MSCT雙相掃描定量分析COPD患者小氣道重塑與肺功能相關(guān)性

暴 銳,鄂林寧,吳 山,武志峰*

(1山西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)系,太原 030001;2山西大醫(yī)院影像中心CT室;*通訊作者,E-mail:wuzhifeng2004@126.com)

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MSCT雙相掃描定量分析COPD患者小氣道重塑與肺功能相關(guān)性

暴 銳1,鄂林寧2,吳 山2,武志峰2*

(1山西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)系,太原 030001;2山西大醫(yī)院影像中心CT室;*通訊作者,E-mail:wuzhifeng2004@126.com)

目的 應(yīng)用MSCT雙相掃描定量分析小氣道相關(guān)參數(shù)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性及其臨床應(yīng)用價(jià)值。 方法 收集76例COPD患者,采用128層螺旋CT分別于深吸氣末和深呼氣末對(duì)患者行全肺掃描;在不超過(guò)1周內(nèi)行肺功能檢查;應(yīng)用后處理軟件測(cè)量每位患者左肺上葉尖后段、右肺上葉尖段、左肺下葉后基底段、右肺下葉后基底段小氣道壁厚度(WT)、管腔面積(AI)、斷面總面積(AT),并計(jì)算壁面積(WA)、壁面積百分比(WA%);采用Pearson相關(guān)分析法分析吸氣相和呼氣相小氣道各參數(shù)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性。 結(jié)果 吸氣相和呼氣相小氣道WT、AI、WA、WA%與肺功能FEV1、FEV1/FVC%均有相關(guān)性,且呼氣相下小氣道各參數(shù)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)高于吸氣相;呼氣相下雙肺下葉小氣道各參數(shù)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)高于雙肺上葉。 結(jié)論 MSCT呼吸雙相小氣道相關(guān)參數(shù)與肺功能指標(biāo)有相關(guān)性,通過(guò)對(duì)呼吸雙相及不同部位小氣道定量測(cè)量可以反映COPD患者氣流受限程度及部位。

慢性阻塞性肺疾病； 多層螺旋CT； 呼吸功能試驗(yàn)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一種以氣流受限為特征的疾病,氣流受限不完全可逆,呈進(jìn)行性發(fā)展,由小氣道病變和肺實(shí)質(zhì)破壞組成[1]。隨著CT技術(shù)的不斷發(fā)展,已能夠?qū)OPD患者氣流受限的主要部位即小氣道進(jìn)行測(cè)量,為COPD的早期發(fā)現(xiàn)和量化提供更多有價(jià)值的信息。本研究旨在探討COPD患者小氣道各參數(shù)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性,為多層螺旋CT(muti-slice spiral computer tomography,MSCT)評(píng)價(jià)COPD患者氣流受限程度及病變范圍提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究共收集2016-01～2016-10在山西大醫(yī)院就診并經(jīng)臨床檢查確診為COPD患者76例,年齡48-79歲,男71例,女5例,平均(64.5±8.4)歲。COPD診斷標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)2016版慢性阻塞性肺病全球倡議標(biāo)準(zhǔn)[2],除外胸廓畸形、胸部手術(shù)史、肺部腫瘤、支氣管哮喘等影響肺功能的疾病。

1.2 CT檢查方法

對(duì)每位患者進(jìn)行深呼吸及屏氣訓(xùn)練,對(duì)能夠順利完成呼吸訓(xùn)練的患者采用西門子SOMATOM Definition AS 128層螺旋CT分別于深吸氣末和深呼氣末進(jìn)行低劑量雙相掃描,掃描范圍由肺尖至肺底,掃描參數(shù):管電壓120 kV,參考管電流時(shí)間乘積50 mAs,螺距因子1.0,層厚與間隔均為5 mm,重建1 mm、間隔1 mm數(shù)據(jù)傳輸至工作站。

1.3 肺功能檢查

所有患者均在與CT掃描間隔不超過(guò)一周時(shí)間內(nèi)進(jìn)行肺功能檢查。采用德國(guó)Jeager Master Screen Body肺功能儀,患者取坐位,在吸入支氣管舒張劑后測(cè)定第1秒用力呼氣量FEV1,第1秒用力呼氣量占用力呼氣肺活量的百分比FEV1/FVC%。

