断工具。

空气潴留在吸气相图像可能没有异常发现，而呼气相图像可显示空气潴留。单气相定量CT无法准确区分空气潴留与肺气肿，双气相方法的提出克服了该缺陷。双气相HRCT能够有效评价肺气肿与空气潴留，双气相CT可有效克服单气相CT诊断信息不足的特点，可有效评估及精确区分小气道病变及肺气肿区域[20]。双气相配准PRM法在慢性阻塞性肺疾病研究中应用较多，在哮喘患者研究的报道中较少。Zhang等研究[21]用上述定量CT 的气道测量法和空气潴留测量法将未控制重症哮喘患者根据气道重塑与空气潴留的情况进行影像分型，表明不同哮喘表型有不同的致病途径，为临床治疗提供有针对性的干预措施。

4 总结

双气相扫描较单气相扫描更能提供全面的信息。数字肺PRM法与既往方法比较利用了现代化影像技术高分辨率“可视化”功能，通过量化手段可评估哮喘患者气道参数与空气潴留情况，同时还可以进行空间定位。利用双气相HRCT定量在哮喘中的应用，进一步理解哮喘的病理生理机制、评估哮喘患者的重塑和炎症特征、寻找哮喘的影像学生物标记、识别哮喘患者的影像学表型，从而实现患者病情的全面评估、个性化治疗和改善预后方面具有重要意义。