COPD患者CT定量测量与肺功能指标的相关性分析

张春霞，董 萍，包婉秋，董 天，杨伟振

(1.牡丹江医学院；2.牡丹江医学院附属红旗医院放射科，黑龙江 牡丹江 157011)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive plumonary disease，COPD)是一种常见的异质性疾病，一般是由长期接触有毒颗粒或气体引起的气道和(或)肺泡异常所致，并受到宿主因素(如肺脏发育异常)的影响，以气流受限及持续的呼吸道症状为主要特征，严重的并发症可能进一步增加COPD患者的致残率和死亡率[1]，随着病情的恶化可能出现肺动脉高压，给患者的健康带来极大危害，目前COPD已成为全球第三大常见死亡原因[2]，因此早期诊断并及时干涉对COPD患者而言具有重要意义。COPD的主要病理表现为肺气肿、小气道功能障碍，两者共同导致了患者的气流受限[1]。目前COPD主要采用肺功能检查，但由于肺具有强大的代偿功能，有研究报道肺实质破坏大于20%时肺功能才能表现出异常，COPD早期肺功能检查并不敏感，但CT定量测量不仅可以直观反映患者肺部病变情况，更能准确评估患者气道的病变。本研究运用CT定量技术对患者的小气道进行测量，并同临床肺功能检查进行相关性分析，以探讨CT定量技术在评估COPD病变严重程度及早期发现小气道病变方面的价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料收集牡丹江医学院附属红旗医院放射科2018年1月至2021年5月间经临床诊断为COPD的患者73例，其中男47例，女26例，年龄47～84岁(66.85±8.151)，吸烟年数0～60年(20.37±20.273)所有患者均有完整的肺功能检查资料并在肺功能检查后24 h内进行了胸部CT检查，临床及影像学资料完整，所有患者均知情同意且得到医院伦理委员会的批准。

纳入标准：通过肺功能检查有不完全可逆气流受限，即第1秒用力呼用容积与用力肺活量的值(ration of the first second forced expiratory volume to forced vital capacity,FEV1/FVC)<70%。按照慢性阻塞性肺疾病全球倡议(global in itiative for chronic obstructive pulmonary disease，GOLD)2011修订版的标准[3],根据第1秒用力呼气量实测值占预计值的百分比(ration of measurement to predict on of forced expiratory volume to the first second，FEV1%)分为4级，其中1级15人，2级21人，3级24人,4级13人。

排除标准：肺癌患者(排除肺结节)；有胸部手术史患者；胸廓先天畸形患者；肺部大面积感染或实变、严重肺间质纤维质化；大量胸腔积液者；图像伪影较重，质量不佳者。

1.2 方法

1.2.1 CT检查 采用东软128排螺旋CT扫描仪进行胸部CT检查。检查前充分训练患者吸气、屏气，在最大吸气末时行肺尖至肺底的扫描。扫描参数：电压120 kV，电流250 mA，层厚4 mm，螺距0.813∶1，X线球管转速0.5 s/转，FOV320 mm×320 mm，采集矩阵512×512，以骨算法进行重建，重建层厚、层距均为1 mm。

1.2.2 CT定量测量 将图像传输至Vitrea工作站，进入Airway analysis后处理平台，调节窗宽1600HU，窗位-600HU，采用多平面重组多方位重建气道，本实验选取右肺上叶尖段支气管(RB1)的6级分支作为观察对象(距离气管分叉处5 mm，以避开血管影响)，测量支气管的选取参考相应文献[4-5]，由两位高年资放射科医师在双盲情况下分别进行测量，重复测量3次取平均值，采用软件自带测量工具对目标支气管的横断位图像进行勾画及相关测量，方法见图1，测量指标包括气管管腔外径(Airway diameter，D)，内径(Lumen diameter，L)，支气管总横截面积(wall area 0,WA0),管腔面积(wall area 1,WA1)，测量3次后取平均值，计算气道壁厚度(wall thickness,WT),气道壁面积(wall area，WA)，气道壁面积占总横截面积的百分比(percentage of wall area,WA%)。采用如下公式计算：

WT=1/2(D-L)

WA=WA0-WA1

WA%=(WA0-WA1)/WA0

1.2.3 肺功能检测 检测仪器为Spirometer SPM-A，测试前患者须安静休息15 min，取端坐位，全身放松，夹紧鼻夹，上下唇及口腔紧密包裹咬嘴，在测试过程中与测试者密切配合，测定一秒用力呼吸容积(forced expiratory volume in one second，FVE1)、1秒用力呼吸容积占预计值百分比(FEV1%)、用力肺活量(forced vital capacity,FVC)、FEV1/FVC及残气量(residual volume,RV)与肺总量(total lung capacity,TLC)比值(RV/TLC)、50%肺活量时的最大呼气流速(maximal expiratory flow after 50% of the FVC has been not exhaled，MEF50%)、25%肺活量时的最大呼气流速(Maximal expiratory flow after 25% of the FVC has not been exhaled，MEF25%)、用力呼气中期流速(Maximal mid-expiratory flow，MMEF75/25)重复三次。一氧化碳弥散量(difussion capacity for carbon monoxide,DLCO)采用屏气10 s的单次呼吸法测定，患者吸入支气管扩张剂15 min后再次测定肺功能。

