利用定量CT 評估淋巴管平滑肌瘤病的肺部損害

宋惜夕 王 堅 蔡 慧 楊琤瑜 墨玉清 朱夢嬋 朱桂萍 葉 伶 金美玲

（復旦大學附屬中山醫院呼吸與危重癥醫學科 上海 20032）

淋巴管平滑肌瘤?。╨ymphangioleiomyomatosis，LAM）是一種累及多系統的罕見的低度惡性腫瘤性疾病，主要發生在育齡期女性，也有少數絕經 后 起 病 的 病 例［1-2］。 LAM 分 為 散 發 型 LAM（sporadic LAM，S-LAM）和結節性硬化癥（tuberous sclerosis complex，TSC）相關的遺傳型LAM（TSC-LAM）［3］。LAM 的發病機制與 TSC 等位基因突變有關，TSCl 或TSC2 的突變導致哺乳類雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）復合體 1（mTOR complex 1，mTORC1）過度活化，進而影響細胞的形態、生長和存活［4］。異常增生的平滑肌樣細胞（LAM 細胞）在肺部浸潤引起氣道阻塞和彌漫性囊泡樣改變［5］?；颊叩呐R床表現包括進行性加重的呼吸困難、反復發作的自發性氣胸、頑固性乳糜胸和咯血等，并最終導致呼吸衰竭［6］。

評估LAM 患者肺部受累嚴重程度的常用方法有動脈血氣分析、肺功能及胸部高分辨率CT（high resolution computer tomography，HRCT）等［7］。血清血管內皮生長因子-D（vascular endothelial growth factor-D，VEGF-D）水平不僅是診斷LAM 的生物標記物，也與LAM 患者病情嚴重程度有關［8］。其中肺功能是最常用的評估方法［9］。LAM 患者的肺功能通常表現為第一秒用力呼氣量（forced expiratory volume in one second，FEV1）和 肺 彌 散 功 能（diffusing capacity of the lungs for carbon monoxide，DLCO）的降低［10-11］。根據美國胸科協會和日本呼吸學會（American thoracic society/the Japanese Respiratory Society，ATS/JRS）2016 年發布的 LAM診斷和管理指南，對于第1 秒用力肺活量占預計值百分比（percentage of predicted forced of expiratory volume in one second，FEV1%pred）<70% 的患者，強烈建議使用西羅莫司治療［12］。然而，肺功能檢測需要患者高度配合才能保證結果的可信性，且合并氣胸及巨大肺大泡LAM 患者禁止行使肺功能檢測，合并大量乳糜胸的LAM 患者肺功能檢測結果可靠度低。胸部HRCT 中特征性的雙肺彌漫性薄壁囊性改變對于LAM 的臨床診斷具有重要意義［13］。CT 檢查是一種非侵入性操作，對患者的配合度要求較低。此前已有幾項研究通過對CT 影像結果進行定量分析，評估LAM 病例中肺部囊泡樣改變的程度及其與肺功能間的關系［9，14］。但這些研究中大部分受試者招募自歐洲或者美國，目前沒有相關研究進行亞洲LAM 患者的定量CT 分析。因此，本研究旨在對中國LAM 患者的囊性變化程度進行量化，并將得到的囊泡評分與肺功能和血清VEGF-D 水平進行比較，還構建了ROC 曲線以探究預測肺損傷嚴重程度的囊泡評分閾值。

資料和方法

研究對象回顧性收集2012 年至2019 年間于復旦大學附屬中山醫院就診的LAM 患者，并排除了未在我院進行CT 檢查的患者。最終納入19 名S-LAM 患者和2 名TSC-LAM 患者，均為女性。其中12 例依據HRCT 特征、血清VEGF-D 水平和臨床表現做出診斷［15］。排除肺氣腫、朗格漢斯細胞增生癥、結締組織相關性肺間質改變等非LAM 病變引起的肺囊性改變。9 名患者患有腎或腹部血管平滑肌脂肪瘤或淋巴血管平滑肌瘤；5 人合并氣胸或乳糜胸，但評估時未有氣胸發作；18 例在診斷后接受了雷帕霉素治療。本研究已通過復旦大學附屬中山醫院倫理委員會批準（編號：JS-1323），并取得患者知情同意。

