基于双气相配准定量CT在无症状吸烟者肺小气道病变中的应用

朱彦瑾，杨丹凤，牛媛，雷禹，黄晓旗*，李建龙，郭佑民

1.延安大学附属医院影像科，陕西 延安 716000；2.榆林市第一医院影像科，陕西 榆林 719000；3.延安大学附属医院老年病科，陕西 延安 716000；*通信作者 黄晓旗 344653354@qq.com

吸烟是一种普遍的成瘾行为，可以导致死亡[1]。直径＜2 mm的小气道是早期吸烟者肺异常的主要区域，小气道炎症发生于肺组织破坏和肺气肿发展之前，小气道仅占总气道阻力的10%～15%，该区域有时为沉默区不易检测到[2]。肺组织破坏达30%以上会出现肺功能异常，肺功能检查无法测量早期小气道病变，并且直到肺部有严重损害之前，患者不会出现明显的临床症状[3]。因此，需要更灵敏的方法测量早期小气道病变。本研究用双气相配准技术对吸烟者的小气道病变进行CT定量研究，并分析其与肺功能的相关性，为早期发现吸烟引起的肺损伤提供可靠的依据，为吸烟者提供肺损伤的预警作用，为临床早期诊断、全面评估、个性化治疗及戒烟康复评价等提供可靠的依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性收集延安大学附属医院2019年9月—2020年10月健康体检的不吸烟者34例，吸烟者61例，按吸烟指数分为高吸烟指数组和低吸烟指数组。吸烟指数=每天平均吸烟支数×持续吸烟年数，取吸烟指数的中间值400，吸烟指数＞400定义为高吸烟指数组，≤400定义为低吸烟指数组。吸烟定义为持续吸烟并且每年吸烟10包以上或戒烟2年内的既往吸烟者[4]。纳入标准：健康体检吸烟与不吸烟无呼吸系统症状者；吸气及呼气双相CT图像完整；肺裂显示清晰，软件可自动分割肺裂。排除标准：患者配合差，图像伪影大；大面积肺部感染、胸腔积液等影响CT定量测量疾病；胸廓畸形或接受胸部手术患者。本研究通过本院伦理委员会批准（批准号2018032），检查前所有患者均签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 扫描方法 应用上海联影公司生产的uCT-760 128层螺旋CT机，患者取仰卧位，双臂上举并抱头，扫描时头先进，进行深吸气后屏气及深呼气后屏气连续2次扫描，扫描范围自胸廓入口至肋膈角水平。准直器40 mm，螺距1.087 5，扫描层厚5 mm，图像重建1 mm薄层，矩阵为512×512，吸气相（120 kV，150 mAs）扫描，呼气相（120 kV，50 mAs）。

1.2.2 肺功能检查 CT检查完毕后，采用简易肺功能仪嘱患者取坐位训练深吸气，然后最大力呼气测量肺功能，连续测量3次，取最佳值。测量参数包括呼气峰流速（peak expiratory flow，PEF）、1 s末用力呼气容积实测值占预计值百分比（FEV1%）和FEV1占用力肺活量的百分比（FEV1/FVC）。

1.2.3 图像后处理 将吸气末、呼气末双相CT图像导入数字肺定量分析软件，由2名阅片经验丰富的放射科副主任医师采用盲法确认图像符合研究标准，然后对数据进行处理。

1.2.4 CT定量方法 双气相体素配准法是参数反应图法（parameter response mapping，PRM）[5-7]，可用于检测无症状患者早期肺内病变。即通过吸气末图像与呼气末图像配准，可得到3个区：将呼气相＞-856 Hu，吸气相＞-950 Hu的像素占全肺容积的百分比定义为正常区（Normal%），用绿色区表示；以吸气相＜-950 Hu，呼气相＜-856 Hu的像素占全肺容积的百分比定义为肺气肿区（Emph%），用红色区表示；以吸气相＞-950 Hu，呼气相＜-856 Hu的像素占全肺容积的百分比定义为小气道损伤区（fSAD%），用黄色区表示。其他指标有吸气相＜-950 Hu像素占全肺容积的百分比（IN-950%）、吸气相平均肺密度（MLD-IN）、呼气相＜-856 Hu像素占全肺容积的百分比（EX-856%）、呼气相平均肺密度（MLD-EX）。

