基于CT图像对儿童与青少年支气管MLD的临床研究

问雷涛，沈聪，银楠，付小江，姚果林，王思，曹盼，张志飞

1.西安交通大学附属西安高新医院影像科，陕西 西安 710075；

2.西安交通大学第一附属医院影像科，陕西 西安 710061；

3.西安市胸科医院,陕西 西安 710100；

4.陕西省结核病防治院(陕西省第五人民医院)影像中心，陕西 西安 710100

目前国内对支气管的研究主要集中在成人，多集中在疾病状态下支气管定量参数与肺功能的相关性研究及对慢性阻塞性肺疾病(COPD)、哮喘等疾病病情的评估，国内尚没有对各个年龄段正常健康儿童与青少年各级支气管分布状况在CT 上的定量研究，各种支气管疾病都需基于正常支气管比较，了解支气管异常、正常健康支气管结构的分布情况显然是首先要解决的问题。因此本研究回顾性收集胸部容积CT扫描未见异常的0~18 岁正常儿童与青少年胸部CT 图像，经纳入、排除标准严格筛选后得到较大样本量(795 例儿童与青少年)，并应用“数字肺平台”支气管自动测量工具对支气管进行自动检测及测量，得到正常0~18岁儿童与青少年两肺各级支气管的定量指标支气管管腔平均内直径(mean lumen diameter，MLD)，为气道疾病的研究做基础。儿童与青少年生长发育较快，各个年龄段儿童与青少年由于身体发育不同，支气管各项数据指标不同，本文就此探讨、分析儿童与青少年支气管的定量指标MLD 与年龄相关性，比较其在不同性别组间的差异性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 严格按照纳入与排除标准，回顾性收集西安交通大学第一附属医院影像科胸部CT检查正常0~18 岁健康儿童与青少年795 例，其中男童482例(61%)，女童313例(39%)。纳入标准：(1)经胸部CT 检查正常，临床无其他发育性疾病的儿童与青少年；(2)年龄0~18 岁；(3)营养发育良好。排除标准：(1)胸部CT 扫描两肺未包全；(2)呼吸配合欠佳，图像质量差，无法进行肺叶分隔及图像后处理的。以1 岁为界，按年龄分组，共分为19 组，0~1 岁(不包括1 岁)为0岁组，1~2 岁(不包括2岁)为1岁组，2~3岁(不包括3 岁)为2 岁组，以此类推，18~19 岁(不包括19 岁)为18 岁组，见表1。本研究已通过伦理委员会审核[2013伦审科字第(114)号~1]，CT 检查已常规告知家属检查利弊，并取得家属同意。

表1 不同性别儿童与青少年年龄分组及人数统计(例)Table 1 Statistics of age groups and numbers of children and adolescents of different genders(n)

1.2 研究方法

1.2.1 检查方法及扫描参数 采用Siemens Somatom Definition Flash 双源CT 获取胸部MSCT 容积数据，重建层厚1 mm。较小儿童在平静呼吸下从肺尖至肺底行仰卧位胸部MSCT 全容积扫描，部分幼儿采取镇静措施；较大儿童检查前训练被检查者呼吸，仰卧位，在深吸气末从胸廓入口~肋膈角下1 cm 进行胸部MSCT 全容积扫描。扫描管电压为80~100 kV，管电流为30~100 mA(根据年龄、体型不同自行调节)。

1.2.2 两肺及其支气管的图像后处理及提取 将所研究儿童与青少年胸部MSCT 容积数据导入数字肺气管支气管测量工具，利用数字肺气管支气管测量工具进行后处理，其中全肺、右肺、左肺用三维边界自适应算法；两肺叶间裂分割用几何算法及隐式曲面函数算法，再进行肺部组织可视化。用骨架提取算法提取两肺各级支气管的骨架，形成立体三维支气管树样结构。

