CT定量分析與慢性阻塞性肺疾病骨骼肌變化的相關性分析

鄒殿俊，許曉煒，朱曉龍，楊飛，李傳貴，崔書君，朱月香

河北北方學院附屬第一醫院 影像中心，河北 張家口 075000

CT定量分析與慢性阻塞性肺疾病骨骼肌變化的相關性分析

鄒殿俊，許曉煒，朱曉龍，楊飛，李傳貴，崔書君，朱月香

河北北方學院附屬第一醫院 影像中心，河北 張家口 075000

目的對于慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）患者行胸部CT檢查，并評估骨骼肌面積與COPD的相關性，判定胸大肌面積大小與COPD患者急性加重期和體重指數的相關性。方法對ECLIPSE組共73人被納入研究評估病人進行胸大肌面積和測量去脂肪體重的相關性分析；對COPD基因組966例基因遺傳流行病學COPD實驗者進行胸大肌面積與臨床特點相關性分析。由放射醫師在雙盲下定量評估病例組和對照組胸大肌面積。結果在ECLIPSE組中，胸大肌區域與去脂體重的相關性R2為0.76。COPD實驗組胸大肌面積低于對照組，在COPD基因組具有統計學意義。所有實驗組胸大肌面積增大具有較高一秒用力呼氣容積（FEV1）、用力肺活量（FVC），通過FEV1/FVC比值測定，表現很少有氣道阻塞。在校正年齡、性別、身高、吸煙史后，顯示胸大肌面積每增大1 cm2，與FEV1預測值相關性顯著增加0.81%（95%CI為0.63～0.99，P＜0.001）；另外，胸大肌面積每增大1 cm2，與肺氣腫相關性減少0.63%（95%CI為-0.7～-0.51，P＜0.001）。CT測量與胸大肌與SGRQ總分和SGRQ活動評分、SpO2水平、6 min步行距離、BODE指數評分、MMRC呼吸困難評分和疾病加重期具有相關性。結論CT測量檢查胸大肌橫斷面積表明與COPD的嚴重性具有相關性，同時測量胸大肌面積能預測COPD的急性加重期過程及嚴重程度。

慢性阻塞性肺疾病；胸大肌；計算機成像；肺功能；骨骼肌

引言

慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Diseas，COPD）是人類導致死亡的第三原因。大約20%患者COPD患者的表現為消耗性病態，消耗性病態與患者死亡率具有較高的相關性[1-3]。病因學研究顯示患者消耗這一過程能夠導致廢用性肌萎縮、組織氧分壓降低、激素水平減低和炎癥反應，因此，引起臨床醫師廣泛關注[4-5]。單從體重指數很難反應這一過程，因骨骼肌丟失常不伴有脂肪組織的丟失，因此，骨骼肌萎縮不能用體重指數來進行衡量。臨床、流行病學和基因遺傳學常用CT掃描評估肺疾病的嚴重程度，雖然COPD的主要研究氣道和肺實質病理改變，但很少研究骨骼肌組織病理改變。相關文獻報道了COPD患者肋間和腹肌橫斷面積減少與頻繁急性加重性期COPD的相關性[6-7]。Marquis等[8]研究大腿中部肌肉橫斷面積預測吸煙患者的死亡率。雖然這一研究提供了令人矚目的研究數據，但樣本量較小，也沒有制定CT掃描標準。本研究目的是研究應用胸部CT檢查COPD患者，評估骨骼肌面積與COPD的相關性。主要研究主動脈弓水平層面的胸大肌區域（因這一層面容易識別和標準化測量），同時判定胸大肌面積大小與COPD患者急性加重期和體重指數的相關性，同CT定量分析胸大肌的變化可以定量評估COPD的嚴重程度，作為一種常規COPD患者愈后隨訪定量分析的手段。

1 臨床資料與方法

1.1 臨床資料

回顧性研究2011年6月～2015年6月間兩組人群。對本研究73例實驗者評估COPD縱向以識別預見性替代終點（Evaluation of COPD Longitudinally to Identify Predictive Surrogate Endpoints，ECLIPSE），命名為ECLIPSE組，研究病人胸大肌面積和測量去脂肪體重的相關性。應用生化電阻抗計算每一個受試者去脂肪體重，以確定去脂肪體重與胸大肌面積的相關性。其中實驗組為15例，吸煙對照組為58例，平均年齡為（56.2±9.7）歲。另對966例患者進行基因遺傳流行病學CODP實驗，該組命名為CODP組。研究CODP組的胸大肌面積與臨床特點相關性。其中，實驗組為484例，吸煙對照組為482例，平均年齡為（55.1±9.5）歲。