1.3 统计学方法 使用SPSS 20.0软件进行分析，符合正态分布的计量资料以±s表示，对不吸烟者、低吸烟指数者、高吸烟指数者年龄、身高、体质量、CT定量指标、肺功能指标先进行Levene方差齐性检验，如P＞0.05为方差齐，再行单因素方差分析，如方差不齐则采用非参数检验。采用Pearson相关或Spearman相关分析吸烟者CT定量指标与肺功能的相关性。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料及肺功能 3组受检者年龄、体质量指数比较，差异均无统计学意义（P＜0.05）。所有患者均为男性，不吸烟组年龄40～73岁，低吸烟指数组年龄48～68岁，高吸烟指数组年龄42～72岁。3组PEF、FEV1%、FEV1/FVC差异有统计学意义，不吸烟组的PEF、FEV1%、FEV1/FVC高于吸烟组，并且随着吸烟指数升高，PEF、FEV1%、FEV1/FVC逐渐降低，见表1。

表1 不吸烟者和不同程度吸烟者一般资料和肺功能指标比较（±s）

表1 不吸烟者和不同程度吸烟者一般资料和肺功能指标比较（±s）

注：FEV1：1 s末用力呼气容积；FVC：用力肺活量；PEF：呼气峰流速；FEV1%：1 s末用力呼气容积实测值占预计值百分比；FEV1/FVC：FEV1占用力肺活量的百分比

项目不吸烟组（n=34）低吸烟指数组（n=28）高吸烟指数组（n=33）F/Z年龄（岁）52.87±7.33 53.60±6.21 55.21±6.88 1.11体质量指数（kg/m2） 24.82±2.61 24.99±2.56 24.14±3.75 0.60吸烟指数（支/年） 0 297.96±143.28 890.93±387.74 -6.2烟龄（年）0 19.80±8.08 32.45±8.65-4.7值P值5 0.3321 0.551 0.00003 0.00072 0.077 FVC（L） 3.50±0.97 3.54±0.85 3.39±0.66 0.401 0.671 FEV1（L）2.58±1.08 2.47±1.08 2.08±0.93 2.652 0.001 FEV1%（%） 86.35±12.15 78.44±15.34 73.64±17.80 7.559 0.023 PEF（L/min）379.00±133.00 328.00±115.00 235.00±140.00 14.376 FEV1/FVC（%）83.97±9.31 78.04±10.93 70.24±13.28 25.856 0.000

2.2 CT定量指标 3组间IN-950%、MLD-IN比较，差异无统计学意义（P＞0.05）；Normal%、fSAD%、Emph%、MLD-EX、EX-856%比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。不吸烟组MLD-EX、Normal%大于吸烟组，fSAD%、Emph%、EX-856%小于吸烟组。吸烟组随着吸烟指数升高，Normal%、MLD-EX逐渐下降，fSAD%、Emph%、EX-856%逐渐上升，见图1～3、表2。

表2 不吸烟者和不同程度吸烟者CT定量指标比较（±s）

表2 不吸烟者和不同程度吸烟者CT定量指标比较（±s）

注：IN-950%：吸气相＜-950 Hu像素占全肺容积的百分比；EX-856%：呼气相＜-856 Hu像素占全肺容积的百分比；MLD-IN：吸气相平均肺密度；MLD-EX：呼气相平均肺密度；Normal%：吸气相＞-950 Hu的像素占全肺容积的百分比；Emph%：呼气相＜-856 Hu的像素占全肺容积的百分比；fSAD%：呼气相＜-856 Hu的像素占全肺容积的百分比

指标不吸烟组（n=34）低吸烟指数组（n=28）高吸烟指数组（n=33）F/Z值P值IN-950%（%） 14.22±8.67 13.52±9.48 17.64±7.51 2.106 0.128 0.000 MLD-IN（Hu） -795.21±73.14 -786.32±81.45 -817.44±44.64 1.367 0.505 EX-856%（%）32.42±26.18 38.75±21.44 54.37±17.27 15.902 0.000 Normal%（%） 65.19±8.83 62.07±7.20 46.74±8.51 46.506 0.000 MLD-EX（Hu）-735.43±97.09-766.35±73.78-819.36±54.32 14.902 0.000 fSAD%（%） 10.39±5.23 13.67±3.84 25.71±6.54 57.126 0.000 Emph%（%）3.65±2.27 4.67±2.10 10.55±3.69 53.140

