呼吸氣雙相HRCT成像對不同COPD表型的定量評估

史維雅，杭晶卿 ，張志勇，張鋒英

（1.上海市普陀區人民醫院，上海 200060；2.復旦大學附屬中山醫院放射科，上海 200032）

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一種臨床表現多 種多樣的異質性疾病[1]。目前臨床普遍采用的肺功能測定反映的僅僅是肺整體功能，不能全面反映疾病的復雜性，難以準確區分肺氣腫、氣道病變或兩者共同作用。應用CT定量分析COPD患者肺功能，已經成為國內外研究的熱點。本研究將應用雙相HRCT掃描（即吸氣相結合呼氣相）定量測定COPD肺氣腫及氣道病變所致的氣體陷閉，研究CT定量參數在不同COPD表型中的差異，并與肺功能做相關性分析，確定臨床可行性的CT應用參數。

1 對象與方法

1.1 研究對象

選取2013年4月—2015年12月來我院呼吸科就診，臨床及肺功能檢查確診的穩定期COPD患者91例，臨床診斷參照2013年GOLD標準[2]并排除其他慢性心肺疾病、胸膜疾病等。患有急性肺炎、氣胸、胸腔積液、肺實變或不張、胸廓變形、哮喘、肺間質纖維化、肺腫瘤、肺結核、胸部手術史等不納入本研究。所有入選者肺功能監測和CT檢查均在2天內完成。

1.2 肺功能檢查

取坐位，套上咬嘴，夾閉鼻子。測定肺功能參數：包括第1秒用力呼出容量（FEV1）、用力呼氣第1秒量的實測值占預計值的百分比（FEV1%）和第1秒率（FEV1/FVC）。

1.3 HRCT 檢查

囑患者仰臥，分別做一次吸氣相掃描和一次呼氣相掃描，要求患者最大限度吸氣或呼氣然后屏氣配合掃描。CT機型為Siemens SOMATOM Definition AS+128層螺旋CT，掃描參數：管電壓120 kV，有效管電流 50 mAs， 準直器寬度 128×0.6 mm，FOV 300 mm，螺距 1.1，旋轉時間 0.5 s，層厚 1 mm，層間距1 mm，掃描由肺底至肺尖。

1.4 CT圖像視覺評估

肺氣腫程度的評估：觀察主動脈弓為中心的上肺野、氣管隆突為中心的中肺野和下肺靜脈心房入口處為中心的下肺野的圖像（圖1a～1c）。在雙側上、中、下肺野中，根據低衰減區的百分比（Percent low attenuation areas，%LAA） 計算肺氣腫分值，%LAA＜5%計 0分，5≤%LAA＜25%計 1分，25≤%LAA＜50%計 2分，50≤%LAA＜75%計 3分，%LAA≥75%計 4分。將雙側上、中、下肺野6個層面的肺氣腫分值相加得出總分，并對肺氣腫進行分級：0級，總分=0分；1級，總分=1～6分；2級，總分=7～12分；3級，總分=13～18 分；4 級，總分=19～24 分。支氣管管壁增厚的評估：支氣管管壁/相鄰肺動脈直徑≥30%，即可判定為支氣管管壁增厚。

圖1 a～1c 肺氣腫程度的評估示例，分別為主動脈弓為中心的上肺野、氣管隆突為中心的中肺野和下肺靜脈心房入口處為中心的下肺野。Figure 1a～1c.CT images showed the upper lung field centred of aortic arch and the middle lung field centred of tracheal carina and the lower lung field centred of lower pulmonary vein atrium entrance for evaluation of emphysema'respectively.

