慢性阻塞性肺疾病多層螺旋CT表現與肺功能相關性的研究進展

歐陽志成，許 萍

(南昌大學第四附屬醫院呼吸內科， 南昌 330003)

慢性阻塞性肺疾病多層螺旋CT表現與肺功能相關性的研究進展

歐陽志成，許 萍

(南昌大學第四附屬醫院呼吸內科， 南昌 330003)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一種可以預防和治療的疾病，以持續氣流受限為特征，其氣流受限多呈進行性發展；與氣道和肺部對有害顆粒或有害氣體的慢性炎癥反應增強有關。肺功能檢查仍是診斷COPD的金標準，但又受各種客觀或主觀因素的影響。多層螺旋CT已廣泛應用于臨床工作，隨著定量后處理軟件的開發和應用，多層螺旋CT為COPD的診斷、嚴重程度評估及科研提供了一種新的嘗試方法。當前多層螺旋CT分析COPD的方法包括：中小氣道的壁厚度及腔面積；CT定量分析肺容量；肺密度定量分析；肺血管的面積及數量等，本文對近年來使用多層螺旋CT分析及評估COPD患者肺功能的研究進展進行了綜述。

慢性阻塞性肺疾病； 多層螺旋CT； 肺功能

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一種常見的以持續氣流受限為特征的可以預防和治療的疾病，氣流受限多呈進行性發展，與氣道和肺部對有害顆粒或有害氣體的慢性炎癥反應增強有關。有害顆粒或氣體等慢性刺激物作用于氣道，使氣道發生異常炎癥反應。氧化及抗氧化失衡和肺部的蛋白酶和抗蛋白酶失衡進一步加重COPD肺組織的炎癥，這些機制共同促進COPD的病理改變。

肺功能檢查(pulmonary function tests, PFT)是判斷持續氣流受限和COPD氣流受限嚴重程度分級的客觀指標。使用支氣管擴張劑后，第一秒用力呼氣容積/用力肺活量(FEV1/FVC)<70%可確定為氣流受限，它仍是診斷COPD的金指標。肺功能檢查為臨床診斷及治療COPD提供很多幫助，但同時肺功能檢查又有諸多的局限性，如：對早期診斷不敏感，只能反映檢查瞬間的肺功能，而且是對雙肺的評價，難以對單側肺或肺葉做出準確判斷；難以區分不同途徑所致的氣流受限；病情較重的患者不能耐受PFT檢查。近年來多層螺旋CT掃描越來越廣泛的用于COPD的臨床工作、流行病學、甚至遺傳學的研究[1]，運用多層螺旋CT不僅可以了解肺臟解剖結構的變化、病變范圍及氣道阻塞性的程度等信息外，而且還可以提供肺密度定量分析；肺雙相像素指數；肺泡壁厚度及肺血管管徑的測定，甚至可提供單肺或者某個肺葉的定量分析，并且病情較重的患者仍可配合的可重復性強的非侵入性檢查。目前多排螺旋CT定量后處理軟件包括3種：YACTA、Pulmo 3D、CT COPD，它們均需將患者的圖像DICOM數據從Pace傳遞到后處理器，然后自動計算出相關參數如：肺容量(LV)、MLD(平均肺密度)等。本文對近年來使用多層螺旋CT分析及評估COPD患者肺功能的研究進展進行綜述。

1 小氣道壁的厚度、氣道腔面積及數量與肺功能參數的相關性

COPD的特征是氣道慢性炎癥反應引起氣道緩慢阻塞的過程。病理生理學觀點認為，小氣道(氣道直徑≤2 mm)是COPD固定累及的解剖單位[2]。長期持續性的炎癥刺激氣道，可引起氣道的反復破壞和修復，導致組織增生而發生氣道重塑。氣道重塑的病理改變表現為平滑肌細胞增生肥大和基底膜的增厚，故可導致氣道壁增厚和氣道腔變窄，所以可以通過測量氣道壁的厚度和腔面積來評估氣道重塑。如果氣道炎癥持續而未消除，則會導致小氣道不可逆性的閉塞，引起小氣道數量的減少。

