慢性阻塞性肺疾病患者及健康志愿者氣管指數與肺功能的相關性研究

管政，夏藝，劉士遠

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慢性阻塞性肺疾病患者及健康志愿者氣管指數與肺功能的相關性研究

管政，夏藝，劉士遠

【摘要】目的：分析慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者及正常志愿者的上氣道CT定量參數的差異，探討COPD患者及健康志愿者氣管指數（TI）與肺功能參數的相關性。方法：對54例COPD患者和57例健康志愿者進行肺功能檢查和胸部CT檢查。按照COPD GOLD分期將COPD患者分為Ⅰ～Ⅳ級，根據COPD高危因素（吸煙＞10包年）將健康志愿者分為吸煙組和非吸煙組，測量主動脈弓上緣1 cm氣管和左、右主支氣管開口處的前后徑（APD）和橫徑（TRD），并計算TI（TI= TRD/APD）。分析COPD患者和健康志愿者的氣道CT定量參數的差異，同時評估TI與肺功能的相關性。結果：COPD組和對照組間年齡、身高、體重及BMI差異無統計學意義（P＞0.05）。COPD組和對照組在左、右主支氣管開口處TI差異有統計學意義（P=0.001、0.002），在主動脈弓上緣1 cm水平TI差異無統計學意義（P=0.134）。COPD組和對照組的右主支氣管TI分別與FEV1（r=0.345，P=0.000），與FVC（r=0.277，P=0.002），與FEV1/FVC（r=0.339，P=0.000）有一定的相關性。左主支氣管TI與FEV1（r=0.233，P=0.008）、FVC（r=0.184，P=0.039）、FEV1/FVC（r=0.218，P=0.014）有一定的相關性。而主動脈弓上緣1 cm水平TI與FEV1、FVC、FEV1/FVC均無明顯統計學差異（P＞0.05）。COPD各級主支氣管TI、左主支氣管TI、右主支氣管TI差異均無明顯統計學意義（P＞0.05）；對照組內吸煙組和非吸煙組主支氣管TI，左、右主支氣管TI差異均無統計學意義（P＞0.05）。結論：COPD組左、右主支氣管TI值均低于對照組（P＜0.05），且COPD左、右主支氣管的TI值與肺功能參數（FEV1、FVC、FEV1/FVC）具有一定的相關性，因此TI可作為評價COPD肺功能的量化指標。

【關鍵詞】慢性阻塞性肺疾病；體層攝影術，X線計算機；肺功能；氣管指數

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種臨床常見的異質性肺疾病，其特點是不完全可逆的、進行性的氣流受限，慢性炎癥導致的氣道重塑和狹窄，最終使肺的形態及功能發生改變，其病理學改變存在于中央氣道、外周氣道、肺實質和肺的血管系統［1］。目前，利用CT對COPD形態及功能評估是研究的熱點，很多學者在尋找能反映COPD肺功能改變的放射學參數，如利用平均肺密度，氣道管壁的面積評估COPD肺氣腫在全肺比例及氣道疾病等，這些指標同肺功能參數存在顯著的相關性［2］。但關于氣道形態改變和COPD肺功能關系尚未有定論［3］。氣管指數（trachea index，TI）是反映氣道形態改變的一個定量參數，本實驗擬通過分析COPD患者及健康志愿者的氣道CT定量參數間是否存在差異，同時分析COPD患者及健康志愿者CT定量參數與肺功能參數的相關性，探討CT定量分析在COPD評估中的價值。

材料與方法

1.研究對象

搜集2014年3月-2015年5月在本院呼吸科就診，臨床及肺功能檢查確診為COPD的54例患者的病例資料，其中男44例，女10例，年齡44～83歲，平均64.8歲。病例入選標準：符合慢性阻塞性肺疾病全球倡議（GOLD）診斷標準，有胸廓畸形、肺部手術病史、大面積肺部感染、哮喘、肺間質纖維化、大量胸水、肺內病灶直徑＞3 cm等影響肺功能的則予以排除。每位受試者均簽署知情同意書，并進行胸部CT和肺功能檢查。對照組為57例健康志愿者，男40例，女17例，年齡45～78歲，平均51歲。有呼吸系統疾病、外傷史、手術史及會導致胸廓改變及肺功能異常的其他胸部疾病予以排除。根據COPD高危因素（吸煙＞10包年）將對照組分為吸煙組和非吸煙組。

2.肺功能檢查

采用Jaeger Toennies肺功能儀器，檢查時取坐位。測定的主要指標包括：用力肺活量（forced vital capacity，FVC）、第1秒用力呼氣量（forced expiratory volume in 1 second，FEV1）、第1秒率（FEV1/FVC）。

3.COPD分級標準［4］

1級：FEV1/FVC＜70%，FEV1≥80%FEV1預計值。2級：FEV1/FVC＜70%，50%≤FEV1＜80% FEV1預計值。3級：FEV1/FVC＜70%，30%≤ FEV1＜50%FEV1預計值。4級：FEV1/FVC＜70%，FEV1＜30%FEV1預計值。

