COPD患者CT双期扫描参数与肺功能的相关性研究

邱娅，戴国朝，周仁冰，吴仕吉，郝月，苏文静，董家科，邹科

喀什地区第一人民医院 a. 影像中心；b. 超声医学部，新疆 喀什 844000

引言

慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）是一种以持续气流受限为特征的慢性呼吸系统疾病，其气流受限多呈进行性发展，与肺组织和气道对有害颗粒和（或）有害气体的慢性炎症反应增强相关[1]。COPD主要累及肺脏，但也可以引起肺外不良效应，发展至急性加重还可存在多种并发症，已成为人类死亡的重要原因之一[2]。2018年中国成人肺部健康研究调查显示，我国20岁以上与40岁以上人群COPD患病率分别为8.6%、13.7%，估计总患病人数高达1亿[3]。随着高收入国家人口老龄化的加剧和发展中国家吸烟率的升高，2020年世界卫生组织预计未来40年COPD患病率会持续上升，预测到2060年死于COPD及相关疾病的患者将超过每年540万人[2]。COPD的患病率在不同种族、地区存在显著差异，研究报道新疆老年人群COPD患病率为36.5%，高于国内其他地区水平，疾病负担严重[4]。COPD是可预防和治疗的疾病，目前主要通过肺功能试验进行诊断，但肺组织具备强大的代偿功能，当肺组织损伤超过30%时才会出现明显的肺功能指标异常，因此早期诊断敏感度低，有必要探索新的诊断方法。近年来多层螺旋CT（Multi-Slice CT，MSCT）因其成像速度快、空间分辨率高，能直观并清晰显示肺部情况，明确小气道病变位置和程度，对早期、轻微COPD进行诊断，广泛应用于临床[5-6]。但关于COPD患者CT双期扫描参数与肺功能相关性的研究较少，本研究就以新疆喀什地区的COPD患者为研究对象，分析COPD患者CT双期扫描参数与肺功能的相关性。

1 材料与方法

1.1 一般资料

选取2020年5月至2021年10月在新疆喀什地区第一人民医院影像科检查的160例COPD患者作为COPD组，其中男111例、女49例，年龄37～78（56.35±8.47）岁，病程0.2～8（3.24±1.08）年，肺功能分级[7]1级75例、2级54例、3级20例、4级11例。另选取同期40名健康体检者作为对照组，其中男28例、女12例，年龄24～78（55.47±7.14）岁。两组入选对象在年龄、性别方面比较差异无统计学意义（P＞0.05），本研究经医院伦理委员会批准（20201214），且患者知情同意。

纳入标准：① 符合《慢性阻塞性肺疾病基层诊疗指南（2018年）》[8]诊断标准；② 病历资料完整；③ 无相关检查禁忌证。排除标准：① 有胸部、心脏、肺部手术史者；② 有胸腔积液、肺部大范围感染者；③ 有外胸廓先天或后天畸形者；④ 伴严重心、肝、肾功能损害者。

1.2 方法

1.2.1 肺功能指标检查

所有受检者均采用Spirostik肺功能仪（德国格莱特）行肺功能检查，受检者取坐位，先向受检者演示肺功能检查流程[8]，再行肺功能检查，检查项目包括肺活量（Vital Capacity，VC）、残气量（Residual Volume，RV）、肺总量（Total Lung Capacity，TLC）、用力肺活量（Forced Vital Capacity，FVC）、一秒用力呼气容积（Forced Expiratory Volume in One Second，FEV1），计算RV/TLC、FEV1/FVC的比值。

1.2.2 CT双期扫描检查

所有受检者在完成肺功能检查后采用64排CT（德国西门子Somatom Definition Flash）进行双期扫描，受检者取仰卧位，上举双手，检查前实施呼吸-屏气训练，指导患者在检查过程中达到深吸气、深呼气状态。扫描范围由肺尖至膈顶且包含全肺。扫描参数：管电压120 kV，管电流设自动调节范围为170～330 mA；球管转速0.5 s/圈，层厚1 mm薄层重建，重建视野30～38 cm，螺距1.3，矩阵512×512。将重建后层厚1.5 mm的图片传至工作站使用Lung Parenchyma Analysis软件进行处理分析，获取深吸气末容积和深呼气末容积，计算容积差和容积比（容积差＝深吸气末容积－深呼气末容积，容积比=深呼气末容积/深吸气末容积）。

