動(dòng)態(tài)胸部數(shù)字化X線攝影對(duì)慢性阻塞性肺疾病患者膈肌運(yùn)動(dòng)功能的評(píng)估

于剛剛 王維 陳疆紅 崔茹欣 鐘朝輝 徐波 王浩彥

1首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院呼吸科 100050;2首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院放射科 100050

COPD是一種以持續(xù)氣流受限為特征的疾病。在我國(guó)40歲以上人群COPD患病率高達(dá)13.6%[1]。COPD患者常有不同程度的膈肌功能障礙,長(zhǎng)時(shí)間可引起膈肌疲勞。膈肌疲勞是COPD患者呼吸困難進(jìn)行性加重的重要原因之一,也是導(dǎo)致呼吸衰竭的主要病理機(jī)制之一[2]。目前,臨床上用于評(píng)價(jià)膈肌運(yùn)動(dòng)及膈肌疲勞的方法常需要通過(guò)體內(nèi)置入導(dǎo)管和電極的方法進(jìn)行評(píng)價(jià),患者不易接受,重復(fù)操作率較低[3]。最近有研究顯示,采用動(dòng)態(tài)胸部數(shù)字化X線攝影(digital radiography,DR)能夠精確測(cè)定受試者膈肌運(yùn)動(dòng)幅度、運(yùn)動(dòng)速率等參數(shù)[4]。本研究擬利用動(dòng)態(tài)胸部DR技術(shù)測(cè)量COPD患者在平靜及盡力呼吸時(shí)兩側(cè)橫膈肌運(yùn)動(dòng)幅度、最大運(yùn)動(dòng)速率、右側(cè)膈肌角度等指標(biāo)的變化來(lái)反映COPD患者膈肌功能情況,并對(duì)不同嚴(yán)重程度的COPD患者上述指標(biāo)進(jìn)行分析,以探討動(dòng)態(tài)胸部DR技術(shù)對(duì)COPD膈肌運(yùn)動(dòng)功能的評(píng)價(jià)價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 病例選擇 前瞻性研究。選取2018年6月至2019年6月來(lái)首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院呼吸科就診行肺功能檢查的COPD患者。根據(jù)慢性阻塞性肺疾病全球倡議(Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease,GOLD)指南,按照第1秒用力呼氣容積占預(yù)計(jì)值百分比(forced expiratory volume in the first second in percent predicted values,FEV1%pred)≥50%及<50%將COPD患者分為輕-中度組及重度-極重度組。動(dòng)態(tài)胸片檢測(cè)與肺功能檢查時(shí)間≤1周。納入標(biāo)準(zhǔn):(1)年齡范圍為40～80歲;(2)具有吸煙史(目前吸煙或已戒煙),吸煙指數(shù)>10包·年;(3)所有受試者均知情同意并簽署知情同意書(shū)。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)支氣管哮喘患者;(2)合并其他彌漫性肺疾病;(3)合并急性肺部感染或有明確肺部占位;(4)有明顯胸膜或胸壁病變;(5)既往有肺部手術(shù)病史。

測(cè)量及記錄所有患者身高、體質(zhì)量,計(jì)算體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)(體質(zhì)量/身高2),成功入組95例COPD患者,男78例(82.1%),女17例(17.9%),年齡(66±7)歲,年齡范圍為55～80歲。本研究通過(guò)首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京友誼醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(2018-P2-086-01)。

1.2 檢測(cè)設(shè)備及方法 采用日本柯尼卡美能達(dá)公司AeroDR C80動(dòng)態(tài)X線平板探測(cè)設(shè)備(Konica Minolta Inc.,Tokyo,Japan)采集胸部動(dòng)態(tài)圖像。受試者為立位后前位拍攝,拍攝條件為:管電壓100 k V;管電流50 m A,矩陣1 024×768,輻射劑量約0.34 mSv。采用德國(guó)JAEGER公司MS-IOS肺功能儀進(jìn)行肺功能測(cè)定,記錄受試者肺功能檢查結(jié)果,包括FEV1、FEV1%pred、FVC、FEV1/FVC、肺活量(vital capacity,VC)、深吸氣量(inspiratory capacity,IC)、殘氣量(residual volume,RV)、肺總量(total lung capacity,TLC)及RV/TLC。