1.2.3 两肺支气管代的定义 该软件把各级支气管按代进行定义：两相邻分叉支气管中间的一段为一代，认为气管为0代。左主支气管、右主支气管为1代，双肺上叶叶支气管、右肺中间段支气管、左肺下叶叶支气管为2代，右肺中叶及下叶支气管为3代，依次类推。

1.2.4 支气管数据测量方法 数字肺气管支气管测量工具虚拟支气管内窥镜对两肺各代支气管的MLD进行自动测量(图1A~1D)，测量默认路径为该叶支气管分代最远一支支气管，避免了人为选择误差，结果客观，每代支气管测量范围包括该代支气管的起始部到下一代起始处，结果为该代支气管所有点的平均值。

图1 支气管MLD测量示意图Figure 1 Schematic diagram of bronchial MLD measurement

1.2.5 两肺各叶支气管MLD 统计量的选择 根据测量的精确性及研究所需，选取右肺上叶0~3代、右肺中叶0~4代、右肺下叶0~6代、左肺上叶0~4代、左肺下叶0~6代支气管MLD进行统计学分析。

1.3 统计学方法 采用SPSS22.0 软件进行统计学分析。支气管MLD与年龄的相关性用Spearman相关性分析；定义微弱相关r<0.3；低度相关0.3≥r<0.5；中度相关0.5≥r<0.8；高度相关r>0.8。同年龄段不同性别组间两两比较，若样本数据符合正态分布，选择独立样本t检验比较，若样本数据不符合正态分布，选择Mann-WhitneyU检验比较。以P<0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同性别两肺各代支气管MLD与年龄的相关性 0~18 岁儿童与青少年，两肺各代支气管MLD与年龄呈低度~高度正相关(男性|r|：0.437~0.956，P<0.05，女性|r|：0.400~0.951，P<0.05)，整体上随着支气管代数的增加，支气管MLD 与年龄相关性呈降低的趋势，整体上男性支气管MLD 与年龄的相关性大于女性，见表2。

表2 两肺各代支气管MLD与年龄的相关性Table 2 Correlation between bronchial MLD of each generation of two lungs and age

2.2 不同年龄段不同性别儿童与青少年两肺各代支气管MLD 比较 按年龄及代依次分层分析0~18 岁儿童与青少年两肺各代支气管MLD。结果显示，0~13岁各年龄段组，两肺各代支气管MLD男女间比较差异均无统计学意义(P>0.05)；14~18岁各年龄段组，气管(0代)、两肺叶及叶以上支气管MLD男女间比较，男性支气管MLD 大于女性，差异均有统计学意义(P<0.05；14~18岁各年龄段组，仅极少部分两肺叶以下支气管MLD男女间比较，男性支气管MLD大于女性，差异均有统计学意义(P<0.05)，见表3~表11。

表3 0~18岁不同性别组右肺上叶0~1代支气管MLD比较(±s，mm)Table 3 Comparison of bronchial MLD in 0-1 generations of upper lobe of right lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表3 0~18岁不同性别组右肺上叶0~1代支气管MLD比较(±s，mm)Table 3 Comparison of bronchial MLD in 0-1 generations of upper lobe of right lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：与女性比较，aP<0.05。Note:Compared with females,aP<0.05.

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表11 0~18岁不同性别组左肺下叶4~6代支气管MLD比较(±s，mm)Table 11 Comparison of MLD of 4-6 generations of bronchus in left lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表11 0~18岁不同性别组左肺下叶4~6代支气管MLD比较(±s，mm)Table 11 Comparison of MLD of 4-6 generations of bronchus in left lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：与女性比较，aP<0.05；-表示无数值(所观察图像，年龄小，较远代支气管细小，测量软件精确度不够)。Note: Compared with females,aP<0.05;-Indicates innumerable values (observed images, young age, small bronchus in distant generation, insufficient accuracy of measurement software).

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表4 0~18岁不同性别组右肺上叶2~3代支气管MLD比较(±s，mm)Table 4 Comparison of bronchial MLD in 2-3 generations of upper lobe of right lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表4 0~18岁不同性别组右肺上叶2~3代支气管MLD比较(±s，mm)Table 4 Comparison of bronchial MLD in 2-3 generations of upper lobe of right lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：与女性比较，aP<0.05。Note:Compared with females,aP<0.05.