近年來，許多研究[3-8]開始關注小氣道CT圖像與肺功能之間的關系。Tho等[3-4]研究發現氣道壁面積的平方根(選取第3—5級支氣管中氣道壁內徑周長為10 mm的小氣道)、氣道壁厚度(WT)和氣道腔面積與肺功能的FEVI/FVC、FEV1呈顯著相關性。Kambara等[5]研究對比了67個COPD患者，計算出第1到第6級支氣管管腔測管腔在呼氣(E)和吸氣(I)狀態下的氣道腔面積為Ai(E/I)，與PFT對比，他們的結論提示在第3級到第6級的Ai(E/I)與第一秒用力呼氣容積百分比預計值(FEV1%預計值)呈顯著相關性。閻超群等[6]計算出右上葉尖段第5級支氣管管壁厚度(T)、外徑(D)和伴行肺動脈直徑(PA)、支氣管壁厚直徑比(T/PA)、氣道壁面積百分比(WA%)、管腔面積百分比(Ai%)，認為PA、T/PA、WA%及Ai%與FEV 1/FVC、FEV1%具有相關性。Kurashima等[7]通過CT重建計算出中小氣道數量，與肺功能對比后，最終得出結論：中小氣道的數量與FEV1呈正相關；外周區小氣道數量的減少和25%肺活量最大呼氣流量(MEF25%)、50%肺活量最大呼氣流量(MEF50%)呈正相關。Mc Donough等[8]聯合應用高分辨率CT、顯微CT及組織病理學技術，對不同GOLD分級的COPD患者的離體肺組織進行分析，結果顯示：隨著GOLD級別增高，慢性阻塞性肺疾病患者的中小氣道數量進一步減少。

2 肺密度定量分析相關參數與肺功能參數的相關性

COPD以肺氣腫表型和支氣管炎表型為主。肺氣腫表型的特點是肺泡的永久性破壞，CT圖像上表現為密度相對較低。而支氣管炎表型的特點是氣流受限，造成氣體潴留，最終也會導致肺密度的減低。

張利華等[9]分別測量和計算COPD組與正常對照組深吸氣末、深呼氣末上、中、下肺區及全肺的各密度指標：深吸氣末密度(Din)、深呼氣末密度(Dex)、密度差(Dex-Din)、密度比(Dex/Din)、密度變化百分比(Din-Dex)/Din。最終結果：DIN、DEX-DIN、DIN-DEX/DIN及DEX與FEV1/FVC呈正相關。DEX/DIN與FEV1/FVC及FEV1%呈負相關；DIN與FEV1/FVC呈強正相關。Hersh等[10]進行了類似的研究，結果表明平均肺密度(MLD)與FEV1/FVC、FEF 25-75和FRC/TLC相關性好。肺氣腫或者是氣體潴留所致的CT圖像上的低密度區，可以用低衰減區(LAA)進行量化。有文獻[11]提示，基于肺密度的測量，當肺容量低于一個臨界值時(CT值<-950 HU)，肺密度的的測量值與肺功能有顯著的相關性，但是肺密度測量值的誤差有多大，測量值誤差與COPD的嚴重程度是否有關聯，Gu等[12]選擇600例COPD患者，隨機選擇其中400例患者行CT檢查，并測量肺容量(LVOL)、低衰減區(LAA-950、LAA-910、LAA-950%、LAA-910%)，其他200例患者行肺功能及疾病嚴重程度評估，并計算它們的絕對誤差和誤差百分比(The Percentage Prediction Errors)。結果顯示,LAA-950%、LAA-910%能很好地預測FEV1和FEV1/FVC,而誤差百分比能很好地預測COPD的嚴重程度。Garfield等[13]后處理對照組和COPD組的患者的CT圖像，將像素為-950HU和-910HU的區域計算出來，與肺總體積進行比較，得出像素指數(也稱肺氣腫百分比)，發現他們均與FEV1%、FEV1/FVC有良好相關性。

3 肺容積相關參數與肺功能參數的相關性

肺臟作為高彈性的臟器，它能進行有效的氧氣交換和二氧化碳的排出。肺臟由多種組織組成，包括：肺實質、氣道及脈管系統，它的本質就是為了氣體的有效交換。肺臟的生理功能和它的解剖結構密切相關，疾病能夠使肺的解剖結構發生改變引起肺功能的改變。如氣道的阻塞、肺泡的破壞、氣道壁的增厚等都可以引起吸入及呼出的氣體減少，而導致COPD的進展。相似的，肺彈性(肺的萎縮程度)的下降和肺容量的改變也可以反應肺功能紊亂情況。

王曉華等[14]分別測定對照組和COPD組的最大吸氣末(Vin)及最大呼氣末(Vex)全肺容積，并以CT值-850 Hu為閾值測定最大呼氣末肺內氣體潴留體積(Vtrap)及所占百分比(Vtrap%)，并將雙相CT掃描成像指標與肺功能(PFT)相關指標進行相關性分析，得出結論如下：Vin與肺總量(TLC)呈增相關；Vex與殘氣量(RV)呈正相關；Vtrap及Vtrap%與FEV1/FVC呈負相關。Kundu等[15]選取180例COPD患者行雙向CT掃描，并計算全肺和肺葉的萎縮量[inspiration(I)、expiration(E)]、平均絕對萎縮量(I-E)及容量改變比例測量值(I-E)/I，與肺功能參數對比結果：全肺萎縮量和左下肺萎縮量和肺功能參數成高度的相關性。隨著COPD分級的級別增加，(I-E)及(I-E)/I逐漸減小。同時下葉肺萎縮量更能反映COPD的分級改變。