1.3 圖像分析 膈肌幅度及速率的測(cè)量:利用設(shè)備工作站軟件對(duì)動(dòng)態(tài)影像進(jìn)行分析。自動(dòng)識(shí)別雙側(cè)肺尖及橫膈的上緣,由2名具有經(jīng)驗(yàn)的胸部影像醫(yī)師對(duì)軟件自動(dòng)標(biāo)記位置給予調(diào)整、確定(圖1)。軟件可根據(jù)標(biāo)識(shí)位置隨著呼吸的運(yùn)動(dòng)軌跡,繪制出橫膈運(yùn)動(dòng)速率隨時(shí)間的變化曲線及橫膈至雙肺尖垂直距離隨時(shí)間的變化曲線(圖2),根據(jù)曲線顯示數(shù)值記錄每個(gè)完整呼吸周期橫膈運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù),最終以曝光時(shí)間內(nèi)所含全部完整呼吸周期的平均值作為受試者數(shù)據(jù)。右側(cè)膈肌角度的測(cè)量:盡力呼氣末及盡力吸氣末右側(cè)膈肌頂點(diǎn)和右肋膈角頂點(diǎn)連線與水平線所成角度(圖3),記錄所有周期內(nèi)所測(cè)角度,取平均值作為受試者數(shù)據(jù)。

圖1 雙側(cè)橫膈最高點(diǎn)(藍(lán)、綠線)及雙肺尖(紅、紫線) A:盡力呼氣末胸部X線圖像;B:盡力吸氣末胸部X線圖像

圖2 雙側(cè)橫膈上下運(yùn)動(dòng)速率及幅度隨時(shí)間變化曲線(藍(lán)色曲線代表左側(cè)橫膈,紅色曲線代表右側(cè)橫膈) A:時(shí)間-運(yùn)動(dòng)速率曲線;B:時(shí)間-運(yùn)動(dòng)幅度曲線

圖3 盡力吸氣末及盡力呼氣末右側(cè)膈肌頂點(diǎn)、右肋膈角頂點(diǎn)連線與水平線所成角度 A:盡力吸氣末;B:盡力呼氣末

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 應(yīng)用IBM SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。符合正態(tài)分布計(jì)量資料以表示,2組間的比較采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。非正態(tài)分布數(shù)據(jù)以M(QR)表示,2組間的比較采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料采用Pearsonχ2檢驗(yàn)。采用Pearson或Spearman對(duì)肺功能及動(dòng)態(tài)胸片參數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 入組時(shí)基線資料 根據(jù)COPD患者肺功能FEV1%pred分級(jí)分為輕-中度組(GOLDⅠ～Ⅱ級(jí))52例及重-極重度組(GOLDⅢ～Ⅳ級(jí))43例2組。2組間性別、年齡、身高、體質(zhì)量及BMI比較,差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均>0.05)。肺功能檢查顯示2組間VC、VC%pred、FVC、FVC%pred、FEV1、FEV1%pred、FEV1/FVC、RV及RV/TLC%pred比較,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05),輕-中度組均明顯好于重-極重度組,見(jiàn)表1。

表1 2組COPD患者基本資料及肺功能結(jié)果比較

2.2 動(dòng)態(tài)胸片結(jié)果 2組間平靜呼吸時(shí)左右側(cè)橫膈肌的運(yùn)動(dòng)幅度及膈肌最大運(yùn)動(dòng)速率差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均>0.05)。2組盡力呼吸時(shí),COPD輕-中度組兩側(cè)橫隔運(yùn)動(dòng)幅度均大于重-極重度組,輕-中度組兩側(cè)橫隔最大運(yùn)動(dòng)速率均大于重-極重度組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均<0.05)。2組在盡力吸氣末及盡力呼氣末右側(cè)膈肌頂點(diǎn)、右肋膈角頂點(diǎn)連線與水平線所成角度比較,輕-中度組較重-極重度組有減小趨勢(shì),但2組之間差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均>0.05),見(jiàn)表2。

