CT评估慢性阻塞性肺疾病肺功能临床研究进展

窦 飞,王国清,宋东虎,陈 磊,朱 林,周先明

(1.宣城市中心医院影像科,安徽 宣城242000;2.池州市人民医院,安徽 池州 247000)

作为多见的异质性疾病,慢性阻塞性肺疾病( Chronic obstructive pulmonary, COPD)致病因素较为复杂,机体若与有害物质(颗粒或气体)长时间密切接触[1],气道、肺泡可能会因此产生异常,从而诱发COPD。COPD患者肺部处于异常发育状态下,表现为持续的呼吸道症状。本病患者可诱发严重的症状,病情严重时,一系列的并发症也会造成患者致残、致死[2]。我国进入了老龄化社会,在吸烟率逐年持续增加的背景下,在今后的40年里,COPD发病率均比较高,呈现逐年增加趋势。在2060年,每年死于COPD及其疾病的人数可能超过540万人次[3],临床对COPD的早期诊断尤为重要,及时诊断疾病能帮助临床制定较为有效、合理的治疗方案,故早期诊断技术是治愈疾病的关键。在影像学技术日益发展的背景下,CT定量评估方案兼具客观性与无创性等优势,很多专家将其研究的重点放在了CT定量检测方面,随着研究的逐步开展,COPD病理改变机制逐渐清晰,主要体现在两个方面,其一,COPD患者的外周气道易产生损伤,且反复损伤,修复也具有反复性,最终气道得以重构。其二,COPD表现为较强的炎症损伤,炎症对于肺实质具有破坏作用,最终诱发肺气肿。不管是气道的损伤[4],还是气道的修复,两者均具有较强的反复性,肺实质在破坏之后,气流受限便发生在COPD患者身上。产生这一情况的原因是,疾病进展至后期,病情呈现加重趋势,另外血流动力学会产生相应的变化,最终产生一系列并发症,肺动脉高压就是其并发症之一[5],并发症将对患者的生命安全造成危害,其与生存期的缩短密切相关,同时也与医疗需求的增加具有密切的关系。对于肺气肿病变来说,应用CT能够对其进行准确评估,不仅如此,气道重构也可应用CT评估[6],同时也能够有效对肺心病病变进行评估,目前在临床上取得了广泛的应用[7],有助于为COPD临床诊治提供有效的参考依据。基于此,本文旨在综述在COPD患者中展开CT定量评估的临床研究进展。

1 肺功能检查尚存的局限性

既往,肺功能检查作为一种客观指标,其能有效判断COPD患者气流受限情况。患者若存在高危因素,则可应用支气管扩张剂,在应用后,患者的第一秒用力容积在肺活量百分比中不足70%,则可判定患者为COPD。COPD患者气流受限的严重分级可应用第一秒用力呼气容积占预计值的百分比来判断[8]。但有研究认为当小气道损伤超过70%,肺实质改变超过30%时,患者的临床症状才可出现,同时表现为肺功能异常。因此,肺功能检查的单独应用无法判断疾病的复杂程度。加上COPD本身属于异质性疾病[9],临床症状呈现多样性发展,全部呼吸系统功能的变化能够应用肺功能检查进行判断及了解,但肺功能改变的具体问题和病变原因却无法检查出来,应用肺功能检查更无法对各个肺叶、肺气肿的严重程度加以辨别。而肺气肿是COPD气流受限的主要危险因素,这一点不言而喻。有专家认为[10-11],对年轻的吸烟者开展影像学检查,约有三分之一患者影像学存在程度不一的损伤,他们不管是在活动耐量、还是生活质量方面均与稳定期COPD患者具有一定的相似性。吸烟人群若无气流受限症状,则很有可能进展为COPD,而若患者存在气流受限症状,则其肺功能降低速度更为快速。因此,应用肺功能检查只能判断患者整体的气流受限情况,但无法为局部组织损伤程度提供有用、准确的信息。