根據肺氣腫分級和有無支氣管管壁增厚，將COPD分為3個表型：A型：無肺氣腫或輕微肺氣腫（肺氣腫分級≤1級），不考慮是否伴有支氣管管壁增厚；E型：明顯的肺氣腫（肺氣腫分級≥2級），不伴有支氣管管壁增厚；M型：明顯的肺氣腫（肺氣腫分級≥2級），合并支氣管管壁增厚。將所有圖像傳輸到PACS診斷工作站上，由2名高年資放射科醫生進行雙盲法閱片，評估意見不一致的，由2名醫師共同評估取得一致性意見。

1.5 CT圖像定量分析

CT 圖像采用 3D Slicer軟件（www.Slicer.org）定量分析。該軟件由美國Brigham女子醫院開發、作為醫學圖像可視化的平臺免費開放。重點分析4項參數：%LAA-950ins（低衰減區小于-950 HU在吸氣相上的百分比）；%LAA-856exp（低衰減區小于-856 HU在呼氣相上的百分比）；RVC-856to-950（-856 HU至-950 HU之間的低衰減區的肺容積在呼氣相與吸氣相上的相對差值），計算公式：RVC-856to-950=-856 HU至-950 HU之間的低衰減區在呼氣相上的百分比——856 HU至-950 HU之間的低衰減區在吸氣相上的百分比；E/I-ratio MLD（呼氣相與吸氣相的平均肺密度比值）。

1.6 統計學方法

對3組COPD表型患者的年齡、性別、吸煙指數、肺功能及CT定量參數應用Stata 12.0軟件進行統計分析。對數據資料符合正態分布者采用均數±標準差表示，偏態分布用中位數、第25百分位數及第75百分位數即M（P25～P75）表示。資料符合正態分布及方差齊性時，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用Bonferroni法，不符合上述條件時，多組間比較采用Kruskal-Wallis檢驗，兩兩比較采用秩變換分析。資料符合正態分布及方差齊性時，CT定量參數與肺功能的相關性采用直線相關分析，不符合上述條件時，則采用Spearman相關分析。雙側檢驗，P＜0.05 認為差異有統計學意義，P＜0.01 認為差異有顯著統計學意義。

2 結果

91例患者的一般及肺功能資料分析見表1。其中A型50例，E型23例，M型18例，各組年齡分別為（70.8±9.8）歲、（70.3±9.3）歲和（70.4±8.8）歲。 女性患者占比和不吸煙者比例在A型組中最高。3組的吸煙指數組間差異無統計學意義。FEV1、FEV1%、FEV1/FVC值在A型、E型和M型組中依次減少。FEV1%、FEV1/FVC 在各組間均有顯著差異（P＜0.01）。

表1 3組COPD表型患者的一般及肺功能資料（n=91）

91例患者的CT定量參數分析見表2：%LAA-950ins、%LAA-856exp值在A型、E型和M型組中依次增加，且3組間的差異具有統計學意義。RVC-856to-950在各組中的均數都為負數，其絕對值在A型組中最大，E型組中次之，M型組中最小。E/I-ratio MLD在各組中的均數大于90%，小于100%。E/I-ratio MLD值在A型、E型和M型組中依次增加。RVC-856to-950和E/I-ratio MLD的3組間差異的統計學分析具有一致性，即在A型與E型、A型與M型的組間差異具有統計學意義，E型和M型的組間差異無統計學意義。

表2 3組COPD表型患者的CT定量參數比較（n=91）

A型組中50例患者的肺功能與CT定量參數的相關性分析見表3。%LAA-950ins與肺功能參數之間無相關性，%LAA-856exp、RVC-856to-950、E/I-ratio MLD分別與肺功能參數間呈負相關，且有統計學意義。其中，E/I-ratio MLD與FEV1%之間的負相關性最強（γ=-0.588，P=0.000）。

表3 A型組COPD患者肺功能與CT定量參數的相關系數與P值（n=50）

E型和M型組中的患者共41例，其肺功能與CT定量參數的相關性分析見表4，各個CT定量參數與肺功能參數之間呈顯著負相關（P＜0.01）。RVC-856to-950 與 FEV1 之間的負相關性最強（γ=-0.669，P=0.000）。