表2 2組COPD患者膈肌運(yùn)動(dòng)幅度、最大運(yùn)動(dòng)速率及膈肌角度等參數(shù)的比較

2.3 膈肌參數(shù)與肺功能的相關(guān)性 盡力呼吸時(shí)左側(cè)橫隔肌運(yùn)動(dòng)幅度與肺功能參數(shù)VC%pred、FEV1%pred、FEV1/FVC、IC呈正相關(guān),與RV及RV/TLC呈負(fù)相關(guān),與FEV1/FVC(r=0.403,P<0.001)及RV/TLC(r=-0.430,P=0.003)相關(guān)性最強(qiáng)。盡力呼吸時(shí)右側(cè)橫隔肌運(yùn)動(dòng)幅度與VC%pred、FEV1%pred、FEV1/FVC、IC呈正相關(guān),與FEV1%pred(r=0.354,P<0.01)、FEV1/FVC(r=0.354,P<0.01)相關(guān)性最強(qiáng)。盡力吸氣時(shí)左、右側(cè)橫膈肌最大運(yùn)動(dòng)速率與肺功能VC%pred、FEV1%pred、FEV1/FVC、IC呈正相關(guān),與IC(r左側(cè)=0.326,P=0.001;r右側(cè)=0.336,P=0.001)相關(guān)性最強(qiáng)。盡力呼氣時(shí)左側(cè)膈肌最大運(yùn)動(dòng)速率與FEV1%pred、FEV1/FVC、IC呈正相關(guān),與RV及RV/TLC呈負(fù)相關(guān),與FEV1/FVC(r=0.432,P<0.001)及RV/TLC(r=-0.481,P=0.001)相關(guān)性最強(qiáng)。盡力呼氣時(shí)右側(cè)膈肌最大運(yùn)動(dòng)速率與FEV1%pred、FEV1/FVC、IC呈正相關(guān),與FEV1/FVC(r=0.310,P=0.002)相關(guān)性最強(qiáng)。見(jiàn)表3。

表3 盡力呼吸時(shí)雙側(cè)橫膈移動(dòng)幅度及速率和肺功能參數(shù)的相關(guān)性

3 討論

COPD存在動(dòng)態(tài)肺過(guò)度充氣是導(dǎo)致患者呼吸困難的主要原因之一。長(zhǎng)期肺過(guò)度充氣會(huì)導(dǎo)致膈肌形態(tài)學(xué)及功能學(xué)發(fā)生改變,進(jìn)而引起膈肌疲勞,并表現(xiàn)為膈肌低平,膈肌的運(yùn)動(dòng)能力受限,進(jìn)一步加重呼吸困難[5]。有研究提示,對(duì)COPD患者進(jìn)行體外膈肌起搏刺激能改善COPD患者肺功能及活動(dòng)耐力[6]。因此,對(duì)膈肌功能的評(píng)價(jià)將會(huì)對(duì)COPD疾病的嚴(yán)重程度、臨床預(yù)后及康復(fù)訓(xùn)練效果的評(píng)估有重要價(jià)值。

超聲檢查是臨床最常用來(lái)評(píng)價(jià)膈肌形態(tài)和功能的手段,其操作簡(jiǎn)單且無(wú)電離輻射,可以用于重癥患者床旁檢測(cè),B型超聲可以測(cè)定膈肌的厚度,M型超聲可以測(cè)量膈肌運(yùn)動(dòng)方向和移動(dòng)幅度[7-8]。但超聲檢測(cè)視野小,且受操作醫(yī)師經(jīng)驗(yàn)的影響。普通X線胸片是評(píng)價(jià)膈肌形態(tài)改變的初篩手段[9]。胸部CT檢查可以明確引起膈肌形態(tài)、位置異常的多種病因,并且能夠觀察肺內(nèi)肺氣腫情況,由于輻射劑量相對(duì)高,不做為常規(guī)評(píng)價(jià)膈肌功能的手段[10-11]。Hellebrandová等[12]采用磁共振檢查評(píng)價(jià)膈肌的運(yùn)動(dòng),發(fā)現(xiàn)可以準(zhǔn)確、客觀的評(píng)價(jià)膈肌功能。而Safavi等[13]采用直立位磁共振成像技術(shù),能夠測(cè)量COPD患者直立位時(shí)膈肌的運(yùn)動(dòng),但磁共振技術(shù)相對(duì)復(fù)雜,成本較高,對(duì)操作的要求也較高。