1.4 圖像處理

將重建層厚1 mm肺窗圖像傳入GE ADW4.6后處理工作站,調(diào)整窗寬至1 500 HU,窗位-500 HU,每位患者分別選取左肺上葉尖后段、右肺上葉尖段、左肺下葉后基底段、右肺下葉后基底段4個(gè)位置內(nèi)徑<2 mm且在軸位圖像上呈垂直斷面的小氣道,在顯示器上放大后測(cè)量壁厚度(WT)、管腔面積(AI)、斷面總面積(AT)(見(jiàn)圖1),并計(jì)算壁面積(WA)、壁面積百分比(WA%)。每項(xiàng)指標(biāo)取不同氣道測(cè)量3次,取平均值。

A.測(cè)量小氣道壁厚度(WT)B.測(cè)量小氣道管腔面積(AI)C.測(cè)量小氣道斷面總面積(AT) 圖1 COPD患者小氣道測(cè)量參數(shù)Figure1 MeasurementofsmallairwayparametersofCOPDpatients

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS20.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析。計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示,因變量均為隨機(jī)變量,呈雙變量正態(tài)分布,用Pearson相關(guān)分析法分析吸氣相和呼氣相小氣道各參數(shù)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性,統(tǒng)計(jì)結(jié)果以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 肺功能指標(biāo)的小氣道參數(shù)測(cè)量結(jié)果

76例COPD患者肺功能指標(biāo)FEV1和FEV1/FVC%結(jié)果分別為1.47±0.60，(49.52±9.23)%;吸氣相下不同部位所有小氣道WT、AI、WA、WA%的測(cè)量結(jié)果分別為(1.23±0.25)mm，(2.27±0.81)mm2，(8.82±1.80)mm2，(79.66±5.68)%,吸氣相下小氣道WT、AI、WA、WA%的測(cè)量結(jié)果分別為(1.29±0.23)mm，(1.93±0.69)mm2，(9.02±2.30)mm2、(82.12±4.84)%;呼吸雙相不同部位小氣道各測(cè)量參數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(見(jiàn)表1)。

2.2 相關(guān)性分析

用Pearson相關(guān)分析法分析吸氣相和呼氣相小氣道各參數(shù)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性，結(jié)果顯示:吸氣相和呼氣相下小氣道WT、AI、WA、WA%與肺功能FEV1、FEV1/FVC%均有相關(guān)性(P<0.05),且WT、WA、WA%與肺功能FEV1及FEV1/FVC%呈負(fù)相關(guān),AI與肺功能FEV1及FEV1/FVC%呈正相關(guān);各參數(shù)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)呼氣相要高于吸氣相(見(jiàn)表2)。

部位WT(mm)AI(mm2)WA(mm2)WA%(%)吸氣相呼氣相吸氣相呼氣相吸氣相呼氣相吸氣相呼氣相右肺上葉尖段1.19±0.221.22±0.202.27±0.742.25±0.938.53±1.599.13±2.0779.02±5.9680.46±5.05左肺上葉尖段1.24±0.261.30±0.232.33±0.981.81±0.579.19±2.068.54±2.0580.00±5.9482.49±3.26右肺下葉后基底段1.29±0.311.33±0.202.26±0.651.69±0.458.84±1.728.48±1.9779.75±4.3582.34±6.24左肺下葉后基底段1.23±0.211.33±0.292.21±0.901.83±0.458.71±1.869.92±2.8579.87±6.6383.20±4.26

呼氣相小氣道WT、AI、WA、WA%與肺功能測(cè)量指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)雙肺下葉高于雙肺上葉(見(jiàn)表3)。

表2 吸氣相、呼氣相小氣道參數(shù)與肺功能指標(biāo)相關(guān)性

Table 2 Correlation between small airway parameters and PET index in the inspiration and expiration

指標(biāo)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)吸氣相呼氣相WTAIWAWA%WTAIWAWA%FEV1r-0.5080.465-0.457-0.457-0.5210.482-0.535-0.613P0.0260.0450.0490.0490.0220.0370.0180.005FEV1/FVC%r-0.5800.544-0.501-0.523-0.5820.566-0.672-0.598P0.0090.0160.0290.0220.0090.0120.0020.007