研究方法排除CT 檢查日期6 個月內未行肺功能或VEGF-D 水平檢測的病例。在納入的21 例受試者中，有 11 例、6 例、3 例和 1 例分別進行了 1 次、2 次、3 次和 4 次 CT 檢查，共 36 次 CT 掃描結果，每一張都有同時期（CT 檢查日期6 個月內）的肺功能結果與之匹配。有17 例受試者、共24 次CT 掃描有同時期檢測的VEGF-D 水平與之匹配。

CT 檢查采用德國西門子公司SOMATOM Sensation 系統進行CT 掃描。掃描前對患者進行深吸氣末屏氣訓練，于深吸氣末從肺尖至肺底行全肺掃描。CT 掃描的層距為5 mm，層厚為5 mm，共得到40~70 個層面。

圖像分析完成CT 掃描后得到DICOM 格式的影像資料，將其導入醫學影像量化診斷系統（FACT Medical Imaging System，1.2.0 版，陜西神州德信醫學成像技術有限公司），應用軟件工作站中“肺部CT 圖像CAD 分析-肺密度模塊”自動將肺與其他組織分割開，同時完成左右肺及肺葉分割（若有分割偏差及時進行手動校正）［16］。軟件自動計算肺密度在選定肺葉上的密度分布百分比和積分。將閾值低于-950HU 的低密度衰減區定義為囊性區域，軟件自動顯示組織內囊性區域的量化參數［7］。本研究對5 例CT 的結果進行不少于2 次的重復計算，同一CT 影像的結果均一致，驗證了該軟件的準確性和重復性較好。

肺功能及VEGF-D肺功能測試嚴格按照2005年美國胸科協會/歐洲呼吸學會指南進行，使用德國耶格高級肺功能儀（Jaeger MasterScreen IOS）。使用Quantikine 系列的人VEGF-D 免疫測定試劑盒（R ＆ D Systems），通 過 酶 ELISA 法 測 量 血 清VEGF-D 水平［17］。

統計學方法使用SPSS 22.0 軟件進行統計分析。正態分布的變量用描述，非正態分布的變量以中位數M±IQR，分類變量以［n（%）］描述。計算囊泡評分與肺功能和VEGF-D 水平之間的皮爾遜相關系數，分析其相關性。ROC 曲線用于選擇最高的靈敏度和特異性的最佳閾值。P<0.05 為差異有統計學意義。

結 果

一般情況本研究納入了21 名LAM 患者。癥狀首發的平均年齡為（38.1±10.2）歲，平均診斷年齡為（44.1±6.6）歲。2 例（9.5%）為TSC-LAM，9 例（42.86%）患者合并腎血管平滑肌脂肪瘤或腹膜后淋巴管肌瘤，1 例（4.8%）有氣胸史，4 例（19%）有乳糜胸史。均無吸煙史。18（85.7%）例患者接受西羅莫司治療。

囊泡評分圖1 為1 例LAM 患者的肺密度在左右肺葉即全肺的分布百分比和積分。對其CT 影像進行處理后得到的囊泡評分為22.96%，由軟件自動導出結果（圖2，表1）。這一數值在圖1 的密度分布百分比積分圖中也能體現。與肺功能匹配的CT圖像中，囊泡占比為18.13%±11.17%，與VEGF-D匹配的CT 圖像中，囊泡占比為19.66%±12.26%。

表1 軟件自動計算各肺葉及全肺的囊泡占比Tab 1 Software automatically calculates the proportion of cysts in each lung lobe and the whole lungs

圖1 LAM 患者的肺密度在全肺的分布百分比和積分Fig 1 Percentage and integral of lung density distribution in bilateral lungs of patients with LAM