2 CT与COPD的临床概述

COPD不仅与肺气肿存在相关性[12],COPD也和慢性支气管炎存在一定的联系。不管是肺气肿,还是慢性支气管炎,若患者表现为持续性气流受限时,即可判断患者为COPD。在全球范围内,COPD备受瞩目,本病是诱发呼吸系统慢性疾病的主要危险因素,且发病风险较高,同时病死率呈现逐年增高趋势[13],目前是全球死亡因素的第四位。预防COPD,且疾病快速诊断、尽早治疗是全球均需解决的一大难题。随着临床上影像学技术的深入推广与应用,CT定量技术应运而生,多数专家开始依靠CT技术来检测COPD的肺部功能。特别是在当下,CT具有较强的软硬件技术,且发展速度,其常与计算机技术相联合,并逐步应用于肺部疾病中,有助于疾病的早期诊断。同时CT技术还在肺功能检测方面具有较广的应用。大量研究显示,经CT检测后,其能够对肺部病变给予准确定位、定量,反映的肺功能情况较为准确,在肺部疾病的诊断中具有较好的应用前景,在肺功能的测定方面也具有一定的价值,为COPD诊治方案的制定提供指导方向。

3 CT评估肺气肿的主要方法

3.1 视觉评估 肺实质被破坏,这是COPD患者无可避免的,肺实质破坏的表现有三:患者的细胞外基质遭到破坏,这是其一[14];末梢支气管远端处表现为空腔样扩大,这是其二;肺泡壁广泛被破坏,这是其三。对肺实质内应用CT检查,可见其中存在低衰减区。视觉评分法的应用,可对肺气肿进行有效评估,从而直观可见肺实质的破坏程度。参照肺功能检查来看,视觉评估法与其具有相关性,其与病理分级亦存在相关性,是判断肺气肿是否存在的筛查工具。但视觉评估法存在的特点是因人而异,该方法存在的主观性较强,且容易被放射科医生工作经验所影响。

3.2 阈值法 低衰减区为肺气肿CT的主要表现,基于这个原理,阈值法应用,能够实现肺气肿的定量测量,若区域低于阈值则被称为肺气肿区,同时计算肺气肿的体积占全肺部体积的百分比(LAA)[15]。目前,临床很多医学专家均将-950 HU纳为阈值,且研究认为,LAA与COPD肺功能,呈现较理想的相关性。

3.3 体素法 继阈值法之后,体素法应运而生,且在肺气肿的测量中得到广泛应用[16],与阈值法不同的是,临床应用体素法能得到理想的肺气肿CT定量测量结果[17],也能获得功能性小气道疾病(Functional small airway disease,FSAD)和肺气肿于每位患者中所占比例,也能准确诊断疾病的严重程度,并诊断疾病表型。在COPD病情的进展下,肺气肿的产生往往要晚于FSAD[18]。总而言之,CT定量测量方法正持续发展,临床医生可借助这一技术获得丰富的信息,在诊断COPD中具有一定的作用,同时还能准确评估疾病分期,便于后续随访。

4 CT定量测量在支气管病变中的应用

4.1 小气道的概念及病理机制 小气道是COPD支气管病变的主要发生部位,其相关概念是加拿大病理专家Hogg提出来的,该专家认为,COPD会发生阻塞[19],其阻塞部位在于小气道内,气道不超过2 mm,故称为小气道,阻塞(不同程度)、形成的黏液栓、纤维化便是小气道早形态学上的表现。对于小气道病变患者来说,提供对其的影像学观察,可对气道壁开展直接测量,同时测量气体潴留,小气道病变情况可间接得到。对气体滞留进行有效鉴别,其可应用呼气相和吸气相平均肺密度之比来加以鉴别[20-21]。