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表5 0~18岁不同性别组右肺中叶2~4代支气管MLD比较(±s，mm)Table 5 Comparison of MLD of 2-4 generations bronchus in the middle lobe of right lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表5 0~18岁不同性别组右肺中叶2~4代支气管MLD比较(±s，mm)Table 5 Comparison of MLD of 2-4 generations bronchus in the middle lobe of right lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：与女性比较，aP<0.05；-表示无数值(所观察图像，年龄小，较远代支气管细小，测量软件精确度不够)。Note: Compared with females,aP<0.05;-Indicates innumerable values (observed images, young age, small bronchus in distant generation, insufficient accuracy of measurement software).

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表6 0~18岁不同性别组右肺下叶3~4代支气管MLD比较(±s，mm)Table 6 Comparison of MLD of 3-4 generations of bronchus in right lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表6 0~18岁不同性别组右肺下叶3~4代支气管MLD比较(±s，mm)Table 6 Comparison of MLD of 3-4 generations of bronchus in right lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：与女性比较，aP<0.05；-表示无数值(所观察图像，年龄小，较远代支气管细小，测量软件精确度不够)。Note: Compared with women,aP<0.05;-Indicates innumerable values (observed images, young age, small bronchus in distant generation, insufficient accuracy of measurement software).

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表7 0~18岁不同性别组右肺下叶5~6代支气管MLD比较(±s，mm)Table 7 Comparison of MLD of 5-6 generations of bronchus in right lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表7 0~18岁不同性别组右肺下叶5~6代支气管MLD比较(±s，mm)Table 7 Comparison of MLD of 5-6 generations of bronchus in right lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：与女性比较，aP<0.05；-表示无数值(所观察图像，年龄小，较远代支气管细小，测量软件精确度不够)。Note: Compared with women,aP<0.05;-Indicates innumerable values (observed images, young age, small bronchus in distant generation, insufficient accuracy of measurement software).

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表8 0~18岁不同性别组左肺上叶0~2代支气管MLD比较(±s，mm)Table 8 Comparison of bronchial MLD in 0-2 generations of upper lobe of left lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表8 0~18岁不同性别组左肺上叶0~2代支气管MLD比较(±s，mm)Table 8 Comparison of bronchial MLD in 0-2 generations of upper lobe of left lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：与女性比较，aP<0.05；-表示无数值(所观察图像，年龄小，较远代支气管细小，测量软件精确度不够)。Note: Compared with females,aP<0.05;-Indicates innumerable values (observed images, young age, small bronchus in distant generation, insufficient accuracy of measurement software).

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表9 0~18岁不同性别组左肺上叶3~4代支气管MLD比较(±s，mm)Table 9 Comparison of bronchial MLD in 3-4 generations of upper lobe of left lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表9 0~18岁不同性别组左肺上叶3~4代支气管MLD比较(±s，mm)Table 9 Comparison of bronchial MLD in 3-4 generations of upper lobe of left lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：与女性比较，aP<0.05；-表示无数值(所观察图像，年龄小，较远代支气管细小，测量软件精确度不够)。Note: Compared with females,aP<0.05;-Indicates innumerable values (observed images, young age, small bronchus in distant generation, insufficient accuracy of measurement software).

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表10 0~18岁不同性别组左肺下叶2~3代支气管MLD比较(±s，mm)Table 10 Comparison of MLD of 2-3 generations of bronchus in left lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表10 0~18岁不同性别组左肺下叶2~3代支气管MLD比较(±s，mm)Table 10 Comparison of MLD of 2-3 generations of bronchus in left lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：与女性比较，aP<0.05；-表示无数值(所观察图像，年龄小，较远代支气管细小，测量软件精确度不够)。Note: Compared with females,aP<0.05;-Indicates innumerable values (observed images, young age, small bronchus in distant generation, insufficient accuracy of measurement software).