表4 E型和M型組COPD患者肺功能與CT定量參數的相關系數與P值（n=41）

3 討論

COPD以不完全可逆的氣流受限為特征，是氣道重建和肺氣腫共同作用的結果[1，3]，兩種病理改變在不同患者中所占的比例不同。臨床上普遍采用的肺功能測定反映的僅僅是整體肺功能，當肺組織破壞30%以上時，肺功能才會出現異常[4]，而CT成像更敏感且直觀化，有助于分型和定量分析。

Fujimoto[5]對于COPD的形態學變化做了CT視覺評估，研究了CT圖像與臨床特征之間的關系，將COPD分為3種表型：A型、E型和M型。本研究采用上述視覺評估體系對COPD進行分型。

CT定量測定COPD肺氣腫時，用低衰減區來代表肺氣腫區域。盡管CT閾值的設定存在爭議[6]，-950HU被廣泛采用，不僅能平衡敏感性與特異性[7]，而且與顯微鏡觀及大體觀有較強的相關性[8]，尤其在吸氣相，因而本研究采用%LAA-950ins來測定肺氣腫程度。COPD的氣流受限除肺氣腫外，還應考慮氣道病變對其的影響。氣道阻塞主要發生在直徑＜2 mm的小氣道，表現為呼氣末肺組織的氣體潴留，而吸氣末CT掃描和臨床肺功能無異常改變[9]。%LAA-856exp可以代表氣體陷閉所占的區域。吸氣相上正常肺密度約為-856 HU，呼氣相上肺密度小于-856 HU則代表不充分的空氣排空，但上述測量參數混雜了肺氣腫因素[10]。Matsuoka等[11]提出排除肺氣腫因素后能更好地評估COPD患者的小氣道阻塞，采用RVC-856to-950測定，發現其與臨床肺功能測定氣體陷閉的參數呈較強相關性[12]。Mets等[13]則發現E/I-ratio MLD與生理性氣體陷閉呈較強相關性。

本研究中，臨床肺功能參數在A型、E型和M型組中依次減少，提示M型的COPD疾病程度重，E型次之，A型最輕。與之相對應的是，測定肺氣腫的CT參數%LAA-950ins在A型、E型和M型組中依次增加，提示M型的肺氣腫程度最重，E型次之，A型最輕。女性患者和不吸煙者在A型組中比例最高，與國內學者[14]研究結果一致。3組的吸煙指數組間差異無統計學意義，可能與E型與M型組的樣本量較少有關。

RVC-856to-950反映的是低衰減區在呼氣與吸氣末時的相對容積改變，因而為負數，符合它本身的定義。E/I-ratio MLD代表呼氣相與吸氣相的平均肺密度比值，氣體陷閉程度越重，值越接近100%。本研究中，RVC-856to-950和E/I-ratio MLD的統計學分析具有一致性，均提示A型組的氣體陷閉程度最輕，E型與M型組的氣體陷閉程度的組間差異無統計學意義。%LAA-856exp值在A型、E型和M型組中依次增加，且3組間的差異均具有統計學意義，這與RVC-856to-950和E/I-ratio MLD的分析不完全一致，可能是因為%LAA-856exp混雜了肺氣腫因素。

在A型組患者中，肺氣腫對氣流受限的影響相對較少[15]，所以代表肺氣腫的CT參數%LAA-950ins與肺功能參數之間無相關性。E型和M型組中，各個CT定量參數與肺功能參數之間呈顯著負相關，符合E型和M型病理生理特點，即肺功能下降受肺氣腫及小氣道阻塞的共同作用的影響[16]。

本研究的局限性在于：①E型與M型組的樣本量較少，可能帶來統計偏差；②呼吸氣雙相HRCT掃描時，盡管降低了管電流（50 mAs），但患者所受的輻射劑量與常規胸部CT的輻射劑量未作對比研究。

綜上所述，3組COPD表型的CT定量參數不同。CT肺氣腫指標（%LAA-950ins）、氣體陷閉指標（%LAA-856exp、RVC-856to-950 和 E/I-ratio MLD）可以作為評估COPD肺功能的有效參數。將來的研究有待于增加樣本量對COPD患者進行縱向隨訪觀察。