2.3 CT定量指标与肺功能指标的相关性 MLD-EX和PEF（r=0.319，P=0.024）、FEV1/FVC（r=0.480，P=0.000）呈正相关。Normal%和PEF（r=0.364，P=0.017）、FEV1/FVC（r=0.501，P=0.000）呈正相关。EX-856%和PEF（r=-0.351，P=0.031）、FEV1/FVC（r= -0.484，P=0.001）呈负相关。fSAD%和PEF（r=-0.454，P=0.002）、FEV1%（r=-0.323，P=0.013）、FEV1/FVC（r=-0.576，P=0.000）呈负相关。Emph%和PEF（r=-0.429，P=0.002）、FEV1/FVC（r=-0.565，P=0.000）呈负相关。Normal%、Emph%、fSAD%和肺功能指标的相关性大于MLD-EX、EX-856%与肺功能指标的相关性。fSAD%和肺功能指标FEV1/FVC的相关性最高，其次是Emph%。

3 讨论

反复接触香烟烟雾会引起上皮损伤和炎症反应，逐渐导致呼吸道和肺实质的结构改变。无慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）的吸烟者中存在肺部损伤，吸烟者可能患有无法识别的肺疾病或损害，单独使用肺功能检查测定疾病时，长期吸烟对肺功能的影响被大大低估[8-9]，因此需要更为灵敏的方法发现无症状吸烟者早期肺小气道的损伤。

本研究发现随着吸烟指数增加，肺功能指标PEF、FEV1%、FEV1/FVC逐渐减低。聂晓红等[10]在不同吸烟状态的COPD患者中发现，吸烟使肺功能指标最大呼气中期流速、FEV1%、FEV1/FVC降低，与本研究结果相似。肺功能减低的原因可能是长期接触烟雾中的多种有害物质使支气管黏膜的纤毛损伤、变少，导致纤毛的清除功能下降，进而引起黏膜下腺体组织增生、肥大，分泌黏液量增多成分改变，使细支气管变细，发生阻塞[10-11]。

本研究吸气相的CT定量指标IN-950%、MLD-IN在非吸烟组、低吸烟指数组、高吸烟指数组间无明显差异，呼气相指标EX-865%、MLD-EX有差异，表明呼气相CT扫描较吸气相更易发现小气道病变。既往研究表明，评估吸烟引起的小气道病变时，呼气相结合吸气相CT扫描更有助于识别气道细微的异常和空气潴留[12-14]。

本研究发现，双气相配准CT定量指标fSAD%、Emph%在非吸烟组、低吸烟指数组和高吸烟指数组间存在异常改变，并且随着吸烟指数增加，fSAD%、Emph%也逐渐增加，表明随着吸烟程度增加，肺结构损伤加重。fSAD%、Emph%与肺功能的相关性大于MLD-EX、EX-856%与肺功能的相关性。Pompe等[15]采用双气相配准定量研究COPD患者小气道疾病和肺气肿与肺功能的相关性发现，配准法与FEV1%、FEV1/FVC的相关性高于肺密度分布直方图中第15百分位点所对应的CT值（PD15），并且fSAD和Emph值越大，肺功能越差。金晨望等[8]用双气相配准法测量健康志愿者空气潴留与肺气肿，并研究其与肺功能的相关性，结果表明配准法与FEV1%、FEV1/FVC的相关性高于IN-950%、EX-856%。Labaki等[16]采用体素纵向的双气相配准法分析无COPD吸烟者和GOLD1～4不同级别COPD吸烟者，结果表明体素双气相配准分析方法可以识别吸烟者有、无COPD进展模式，fSAD%和Emph%是将来肺气肿发展的独立预测因子，与本研究结果类似。多项研究表明，小气道疾病是肺气肿的前兆[17-19]，显微CT表明[20]在COPD中fSAD与细支气管丢失以及现存的细支气管缩小、增厚和阻塞相关，Emph与扩大的空域、减少的肺泡表面积和细支气管肺泡附着物丢失相关，fSAD和Emph可用于无创评估COPD中的小气道疾病和肺气肿。

双气相配准的fSAD%和Emph%指标对早期发现吸烟引起的肺损伤具有较高的敏感度，值得临床推广应用。本研究纳入的对象均为男性，未采集女性患者，且样本量较小，本课题组将进一步采集女性患者资料并增加样本量，探讨无症状吸烟者性别之间CT定量指标是否存在差异。

总之，采用双气相配准CT定量技术能有效评价无症状吸烟者的肺小气道改变，fSAD%、Emph%指标评价肺功能的改变有较高的敏感性。