1.2.3 COPD疾病分级

COPD患者完成肺功能检查后参考2018年慢性阻塞性肺疾病全球倡议（Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease，GOLD）[7]进 行 分 级，1级 FEV1≥ 80%，2级 FEV1为 50%～79%，3级 FEV1为 30%～49%，4级FEV1＜30%。

1.3 统计学分析

选用SPSS 26.0统计学软件，计量资料行S-W检验，符合正态分布的以±s表示，两组间比较用t检验，多组间比较用单因素ANOVA分析，组间两两比较用q检验；偏态分布以M（P25，P75）表示，两组间比较用U检验，多组间比较用H检验，组间两两比较用U检验；Pearson/Spearman相关性分析对COPD患者CT双期扫描参数与肺功能指标的相关性进行分析；用受试者工作特征（Receiver Operating Characteristic，ROC）曲线分析CT双期扫描参数对COPD患者肺功能分级的诊断价值；P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 COPD组与对照组肺功能指标比较

COPD组VC、FVC、FEV1、FEV1/FVC低于对照组，RV、TLC、RV/TLC高于对照组（P＜0.05），见表1。

表1 两组肺功能指标比较

2.2 两组CT双期扫描结果比较

COPD组深吸气末容积、深呼气末容积、容积比均高于对照组，容积差低于对照组（P＜0.05），见图1、表2。

图1 CT双期扫描结果

表2 两组CT双期扫描结果比较

2.3 不同肺功能分级COPD患者CT双期扫描结果比较

1级、2级、3级、4级COPD患者深吸气末容积、深呼气末容积、容积比依次升高，容积差依次降低（P＜0.05），见表3。

表3 不同肺功能分级COPD患者CT双期扫描结果比较（cm3，±s）

表3 不同肺功能分级COPD患者CT双期扫描结果比较（cm3，±s）

注：与1级比较，aP＜0.05；与2级比较，bP＜0.05；与3级比较，cP＜0.05。

GOLD分级 n/例 深吸气末容积 深呼气末容积 容积差 容积比[M (P25，P75)]/%1级 75 4759.28±862.39 3155.89±670.84 1681.01±261.05 70.07 (68.00，71.91)2级 54 5592.85±983.50a 4132.05±563.97a 1317.92±156.35a 74.93 (73.71，76.76)a 3级 20 6458.92±238.12ab 5288.81±346.04ab 991.14±109.00ab 78.65 (75.66，79.65)ab 4级 11 7162.32±654.01abc 5996.35±419.53abc 676.90±107.24abc 82.31 (80.87，84.57)abc F/H值 - 41.591 125.690 119.741 91.190 P值 - ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

2.4 COPD患者CT双期扫描结果与肺功能指标的相关性分析

Pearson/Spearman相关性分析显示，COPD患者深吸气末容积、深呼气末容积、容积比与VC、FVC、FEV1、FEV1/FVC呈负相关，与RV、TLC、RV/TLC呈正相关（P＜0.05）；容积差与VC、FVC、FEV1、FEV1/FVC呈正相关，与RV、TLC、RV/TLC呈负相关（P＜0.05），见表4。

表4 COPD患者CT双期扫描结果与肺功能指标的相关性

2.5 CT双期扫描结果对COPD患者肺功能分级的诊断价值

CT双期扫描结果对COPD患者肺功能分级的诊断价值如表5所示。

表5 CT双期扫描结果对COPD患者肺功能分级的诊断能力

3 讨论

COPD是一种慢性气道炎症性疾病，其炎症不仅局限于肺部，还可导致全身不良效应，增加慢性贫血、抑郁、骨质疏松和心血管疾病风险，可加剧患者活动功能受限，降低生命质量和预后[9]。早期诊断COPD对减轻患者病痛、提高生命质量、降低病死率具有重要意义。目前肺功能检测是诊断COPD的金标准，吸入支气管舒张剂后FEV1/FVC＜70%并排除其他气流受限疾病后可确诊，但肺功能检测并不能明确病变部位，且对力量依赖性强；而COPD多发于老年人群，可能影响检测结果的准确性，同时老年人肺功能呈生理性降低及重症患者配合度低也会影响检测结果的准确性。