本研究采用動(dòng)態(tài)DR成像系統(tǒng)可以提供相對(duì)客觀、精確、定量的數(shù)據(jù),并且可提供清晰的動(dòng)態(tài)成像,這為COPD患者臨床評(píng)估提供了新的視角。既往應(yīng)用動(dòng)態(tài)胸片技術(shù)對(duì)正常受試者的膈肌運(yùn)動(dòng)進(jìn)行成像,通過(guò)分析軟件可以相對(duì)客觀、準(zhǔn)確地測(cè)出膈肌在呼吸過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)參數(shù),從而對(duì)膈肌功能進(jìn)行分析。

本研究進(jìn)一步對(duì)不同程度分級(jí)的COPD患者膈肌參數(shù)進(jìn)行分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)輕-中度組及重-極重度組COPD患者之間在平靜呼吸時(shí),左右側(cè)膈肌的運(yùn)動(dòng)幅度及最大運(yùn)動(dòng)速率差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,而在盡力呼吸過(guò)程中,重-極重度組較輕-中度組膈肌運(yùn)動(dòng)幅度明顯減低,最大運(yùn)動(dòng)速率明顯減慢。結(jié)果提示,COPD患者隨著疾病的嚴(yán)重程度加重,患者的膈肌運(yùn)動(dòng)功能下降,在平靜呼吸時(shí)變化尚不太明顯,而在盡力呼吸時(shí)患者膈肌的儲(chǔ)備能力明顯下降,膈肌運(yùn)動(dòng)功能明顯受損,結(jié)果與其他研究相似[15]。本研究還對(duì)盡力吸氣末及盡力呼氣末右側(cè)膈肌頂點(diǎn)、右肋膈角頂點(diǎn)連線與水平線所成角度進(jìn)行了測(cè)量,發(fā)現(xiàn)重-極重度組較輕-中度組角度有減小趨勢(shì),但2組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,與其他結(jié)果略有不同[16],可能與入組患者嚴(yán)重程度及病例數(shù)有關(guān)。

此外,進(jìn)一步對(duì)COPD患者盡力呼吸橫膈肌移動(dòng)幅度及最大運(yùn)動(dòng)速率與肺功能進(jìn)行相關(guān)性分析,結(jié)果顯示膈肌的運(yùn)動(dòng)幅度與FEV1/FVC呈正相關(guān),與RV/TLC呈負(fù)相關(guān),其余肺功能參數(shù)相關(guān)性較弱。提示COPD患者肺功能阻塞程度越大,RV/TLC越大,患者盡力呼吸膈肌運(yùn)動(dòng)幅度越小,速率越慢,膈肌功能受損越明顯,本研究結(jié)果與其他檢測(cè)手段結(jié)果相似[8]。

本研究為單中心研究,有待進(jìn)一步增加樣本量去驗(yàn)證結(jié)論及推廣。另外,動(dòng)態(tài)胸部DR及圖像分析軟件為新研發(fā)的設(shè)備,缺乏對(duì)患者側(cè)位數(shù)據(jù)分析,需后續(xù)進(jìn)一步完善。總之,動(dòng)態(tài)胸部DR技術(shù)能夠相對(duì)客觀、準(zhǔn)確及方便地對(duì)COPD患者膈肌運(yùn)動(dòng)功能進(jìn)行分析評(píng)價(jià),是COPD患者疾病程度的有效補(bǔ)充,并可對(duì)COPD患者康復(fù)訓(xùn)練提供很好的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突