表3 呼氣相雙肺上葉、下葉小氣道參數(shù)與肺功能指標(biāo)相關(guān)性

Table 3 Correlation between small airway parameters and PET index in the lower lobe and upper lobe at the expiration CT

3 討論

3.1 COPD評(píng)估的現(xiàn)狀

COPD患者的基本病理表現(xiàn)為小氣道的慢性炎癥和肺實(shí)質(zhì)破壞,小氣道慢性炎癥引起氣道壁損傷和修復(fù)過(guò)程反復(fù)發(fā)生,導(dǎo)致小氣道重塑,出現(xiàn)氣流受限,最終影響患者的肺功能[3]。目前COPD的診斷金標(biāo)準(zhǔn)為肺功能測(cè)定,但肺組織具有強(qiáng)大的代償功能,只有當(dāng)破壞達(dá)30%以上才會(huì)出現(xiàn)臨床癥狀和肺功能的異常,而MSCT檢查可以間接從解剖結(jié)構(gòu)角度評(píng)價(jià)小氣道功能,明確小氣道病變位置及程度,可對(duì)早期、輕微的COPD做出診斷,并發(fā)現(xiàn)病變嚴(yán)重程度及受累肺組織范圍[4-6]。

3.2 MSCT雙相掃描評(píng)估COPD患者小氣道重塑的診斷價(jià)值

國(guó)外研究顯示氣道壁面積、管腔面積與肺功能參數(shù)的相關(guān)系數(shù)隨著支氣管級(jí)別的增高而增大[7，8]。通常將管腔內(nèi)徑≤2 mm的支氣管稱為小氣道,正常情況下氣流阻力小,但較大氣道易阻塞,由于受CT層厚及空間分辨率影響,多數(shù)研究采用測(cè)量大氣道相關(guān)參數(shù)間接反映小氣道異常,難以對(duì)小氣道的改變實(shí)行精確測(cè)量;隨著CT技術(shù)的不斷發(fā)展,CT圖像上能直接觀察到小氣道的變化,從而更加準(zhǔn)確地反映COPD患者小氣道狹窄、阻塞的病理生理改變。

本研究采用128層螺旋CT對(duì)COPD患者進(jìn)行高分辨掃描及薄層重建,其空間分辨率高,提高了對(duì)小氣道病變的檢出。從表2小氣道參數(shù)與肺功能測(cè)量結(jié)果相關(guān)性分析結(jié)果顯示,吸氣相和呼氣相下小氣道WT、AI、WA、WA%與肺功能FEV1、FEV1/FVC%均有相關(guān)性,說(shuō)明小氣道重塑與肺功能密切相關(guān),MSCT吸氣、呼氣雙相掃描對(duì)于評(píng)價(jià)COPD患者小氣道變化是可行的,氣道壁厚、管腔面積、壁面積及壁面積百分比可以作為反映COPD患者肺功能變化的指標(biāo),且WT、WA、WA%與肺功能FEV1及FEV1/FVC%均呈負(fù)相關(guān),AI與肺功能FEV1及FEV1/FVC%呈正相關(guān),即COPD患者肺功能FEV1及FEV1/FVC%越小,WT、WA、WA%越大,而AI越小,說(shuō)明隨著小氣道重塑,氣道管壁增厚,管腔狹窄,支氣管壁面積所占百分比增加,導(dǎo)致小氣道狹窄閉塞而造成COPD患者氣流受限。

通過(guò)吸氣相及呼氣相小氣道相關(guān)參數(shù)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性分析,可知小氣道各測(cè)量參數(shù)與肺功能FEV1及FEV1/FVC%的相關(guān)系數(shù)呼氣相下要高于吸氣相,說(shuō)明COPD患者在吸氣相與呼氣相氣流受限程度存在差異。隨著氣流受限程度的逐漸加重,小氣道在吸氣時(shí)開(kāi)放,而在呼氣時(shí)小氣道由于沒(méi)有軟骨支撐而閉合,因此呼氣相小氣道狹窄不但包括由于氣道炎癥導(dǎo)致的管壁增厚、管腔狹窄造成的固定狹窄,又包括呼氣時(shí)管腔塌陷所致的動(dòng)力性狹窄[4]。因此,CT雙相掃描能更全面及動(dòng)態(tài)地反應(yīng)COPD患者小氣道病變的情況。