圖2 原CT 圖像（左）與肺段分割后的偽彩圖（右）Fig 2 CT image（left）and pseudo-color image（right）with data segmentation

肺 功 能 和 VEGF-D 水 平FEV1%pred 和DLCO/VA% pred 的平均值分別為70.37%±18.14% 和61.10%±26.67%。血清VEGF-D 水平中位數為1 077（727~1 777）pg/mL。

囊泡評分與其他變量的關系囊泡評分與FEV1%pred（r=-0.716，P<0.000 1）和 DLCO/VA%pred（r=-0.821，P<0.000 1）呈顯著相關（圖3），與血清VEGF-D 水平無明顯相關關系（r=-0.143，P=0.506）（圖 4）。圖 5 為計算并繪制得到的ROC 曲線，FEV1%pred<70%被定義為肺功能受損（狀態變量=1）。當囊泡評分為15.80%時，靈敏度為94.44%，特異性為72.22%，約登指數最高（0.667）。

圖3 囊泡評分與FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 的相關關系Fig 3 Correlation between cyst scores and FEV1%pred（A）and DLCO/VA%pred（B）

圖4 囊泡評分與VEGF-D 的相關關系Fig 4 The correlation between cyst scores and VEGF-D

圖5 囊泡評分評估肺功能受損的的ROC 曲線Fig 5 ROC curve of cyst scores in evaluating the lung damage

討 論

本研究關注了LAM 病例中肺部囊性損害的程度，并探究了囊泡評分與肺功能和血清VEGF-D 水平之間的相關性。本研究發現：（1）肺部囊性損害程度與FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 呈負相關關系；（2）LAM 患者的 VEGF-D 水平與肺部囊性損害之間無明顯相關關系；（3）囊泡評分可能是肺部囊性損傷程度的新指標，囊泡評分15.8%可能是協助判斷是否開啟西羅莫司治療的閾值。

此前的研究表明，CT 影像的定量分析可能協助評估LAM 患者的疾病嚴重程度［18］。我們的研究測試并驗證了囊泡評分與肺功能FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 之間具有很好的相關性，這與其他研究的結果相似［7］。在LAM 患者的隨訪中，HRCT 檢查非常重要，可直接顯示出肺部囊泡的破壞情況，但直觀下影像顯示的進展往往很難判斷。通過對CT 掃描結果的定量分析，可以更好地識別和量化肺部囊泡的變化。因此，定量的CT 分析可能有評估LAM 患者的肺功能和肺損傷程度的潛力。由于研究前期，電子病歷系統中的患者并非全部進行薄層掃描，而大部分接受了普通CT 掃描，所以我們在研究中采用了普通CT 掃描的參數。雖然這是我們研究的不足之處，但我們使用普通CT 掃描來計算囊泡評分時，得到結果顯示該評分與肺功能密切相關。雖然普通CT 掃描對觀察囊泡的細微結構有一定影響，但進行功能評估還是可行的。

除了計算囊泡評分來評估肺損傷程度，還有研究者應用基于肺紋理的影像學技術對囊泡外周的肺實質進行研究。Yao 等［9］通過對 LAM 病例肺 CT中囊泡及其周圍肺紋理的研究，發現氣腫樣改變也存在于囊泡周圍，并在病理切片中證實了這一特征［9］。肺紋理的改變在囊泡周圍與正常肺實質之間的差異有統計學意義。在此基礎上研究了使用西羅莫司對肺紋理和囊泡評分的影響：使用西羅莫司后，部分肺紋理類型的變化明顯趨于穩定，且用藥前后部分紋理類型的量化指數都與囊泡評分、FEV1%pred 和 DLCO/VA%pred 顯著相關［19］。這種基于肺紋理的技術有評估LAM 的病情嚴重程度和對藥物反應的潛力，較囊泡評分更為精細，并且關注到囊泡以外的肺組織，將潛在的病變納入分析。但肺紋理種類多，且存在個體差異，臨床實際運用時囊泡評分更為直觀和方便。