4.2 二维转向三维——气道壁的测量 CT技术在发展,其在气道后壁的测量中具有较广的应用。测量气道壁厚度,最初可应用二维图像技术[22],且早期的测量方向为大气道方面。测量右肺上叶尖端支气管和压段支气管的管壁厚度,是我国专家测量最多的部位。主要是右肺下叶支气管所存在的走行处于垂直状态,其既不受到呼吸的影响[23],也不受到心脏搏动的影响。目前,对小气道的自动测量方法多应用三维支气管树重建,该技术能对第五级的支气管进行测量,甚至有望测量第六级的支气管。对于气道壁尺寸的描述,各位学者均有不同的描述方法[24],结果也是千差万别。要确保所得到的结果具有规范性,临床将Pi10标准化测量参数提出来,i10作为测量内周长为10 mm气道面积平方根,那么气道壁的厚度与疾病加重程度具有一定的关系,其厚度会由于疾病的加重产生变化。有专家对COPD急性加重期的患者做气道功能检查,结果显示,经CT检查后,小气道功能、结构指标能得到改善,且与疾病的恢复情况呈现明显的相关性[25],从而为急性加重期的COPD患者制定更好地治疗策略,并对其进行有效评价。CT技术正在稳步发展,测量气道亦从二维向三维转变,三维图像没有二维图像所存在的缺点,能在软件辅助下测量支气管任何位置,其与气道互为垂直关系,能够自动进行测量,小气道的变化情况清晰可见,反映准确。

5 CT定量测量在血管面积中的应用

5.1 COPD小血管病理机制 COPD本身是一种特征性改变疾病[26],肺血管改变是比较突出的变化之一[27]。COPD肺血管改变和内皮功能障碍有关,炎症、烟雾等因素均会刺激[28-29],造成肺血管处的内皮细胞产生紊乱。造成的表现为平滑肌细胞增生肥大、纤维细胞表型发生改变等,最终造成肺血管结构的重塑,管腔增厚与狭窄,甚至于出现管腔闭塞。吸烟、动脉粥样硬化、肺小血管横断面积百分比(%CSA),三者存在因果关系。

5.2 小血管横截面积评估COPD、肺动脉高压的应用 张兆福等[30]将40例COPD合并肺动脉高压患者纳入研究,在患者病情稳定期对其进行肺部功能测试,应用胸部CT检测,结果显示,重度肺动脉高压患者的血管总横截面积百分比(%CSA)明显高于轻度肺动脉高压,多元回归分析显示,重度与轻度肺动脉高压患者的平均肺动脉压预测因子分别为%CAS<5和壁厚,在COPD患者中结合%CSA<5,动脉氧分压与壁厚能对pH进行预测。国外学者认为,经CT测量后,吸烟者会丧失肺部小血管,血管横截面积是组织学定量中的,减少与肺部小血管的丧失存在密切关系。在上述的研究中,各位专家均对肺小血管的横截面积进行了CT评估[31],方法为二维图像技术,其缺乏整体性,不如三维图像检测技术。有专家自动提取了肺血管,方法应用的是三维定量算法,还对肺血管进行分割,得到肺血管体积,而后展开呼吸双向肺部内血管体积与肺功能的相关性分析,结果显示,全肺及各肺叶吸气相肺内血管体积与肺功能呈现正相关[32],呼气性肺内血管体积与肺功能呈现正相关性。双气相CT也能对COPD患者的血管肺内体积及呼吸状态下肺血管的变化量进行评估,同时其也可评估COPD呼气气流阻塞程度[33]。国内外专家借助CT来对大血管直径相关参数进行测量,以此来评估COPD是否合并肺动脉高压[34]。国外专家认为[35],肺动脉直径与主动脉直径之比若超过1,则与严重的COPD急性加重密切相关。外国专家对比了肺动脉高压患者与健康组织的肺动脉直径与平均肺动脉压,认为肺动脉高压患者的主肺动脉直径增宽,且与平均肺动脉压具有密切的关系,因此CT能有效诊断COPD合并肺动脉高压。应用%CSA测量来对COPD是否合并肺动脉高压具有较高的潜在价值[36],主要生理机制包括以下几点:①COPD患者存在肺实质破坏情况,肺组织处于过度膨胀中,肺泡伴随的肺小血管造成挤压、破坏,肺小血管数量相应减少。②COPD患者肺部易受到炎症的刺激,慢性缺氧、酸中毒等因素可造成血管内皮功能失调,肺小动脉发生痉挛[37-38],对其起到破坏作用,最终重塑。COPD一般合并轻度肺动脉高压,也会合并中度肺动脉高压,此时肺大血管的变化不是很明显,因此,专家认为[39],肺小血管的变化在理论上可以更早期对COPD是否存在肺动脉高压进行诊断与评估。肺小血管横断面积的测量可将二维测量转换为三维测量。