以往研究多選取右肺上葉尖段支氣管進(jìn)行測(cè)量研究,是由于右肺上葉尖段位置較固定,解剖變異少,且與掃描平面垂直,但COPD患者氣道病變的位置并不固定,對(duì)單一氣道的評(píng)估并不能反映全肺內(nèi)氣道病變的情況,故本研究選取了雙肺上葉及下葉多部位的氣道同時(shí)測(cè)量分析,能更加全面地評(píng)估患者小氣道病變的范圍和程度[9]。由表2得出的結(jié)論可知:小氣道參數(shù)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)呼氣相要高于吸氣相,因此選取了相關(guān)性更好的呼氣相進(jìn)行了上葉與下葉小氣道參數(shù)與肺功能的相關(guān)性分析。表3結(jié)果顯示呼氣相小氣道WT、WA、WA%與肺功能FEV1及FEV1/FVC%相關(guān)系數(shù)雙肺下葉高于上葉,說(shuō)明雙肺下葉氣道壁增厚對(duì)于肺功能的影響較肺上葉大。據(jù)Heussel等[10]的報(bào)道,雙上肺的氣體交換作用要比下肺小,對(duì)肺功能的影響較小,即使雙上肺組織破壞較嚴(yán)重,肺功能的指標(biāo)可能改變較小;本研究結(jié)果與此結(jié)果相符。

3.3 研究的局限性

本研究樣本量較少,且未考慮體質(zhì)量指數(shù)對(duì)于氣道定量參數(shù)的影響,從而對(duì)結(jié)果的判定有一定的影響。

總而言之,MSCT雙相掃描能夠有效評(píng)價(jià)COPD患者氣道改變及氣流受限,明確病變部位和程度,從而為臨床診斷、治療提供重要信息。

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Relationship between small airway remodeling and pulmonary function in chronic obstructive pulmonary disease patients quantitatively analyzed by MSCT in the inspiration and expiration

BAO Rui1,E Linning2,WU Shan2,WU Zhifeng2*

(1DepartmentofMedicaiImagingofShanxiMedicalUniversity,Taiyuan030001,China;2CTDivision,ImagingCenter,ShanxiDayiHospital;*Correspondingauthor,E-mail:wuzhifeng2004@126.com)

ObjectiveTo explore the relationship between quantitative analysis of small airway parameters and pulmonary function tests(PFT)by MSCT scan in the inspiration and expiration.MethodsA total of 76 patients with chronic obstructive pulmonary di-sease(COPD)were enrolled.For each patient,CT scan was performed in deep inspiration and expiration.And pulmonary function tests were performed in less than a week.Pose-processing software was used to measure the wall thickness(WT),airway luminal area(AI),and airway outer area(AT)of apical segment of the right upper lobe,apicoposterior segment of the left upper lobe,posterobasal segment of the right lower lobe,posterobasal segment of the left lower lobe,and then the airway wall area(WA)and the percentage of airway wall area(WA%)were calculated.The Pearson rank test was used to assess the correlation of small airway parameters in the inspiration and expiration with PET index.ResultsThe WT,AI,WA,WA% of small airway were correlated with PET index in inspiratory and expiratory CT.The correlation coefficients between small airway parameters at expiratory CT and PET index were higher than those at inspiratory CT.And at the expiratory CT,the correlation coefficients between small airway parameters in the lower lobe and PET index were higher than those in upper lobe.ConclusionApplication of MSCT in the inspiration and expiration to quantitatively measure small airway parameters can reflect the extent and range of airflow limitation in COPD patients.

chronic obstructive pulmonary diseases； muti-slice spiral computer tomography； respiratory function tests

暴銳,女,1988-04生,在讀碩士,E-mail:youxiang3087@163.com

2016-12-07

R563

A

1007-6611(2017)04-0348-04

10.13753/j.issn.1007-6611.2017.04.010