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3 讨论

肺的形成开始于胚胎的第4 周，在妊娠第4 周时，胚胎的中前肠腹侧正中发生一纵形浅沟，被称为喉气管沟。喉气管沟逐渐变深，并从尾侧逐步愈合，形成一长形盲囊，称为喉气管憩室。喉气管憩室的末端逐渐增大并向两侧分支，形成肺芽。肺芽分为两个原始支气管芽，即左右肺的前体。原始支气管在第5周时分开，形成叶支气管，第6周末形成段支气管(右侧10个，左侧8~9 个)。在妊娠6~16 周这10 周的时间里，所有传导气道通过重复支气管芽的分支而形成，随后这些气道仅在大小方面发生变化[1]，出生后，在儿童青少年阶段气道大小持续发生变化，直至成人。

本研究结果显示，0~18岁儿童与青少年两肺段以上及所研究段以下各代(0~6代)支气管MLD与年龄呈低度~高度正相关(男性|r|：0.437~0.956，P<0.05；女性|r|：0.400~0.951，P<0.05)，随着支气管代数的增加，支气管MLD 与年龄的相关性呈降低的趋势，与0~18 岁儿童与青少年正处于身体发育阶段，支气管管腔随着身体发育的需要，不断生长扩大相一致；整体上男性两肺各代(0~6代)支气管MLD与年龄的相关性大于女性，提示在0~18 岁年龄段男性儿童与青少年支气管MLD的生长发育要比女性快。

本研究0~13岁各年龄段组两肺各代(0~6代)支气管MLD 男女间比较差异均无统计学意义(P>0.05)。14~18岁各年龄段组气管(0代)、左、右主支气管(1代)、两肺叶水平支气管(2/3代)MLD男女间比较差异有统计学意义(P<0.05)，男性支气管MLD 大于女性，与吴博云等[2]研究的气管(0代)，叶靖等[3]研究的气管(0代)、左右主支气管、右中间段支气管内径及右肺上叶支气管开口内径男性均大于女性(P<0.05)相一致，其揭示了随着年龄的增长，自14岁起气管(0代)、两肺叶及叶以上支气管MLD 男女间开始出现显著性差异，一直持续到成人，该时间点男女间支气管MLD 出现显著性差异与人体青春期发育期时间段一致，可能与男女性别不同激素水平对气管影响有关或与男女运动量不同有关。

14~18 岁各年龄段组，极少部分两肺叶以下水平支气管MLD男女间出现显著性差异，仅是个例，且在年龄及各代上呈分散无规律性，还不能据此推测出，随着年龄的增长至成人，两肺段及段下水平支气管MLD男女间一定会出现显著性差异，还需多收集数据研究是否存在规律性。

综上，整体趋势上0~18岁儿童与青少年两肺各代支气MLD随年龄增长而增长，随年龄增长，自14岁起两肺叶及叶以上支气管MLD男女间开始出现显著性差异，男性大于女性。

计算机辅助测量支气管结构尚处于初步阶段，目前研究多集中在疾病状态下支气管壁厚、管腔内直径、管壁面积、管腔面积及WA%等支气管定量参数与肺功能的相关性研究及对COPD、哮喘等疾病病情的评估[4-9]。也有文献报道支气管内直径、壁厚、WA%的变化与药物疗效相关[10-11]，提示支气管的定量测量可用于某些药物对气道疾病治疗的敏感性的评估。但目前对于正常人群，尤其是儿童与青少年的支气管结构定量参数的研究较少，国内外少有文献报道，本文研究儿童与青少年两肺各代支气管MLD的分布状态和特点，为各类气道疾病的研究做基础，是很有意义的。

本研究的局限性在于是回顾性研究，部分年龄段组儿童与青少年的样本量仍需增加；数据中缺少身高、体质量指标，故而，本研究未研究支气管MLD 与身高、体质量的关系。