6 结 语

综上所述,判断进展是否存在气流受限情况,则可应用肺功能检查,COPD诊断的黄金标准表示肺功能检查,但此种检查方法具有很大的局限,其无法对单侧或局部组织的破坏程度进行评估,也无法掌握肺功能损伤情况,其只能对肺部所具有的整体情况展开评估。在CT技术发展的背景下,CT对肺功能的检测可借助计算机来加以完成,其能分析检测患者的单侧或局部感兴趣区域,能够避免临床肺功能检查存在的不足。临床肺功能检查能反应肺内、气管、口腔等气体容积的变化,而CT检测肺功能可避免其他气体的干扰,使得检查结果更接近实际值,检查结果具有较强的客观性。临床肺功能检查只能对肺功能损伤程度进行评估,却无法清晰显示肺部病变的分布于范围。而CT肺功能测定则可兼顾定位与定量,同时兼顾形态与功能。另外,临床肺功能检查对患者呼吸配合程度具有较高的要求,患者配合度低,最终影响检查结果,对于昏迷和呼吸功能严重损伤的患者不适用。而CT评估肺功能就相对简单,很多患者均能和医生取得较好地配合,具有操作简便、直观、兼具敏感性和准确性,重复性较为理想。随着COPD的发病率不断增加,如何进行准确、可靠的肺功能评估对于COPD的诊断、治疗和预后判断十分重要。CT是一种有效的影像学工具,可以提供精确的肺部解剖结构和组织学信息,越来越受到临床医生的青睐。下面就CT评估COPD肺功能的临床研究进展进行简要展望。①CT体积测定技术:CT体积测定技术可以通过定量测量肺部体积的变化,可反映肺泡的大小、数量、排列和形态等多个方面的信息。该技术可以用于COPD的评估,包括气道流速-容量曲线和肺容积测定等参数,特别是FEV1/FVC比值,这是COPD诊断的关键指标之一。②CT肺纹理分析技术:肺纹理分析技术是一种新兴的肺部图像分析方法,通过数字图像处理和机器学习算法,可以从CT图像中提取大量的肺组织参数。这些参数与COPD的肺功能紧密相关,包括肺组织密度、气体分布、血管密度、纤维化程度等多个方面。该技术的应用可以帮助进行分级和分类,进而制定更加个体化、有效的治疗方案。③CT肺动脉学:COPD并发症中,肺动脉高压是导致病死率增加的一个独立因素。通过CT检查,我们可以测量肺动脉直径、肺泡灌注、肺血流量和心指数等指标,帮助评估患者的肺动脉压力和容量。此外,CT肺动脉学也有助于区分不同类型的肺动脉高压,早期诊断和治疗。总之,随着医学技术的进步,CT评估COPD肺功能的方法不断丰富和完善。未来,我们可以通过更加细致的CT图像分析和数据挖掘技术,找到更多可供利用的生物标志物,进一步提高COPD诊断、治疗和预后判断的准确性和效果。同时,随着精准医学理念的逐步普及,CT评估COPD肺功能的应用也将逐步得到推广,为COPD患者的临床管理和健康管理提供更好的支持。