4 肺血管相關參數與肺功能的相關性

盡管COPD的主要改變是肺泡的破壞和外周氣道的改變，但肺血管的重塑也是疾病發展的一個重要組成部分。肺內及肺外血管的重塑與內皮細胞功能紊亂密切相關。血管內皮細胞在調節血管舒縮和控制血管細胞生長起著重要的作用，內皮細胞功能紊亂的肺動脈的舒張功能被削弱，最終導致肺血管床的減少和血管結構的改變，晚期甚至可引起肺動脈高壓。

Matsuura等[16-17]選取COPD患者行CT及肺功能檢查。通過CT圖像測量次亞段肺小血管的橫截面積<5 mm2(CSA<5)及亞段的肺小血管的橫截面積(面積在5～10 mm2，CSA5-10)，然后計算所選圖像的肺血管的總面積，最后計算出CSA<5及CSA5-10與總面積的比值為%CSA<5及%CSA5-10。他們得出的結論：%CSA<5及%CSA5-10與肺功能的FEV1%及FEV1/FVC呈顯著正相關。馬燕青等[18]也做了相關研究，結論為：第1—2級肺動脈(PA)的管徑與肺功能無相關性。第4級PA與FEV1、FEV1%、FEV1/FVC及MEF25%呈中等正相關性。他們認為出現這樣的結果的原因是，COPD患者晚期常出現肺動脈高壓，而輕中度患者雖未出現肺動脈高壓，但右心室的負壓也較正常人高，會引起相鄰(1—2級)PA管徑的擴大，所以第1—2級PA的管徑與肺功能無相關性。由于COPD患者肺肌性血管內膜增厚，從而導致PA管徑減小和肺小動脈肌化增加，而第4級肺動脈大多為肌性血管，但是部分仍為彈性血管或兩者移行區，故隨著肺功能指標的減低，大多PA管徑變窄，所以也解釋了第4級PA與肺功能參數的相關性。支氣管動脈是支氣管的營養動脈,長期缺氧和慢性炎癥會導致支氣管動脈管徑增粗，動脈壓力增高。施玨倩等[19]通過測量支氣管動脈管徑和計算支氣管動脈的數量，同時與肺功能進行比較。他們得出的結論：隨著GOLD分級水平增高，雙側支氣管動脈管徑呈增粗的趨勢。右側支氣管動脈管徑均與FEV1、FEV1%、FVC、FEV1/FVC具有顯著負相關，左側支氣管動脈管徑與FEV1、FEV1%具有顯著負相關。

5 肺葉的CT參數與肺功能的相關性

Kim等[20]收集了200名參與者進行對比研究，發現以肺氣腫表型的患者，各肺葉的肺氣腫指數(也稱像素指數)與FEV1/FVC及FEV1呈顯著相關；支氣管炎表型的CT圖像提示，支氣管壁明顯增厚，第5級支氣管壁面積百分比獨立且顯著與FEV1/FVC及FEV1相關。Kundu等[15]也分析了每個肺葉在吸氣及呼氣的CT圖像變化，認為左下肺葉的肺萎縮量(吸氣相肺容量I-呼氣相肺容量E)與肺功能指數最顯著相關，平均絕對肺萎縮量(I-E)及相對萎縮量(I-E/I)隨著COPD分級升高而降低。

6 總結與展望

隨著多排螺旋CT的發展及后處理軟件的不斷進步，對COPD患者的肺臟的形態學及功能學的縱向和橫向評估也就出現了長足的發展。目前CT技術可以測量肺氣腫、氣道阻塞的程度及氣道壁的大小，這使得CT在COPD研究中越來越受歡迎，希望在臨床工作和科研學習中能深入認識和研究這些工具，并利用好這些工具，來協助COPD的診斷及治療，為改善COPD患者的生活質量及預后提供幫助。目前COPD的CT定量分析診斷仍缺乏詳細的量化參數，需要繼續補充和豐富；并且CT的后處理軟件還未普及，為COPD的CT診斷、嚴重程度評估及科研帶來了困難。

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(責任編輯：況榮華)

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1009-8194(2017)08-0101-04

2017-02-28

許萍，主任醫師， E-mail:xuping200518@sina.com。

10.13764/j.cnki.lcsy.2017.08.041