4.CT檢查及圖像分析

采用Philips Brilliance 256層螺旋CT機吸氣末掃描。患者均取仰臥位、雙臂上舉、頭先進，掃描范圍從肺尖至肺底，兩側包括胸壁腋窩。掃描參數：管電壓：120k V，有效管電流100 m A，掃描準直128× 0.625 mm，轉速0.5 s/r，掃描層厚5 mm，層間距5 mm，重建層厚1 mm，層間距1 mm，窗寬360 HU，窗位60 HU。

重建數據均傳至Philips星云工作站統一進行圖像處理，在主動脈弓上緣1 cm水平測量氣管的前后徑（anteroposterior diamete，APD）和橫徑（transverse diameter，TRD）及在氣管分叉處左右主支氣管的內徑（APD和TRD），APD定義為經過氣管中心前后徑的最大值，TRD為垂直于APD的最大值。主動脈弓上緣1 cm處TI計算公式為TI=TRD/APD，氣管分叉處左、右主支氣管的TI分別為左TI和右TI（圖1）。

5.統計學分析

采用SPSS 21.0進行統計學分析，符合正態分布數據采用平均值±標準差表示，偏態分布數據則采用中位數（四分位間距）表示，COPD組和對照組組間比較采用Mann-Whitney U檢驗法進行分析，COPD組和對照組組內比較采用Kruskal-Walls法檢驗，采用Spearman相關系數分析TI和肺功能參數的相關性。以P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.一般臨床資料

COPD組和對照組的年齡、身高、體重及體重指數差異沒有統計學意義（表1）。

表1　COPD組和對照組的基本信息

2.COPD組與對照組TI的比較

COPD組的左、右主支氣管TI較和對照組降低，差異均有統計學意義（P＜0.05），兩組的氣管TI間差異無統計學意義（P=0.134），見表2。

3.COPD組及對照組TI與肺功能參數的相關性

表2　COPD組與對照組TI的比較

氣管的TI與肺功能參數之間沒有相關性（P＞0.05，表3），而左、右主支氣管的TI則與肺功能參數具有相關性（P＜0.05），它提示氣管的形態改變可成為評價肺功能的一個指標。

4.COPD組與對照組組內TI的比較

COPD組內主TI及左、右主支氣管TI均沒有明顯的差異，隨著COPD患者疾病嚴重程度的增高，TI有逐漸變小的趨勢。對照組內吸煙組和非吸煙組之間TI及左、右主支氣管TI差異均沒有統計學意義（表4、5）。

表3　COPD組及對照組TI與肺功能參數的相關性

討 論

COPD是一種以不完全可逆氣流受限為特征的疾病，COPD患者支氣管壁較正常人增厚，且隨著病情加重，管壁增厚、管腔變窄這一特征越來越明顯［5-6］。近年來，關于COPD的研究主要集中在COPD肺功能方面，以往研究更多的是關注小氣道改變，而GOLD指南指出慢性咳嗽、咳痰等是由于氣管、支氣管和細支氣管（內徑＞2～4 mm）等結構異常造成的。有學者通過比較大氣道測量徑線和實體標本測量的小氣道徑線，認為可通過測量大氣道來評估并間接反映小氣道病變情況，但是其敏感性及特異性有待進一步研究［7］。本研究中，相對于對照組，COPD組的TI及左、右主支氣管TI均減低，COPD組和對照組的左、右主支氣管TI具有顯著的差異，左、右主支氣管的TI和肺功能參數有一定的相關性，可作為評價COPD肺功能的一個指標。同時TI隨著COPD患者疾病嚴重程度的增高有逐漸減小的趨勢。

有學者［8］利用胸部X片測量氣管TI與肺功能參數之間的關系，得出氣管TI與肺功能有顯著的相關性的結論。本研究氣管TI與肺功能參數并沒有明顯的相關性，而左、右主支氣管TI與肺功能參數有一定相關性，這可能是由于測量選擇標準不同造成的。有兩個關于TI和肺功能參數關系的小樣本研究，得到了截然相反的結論，Muro等［9］對35例COPD患者的CT圖像研究發現在主動脈弓上緣2 cm處測得TI和肺功能參數之間沒有相關性，Trigaux等［10］對20例COPD患者和20例正常志愿者CT圖像對比發現主動脈弓上緣1 cm處TI和肺功能參數有一定的相關性，認為TI降低是肺過度通氣的表現。后來Eom等［4］對比以往測量方法發現，氣管TI與肺功能有一定的相關性。但上述研究均未對COPD的GOLD分期及左、右主支氣管TI的情況進行說明，本研究在主動脈弓上緣1 cm處測得TI結果并沒有發現顯著的相關性；但是，左、右主支氣管開口處TI結果則和后者一致，這表明在COPD階段，肺內氣管形態改變同肺功能有一定的相關性；同時本研究按照COPD的GOLD分期及COPD高危因素分別對COPD組和對照組進行組內分析，發現各組內主TI及左、右主支氣管TI均沒有明顯的差異。此外，在COPD中常見的氣管“劍鞘樣”形態改變在研究中也被發現，國外有研究認為當TI小于2/3時認定氣管為“劍鞘樣”氣管（saber-sheath trachea，SST）［4］，本研究中，COPD組中的SST較對照組明顯增多，同時以COPD IV級組內SST居多，這說明SST改變在中重度COPD中可能更常見，在輕中度COPD較少見。