1.3 统计学方法采用SPSS 26.0统计学软件，计量资料以“均数±标准差”表示，采用单因素方差分析比较不同程度COPD患者之间的肺功能及CT定量指标差异。各组间的比较若符合正态分布且方差齐，选择one-way ANOVA进行比较；若参数不符合正态分布或者方差不齐，则进行Kruskal-Wallis H检验，采用Spearman相关性分析进行CT定量测量指标与肺功能相关性探究。使用ROC曲线探究CT定量指标在诊断重度和极重度COPD患者时的临界值，P<0.05被认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同分级COPD患者CT测量指标比较不同分级COPD患者之间WT、WA、WA%比较差异有统计学意义(P<0.05)，且随着COPD分级的上升，WT、WA%随之增加，见表1。

表1 不同分级COPD患者CT测量指标比较

2.2 不同分级COPD患者肺功能指标比较不同分级COPD患者之间FEV1%、FEV1/FVC、MEF50、MEF25、MMEF75/25、RV/TLC、DLCO比较差异有统计学意义(P<0.05)，且随着COPD分级的上升，FEV1/FVC、DLCO、MMEF75/25降低，RV/TLC上升，见表2。

表2 不同分级COPD患者肺功能指标比较

2.3 CT测量参数与肺功能的相关性分析WT、WA与FEV1%，FEV1/FVC呈负相关(P<0.05)，WA%与FEV1、FEV1%、FEV1/FVC、MEF50、MMEF75/25呈中等强度负相关(P<0.05)，WT、WA%与气流受限严重程度呈正相关(P<0.05)。与WT、WA相比，WA%与肺功能指标及气流受限严重程度具有更强的相关性，并绘制WA%与FEV1/FVC的散点图。详见表3、图1、图2。

表3 CT定量参数与肺功能的相关性分析

图1 支气管的CT测量

图2 WA%与FEV1%的相关性分析散点图

2.4 不同CT定量指标的ROC曲线比较分别绘制了WT及WA%在区分重度、极重度(GOLD3-4级)与轻中度(GOLD1-2级)COPD患者的ROC曲线，WT在0.85阈值时区分重度、极重度COPD患者具有良好灵敏度(0.73)及特异度(0.611),AUC为0.740，WA%在83.97%阈值时区分重度、极重度COPD患者具有良好灵敏度(0.703)及特异度(0.694),AUC为0.685。AUC的比较：WA%>WT，表明WA%较WT具有更好的诊断效能，见图3。

图3 WT、WA%在区分重度以上与轻中度COPD患者的ROC曲线

3 讨论

目前，肺功能检查虽是诊断COPD的金标准，但病情较严重的患者常常不能很好配合来完成肺功能的相关检查，而且肺功能检查只能对患者病情做一个整体的评估，FEV1并不能完全反应COPD患者病情的全部临床状况[6]，此外，由于肺组织存在较强的代偿性，只有当患者肺部病变的小气道占气道阻力的比例达到20%时，患者才会表现出肺功能指标的异常[7]，因此肺功能检查对于检出早期COPD患者存在一定局限性。CT检查具有良好的空间分辨率，通过训练患者吸气、屏气就可获得很好的图像质量，对显示患者肺部的病变如肺气肿，支气管壁增厚，炎症等具有很好的参考价值。

COPD患者气流受限与气道重塑密切相关，长期反复的不良刺激和(或)慢性炎症导致气道壁重塑及瘢痕组织形成[8]。随着病情的进展及气道的反复重塑，患者的气道狭窄进一步加重，气流受限也变得更加明显，因此进行CT定量测量与肺功能的相关性分析，可以更好了解气道壁增厚与肺功能之间的关联。姜伟强[9]等进行CT定量测量与COPD的相关性分析，发现CT测量指标与肺功能之间存在明显相关性。本研究也进行了COPD CT定量测量与肺功能之间的相关性分析，结果WT、WA与FEV1%，FEV1/FVC呈负相关(P<0.05)，WA%与FEV1、FEV1%、FEV1/FVC、MEF50、MMEF75/25呈中等强度负相关(P<0.05)，这与杨飞[4]等人研究结果一致，也反映出了患者气道壁的增厚与患者气流受限密切相关。与其不同之处在于本研究在探究肺功能的指标中还加入了MEF50、MEF25以及MMEF75/25等指标，并发现随着呼吸受限程度的增加，MEF50、MEF25及MMEF75/25等逐渐下降。本研究分析了不同分级COPD患者之间的CT定量测量指标差异，研究发现随着COPD严重程度的增加，患者的气道壁厚度WT，气道壁面积WA以及气道壁面积所占百分比WA%逐渐增加，这也表明CT定量测量可以很好的反映COPD患者病变的严重程度。

在COPD的疾病病程中，COPD恶化(是指呼吸道症状的急性恶化)是导致患者住院率增加及额外治疗的主要原因，同时，COPD恶化也是导致COPD患者死亡的最常见原因[10]，研究表明，重度、极重度COPD患者更容易发生COPD恶化[11]，且恶化结局更差,因此，对重度、极重度(GOLD3-4级)COPD患者的早期识别及划分具有重要意义[12]。国外学者研究表明CT定量测量的较大肺气肿占比、气道壁厚度增加以及合并慢性支气管炎是患者恶化风险增加的危险因素[13],由此可见，定量CT对协助诊断COPD恶化具有重要意义，本研究进一步探讨了CT定量指标在区分重度、极重度(GOLD3-4级)COPD患者的诊断效能，结果表明，定量CT指标可以用于区别重度以上COPD患者，且WA%较WT相比有更好的诊断效能。

综上所述，CT定量测量可以明确COPD患者肺部形态学改变，同时对区分重度、极重度COPD患者具有很好的诊断效能，可以为临床医生提供参考，以便根据患者情况及时干预和用药，防止病情恶化及并发症的发生。