CT是一种快速、准确、操作简便、多参数的影像学功能检查方法，传统CT在COPD检查中仅能根据CT值改变评估肺密度，不能显示肺部形态、结构改变，主观性大，小气道检出率低；而MSCT则具备高空间分辨率和多信息采集量优势，能结合肺结构和功能综合评估肺部情况[10]。同时MSCT基于薄层数据的自动测量软件如Lung Parenchyma Analysis能区分肺组织与纵隔及胸壁、大血管，自动给出深吸气末容积、深呼气末容积、容积差、容积比等参数的值，相比传统CT手工测量或计算数据的方式，不仅更加可靠且省时省力。本研究结果显示，与对照组比较，COPD组VC降低，RV、TLC、RV/TLC升高。VC指尽力吸气后再尽力呼出的气体总量，反映肺容纳气体的最大量；RV指深呼气后肺内剩余的气量；TLC指深吸气后肺内所含的气体总量，能反映肺泡静态膨胀度。COPD患者因肺部顺应性升高，肺泡因肺组织弹性减弱而过度充气扩大，导致肺容积增大的病理状态，因此RV、TLC、RV/TLC升高，同时COPD患者肺弹性回缩力降低，肺泡间隔减少，导致VC降低[11-12]。本研究结果还显示，与对照组比较，COPD组FVC、FEV1、FEV1/FVC降低，表明COPD患者肺通气和扩散功能明显减退，外周气道阻塞导致气体交换容量明显降低，同时肺泡因过度充气扩大甚至破裂，挤压周围毛线血管，导致扩散功能明显降低。

深吸气末容积、深呼气末容积、容积差、容积比为肺容积指标，COPD患者因气道和肺实质慢性炎症导致气流受限，吸气与呼气均存在不同程度的通气功能障碍和残气增加，进而导致深吸气末容积、深呼气末容积和容积比增加，同时COPD患者呼气时间长、程度深、呼出气体量增加，导致容积差降低[13]。本研究通过CT双期扫描肺容积也发现，与对照组比较，COPD组深吸气末容积、深呼气末容积、容积比升高，容积差降低，与肺功能检查结果一致。苏维维等[14]的研究认为，MSCT检查结果稍低于肺功能检查结果，分析与二者不同检查体位有关，MSCT通过仰卧位检查，会降低肺活量和肺容积，同时MSCT能直接测量肺功能，其检查结果更接近患者真实情况，而肺功能检查为间接测量，气体体积包括口腔、支气管、气管等的体积。本研究相关性分析显示，COPD患者CT双期扫描参数深吸气末容积、深呼气末容积、容积差、容积比与肺功能指标均存在明显相关性，这与苏勇等[15]报道类似，说明CT双期扫描参数能反映COPD患者肺功能。然而苏勇等[15]并未比较不同COPD分级患者CT双期扫描参数变化，本研究结果显示，1级、2级、3级、4级COPD患者深吸气末容积、深呼气末容积、容积比依次升高，容积差依次降低，结合相关性分析结果，说明CT双期扫描参数还有助于评估COPD患者病情变化。本研究进一步评估了CT双期扫描参数对肺功能分级的诊断价值，结果说明CT双期扫描参数对肺功能分级具有一定诊断价值，说明CT双期扫描参数能敏感判断呼气性通气功能障碍和肺组织气体潴留情况。综合既往研究和本研究结果[16-17]，认为CT双期扫描参数评估COPD患者肺功能具备以下优点：① 老年及肺功能障碍患者很难保持完全深吸气和呼气状态，MSCT扫描相对较快，在扫描过程中受检者更易维持深吸气和呼气状态，故而能更加准确地反映患者肺功能的变化情况；② MSCT禁忌证少，对力量要求小，检查时间短，能在短时间内获得肺功能和形态等方面的变化，可综合肺部各方面情况来评估肺功能。

4 结论

COPD患者CT双期扫描参数深吸气末容积、深呼气末容积、容积比升高，容积差降低，与肺功能密切相关，可为COPD患者肺功能评价提供参考。但本研究样本量较少，且病例样本均来自喀什地区，不同地区COPD患者CT双期扫描参数可能存在差异，因此还需进一步研究。