表4　COPD組內TI的比較

表5　對照組內TI的比較

利用放射學方法測量胸腔體積時，胸廓變形或胸壁活動均會對最后的測量結果造成誤差。Trigaux等［10］認為慢性持續增加的胸腔內壓力還會導致氣管軟骨環彈性的減低和軟骨環的二次軟化，這種由于氣管軟骨軟化導致的氣管形態學改變在COPD患者中相當常見。Bosiselle等［11］發現過度呼氣造成氣管塌陷占其所研究COPD患者的20%，但是氣管塌陷程度與肺功能參數無關；Sverzellati等［12］發現其研究中53%的COPD患者有氣管軟化，同時與管壁的增厚具有相關性，但是并沒有評估其與肺功能參數間關系。

本研究的局限性在于：第一，本研究獲得的圖像取自受試者吸氣末CT掃描，因此，呼氣末的情況并未進行研究。第二，本次研究所采集的圖像均為靜態圖像，對于氣道彈性或塌陷情況等只能在動態圖像上觀察到并未涉及。第三，本研究只有54例COPD患者，樣本量相對較少，可能會帶來統計偏差。

綜上所述，左、右主支氣管的TI與肺功能參數有一定的相關性，且TI隨著COPD患者疾病嚴重程度的增高有逐漸變小的趨勢，提示其可作為評價肺功能的一個指標，盡管其對于評價肺功能的準確性還需要進一步的探討，但是其對COPD的診斷、評估和治療已經用于臨床實踐中。

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·胸部影像學·

A study of the correlation between tracheal index and pulmonary function in patients with chronic obstructive pulmonary disease and healthy volunteers

GUAN Zheng，XIA Yi，LIU Shi-yuan.Department of Radiology，Changzheng Hospital，the Second Military Medical University，Shanghai 200003，China

【Abstract】Objective：The aims of this study were to analyze the differences of CT quantitative parameters in upper airway in all COPD patients and healthy volunteers，and to quantitatively evaluate the correlation between tracheal index and pulmonary function.Methods：54 COPD patients and 57 healthy volunteers were undertaken both pulmonary function test and chest CT scan.The COPD patients were classified asⅠ～Ⅳgrades according to GOLD staging system；the healthy volunteers were divided into smoking group and non-smoking group according to COPD high risk factors（cigarette smoking＞10 pack years）.The antero-posterior diameter（APD）and transverse diameter（TRD）of the trachea at 1cm above the aortic arch and the openings of left and right main bronchi were measured，and the tracheal index（TI）was further calculated（TI =TRD/APD）.The differences of CT quantitative parameters between COPD patients and healthy volunteers were analyzed.The correlation between TI and lung function were also evaluated.Results：There was no significant difference in age，height，weight and BMI between COPD group and control group（P＞0.05）.There was a significant TI difference at the openings of left and right main bronchi（P=0.001，P=0.002），and there was no significant difference in TI 1cm above the aortic arch（P=0.134）between COPD group and the control group.There was direct relationship between TI and FEV1 （left main bronchus：R=0.345，P=0.000，right main bronchus：R=0.233，P=0.008），FVC（left main bronchus：R= 0.277，P=0.002），right main bronchus：R=0.184，P=0.039），FEV1/FVC（left main bronchus：R=0.339，P=0.000，right main bronchus：R=0.218，P=0.014，respectively.But there was no significant difference between TI and FEV1，FVC，FEV1/FVC（P＞0.05）.There was no significant correlation in main bronchus TI，left main bronchus TI，right main bronchus TI of various levels of COPD and control group（P＞005）.Conclusions：The TIs of the left and right main bronchus in COPD group were smaller than that in control group（P＜0.05）.And there was a significant difference between two groups.The left and right main bronchus TI had significant correlation with pulmonary function parameters（FEV1，FVC，book=233,ebook=46FEV1/FVC），which could be an indicator of the evaluation of pulmonary function.

【Key words】Chronic obstructive pulmonary disease；Tomography，X-ray computed；Pulmonary function；Trachea index

收稿日期：（2015-09-16）

基金項目：上海市生物醫藥處重大專項（13411950100）

通訊作者：劉士遠，E-mail：cjr.liushiyuan＠vip.163.com

作者簡介：管政（1988-），男，河南平頂山人，碩士，住院醫師，主要從事胸部影像診斷工作。

DOI：10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.03.009

【中圖分類號】R814.42；R563.9；R443.6

【文獻標識碼】A

【文章編號】1000-0313（2016）03-0232-05

作者單位：200003 上海，上海長征醫院影像科