本研究使用的技術也被用于評估其他類型的肺囊性病變，以慢性阻塞性肺?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）最為常見。有研究者通過定量CT 技術對不同分型的COPD 病例進行評估，發現GOLD 分級后肺氣腫型和支氣管炎型的各級患者中，-950 HU 低密度衰減區（low-at-tenuation area，LAA）占兩肺體積百分比（%LAA）與FEV1/FVC 緊密相關，但與 FEV1%pred 不相關，這提示%LAA-950 可能不能完全反映COPD 患者的氣流受限程度［20］。另一項研究發現，深呼氣末的CT影像以-910 HU 作為閾值時，計算得到的%LAA 與肺功能指標有良好的相關性，并能評估COPD 的病情嚴重程度［21］。

隨著人工智能技術的迅速發展，計算機越來越多地參與到臨床各項研究中。由于HRCT 是LAM診斷的重要檢查手段，研究計算機對CT 影像定量分析具有重要臨床意義。隨著技術迭代，影像分析趨于精細化，對CT 影像層數和清晰度的要求更高。關于肺部囊性區域的密度值，目前沒有公認的閾值，這也是推廣該技術的阻礙之一。

本研究評估了囊泡評分協助制訂治療方案的可能性。西羅莫司是目前被FDA 批準的治療LAM的一線用藥，我國也有專家共識詳細指導西羅莫司的 使 用［15，22］。 ATS/JRS 發 布 的 指 南 強 烈 建 議FEV1%pred<70% 的LAM 患者使用西羅莫司治療［12］。從本研究收集的病例資料發現，當囊泡評分>15.80%時約登指數最高，預測FEV1%pre<70%的敏感性和特異性分別為94.44%和72.22%。因此，囊泡評分>15.80%時肺功能已經降低。對于有復發性氣胸風險的LAM 患者，肺功能檢查受到限制，而囊泡評分有助于評估肺損傷程度并決定患者是否應接受西羅莫司治療。但是，本研究樣本量較小，約登指數僅為0.667，因此，仍需要質量更高的研究證據。

本研究發現血清VEGF-D 水平與囊泡評分之間無明顯相關性。盡管這可能是由于樣本量大小所致，但也在一定程度上顯示這種重要的診斷指標并不適合評估LAM 病例肺部囊性損害程度。之前的研究也尚未證明血清VEGF-D 水平與肺功能參數 FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 之間的相關性［8，23-24］。LAM 患者中，伴有淋巴系統受累的病例VEGF-D 水平升高更明顯［8，23］。本研究中，合并有乳糜胸/腹或淋巴管平滑肌瘤的患者僅7 例（33.3%）。這可能是囊泡評分與VEGF-D 水平相關性不顯著的原因。然而，半定量CT 分析認為，肺部囊性損害較大的患者伴有更高的血清VEGF-D 水平［25］。因此，仍然需要進一步研究血清VEGF-D 水平在評估LAM 病情方面的作用。

本研究存在局限性是：小樣本量和回顧性的研究方法降低了結果的可信度。盡管我們發現囊泡評分與肺功能參數之間存在顯著相關性，但并未將囊泡評分與其他評估肺功能和活動耐力的常用方法（例如血氣分析，六分鐘步行試驗和圣喬治呼吸問卷等）進行比較。另一個局限性在于，我們用于重建肺組織的影像資料由普通CT 掃描，更理想的數據應來源于具有200 多層面的薄層CT 掃描。

在本研究中，我們發現定量CT 分析得到的肺部囊泡評分與FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 顯著相關，與血清VEGF-D 水平無明顯相關性。囊泡評分>15.80%時提示肺功能損害明顯，建議患者接受西羅莫司治療。本研究還需要擴大樣本以驗證結果。

作者貢獻聲明宋惜夕，王堅 數據分析，論文撰寫和修訂。蔡慧，楊琤瑜，墨玉清，朱夢嬋，朱桂萍 文獻查閱和整理，統計分析。葉伶，金美玲論文構思和指導。

利益沖突聲明所有作者均聲明不存在利益沖突。