1.2 CT掃描分析采用

Toshiba Aquilion 64排螺旋CT掃描儀，掃描參數：管電壓120 kV，管電流100 mA；螺距0.175 mm，掃描準直1.2 mm，視野380 mm，以0.5 mm層厚重建。進行呼吸訓練后每例受檢者均于最大吸氣末屏氣時進行掃描，掃描范圍自肺尖至肺底。圖像后處理將采集圖像傳輸至Vitrea工作站進行圖像評估。

CT薄層上測量肺組織密度，CT值＜-950 HU低密度區表示為肺氣腫。在工作站上測量胸大肌面積，由放射醫師在雙盲下定量評估病例組和對照組胸大肌面積。定量評估胸大肌面積在主動脈弓橫斷層面進行評估。放射醫師能夠清晰識別主動脈弓，然后從肺尖仔細滾動到主動脈弓層面胸大肌，見圖1。使用CT值為-50～90 HU進行色度遮蔽，排除其它區域肌肉。對每一實驗者進行測量，胸大肌測量采用面積（cm2）計算，左右胸大肌均在同意層面的橫斷位進行評估。

1.3 統計學分析

應用SPSS 19.0統計軟件進行數據錄入和統計分析，計量資料中正態分布以均數±標準差（x-±s）表示。計量資料組間比較采用t檢驗，計數資料組間比較應用χ2檢驗。兩組采用校正多元相關平方（R2）Bland–Altman檢驗胸大肌面積和去脂肪體重，以及胸大肌和BMI系統偏倚。采用回歸模式評估男性和女性的性別分層。校正年齡、性別和身高后，回歸分析血氧飽和度（SpO2）。P＜0.05時為差異具有統計學意義。

圖1 CT測量正常人和COPD患者胸大肌面積

2 結果

2.1 患者的一般特點

兩組患者的一般特點，見表1。在ECLIPSE組中，58例COPD實驗組和15例對照組；在COPD基因組中，484例實驗組和482例吸煙對照組。實驗組和對照組在肺功能和吸煙史具有顯著性差異（P＜0.05）。

2.2 胸大肌面積與去脂體重相關性和放射醫師間測量胸大肌面積的關系

在ECLIPSE組中，胸大肌區域與去脂體重的相關性R2為0.76，Bland-Altman檢驗研究顯示胸大肌面積與去脂體重以及體重指數和胸大肌面積無明顯系統偏倚。放射醫師間胸大肌面積測量的相關性R2=0.73，Bland-Altman檢驗顯示放射醫師間在測量胸大肌面積值無明顯偏倚，見圖2。

2.3 胸大肌面積樣本特點和雙變量分析

在兩種研究中，COPD實驗組胸大肌面積低于對照組，在COPD基因組具有統計學意義。此外，COPD基因組中實驗組女性和老年人的胸大肌面積明顯比對照組減少，這可能與實驗者的身高增加有關。BMI體重指數與胸大肌面積增大具有明顯相關性。在GOLD分級中，GOLD 3級（平均差為 -5 cm2，95% CI為 -6.2～-3.5，P＜0.001）和 4 級（平均差為 -9.2 cm2，95% CI為 -11.1～-7.3，P＜0.001）實驗組胸大肌面積明顯低于吸煙對照組。GOLD 2級胸大肌面積也低于對照組，但無統計學差異（表2）。

表1 ECLIPSE組和COPD基因組實驗組和對照組基本特點

圖2 Bland-Altman檢驗結果顯示胸大肌面積的相關性。

2.4 COPD胸大肌面積與肺功能測量的相關性

所有實驗組胸大肌面積增大具有較高FEV1、FVC，通過FEV1/FVC比值測定，表現很少有氣道阻塞。在校正，年齡、性別、身高、吸煙史，顯示胸大肌面積每增大1 cm2，與FEV1預測值相關性顯著增加0.81%（95% CI為0.63～0.99，P＜0.001）；另外，胸大肌面積每增大1 cm2，與肺氣腫相關性減少 0.63%（95% CI為 -0.75～-0.51，P＜0.001）。雖然BMI與FVC無統計學意義，但實驗者中與BMI具有一致性，見表3。

表2 COPD基因組實驗組胸大肌面積的雙變量分析

2.5 COPD實驗者胸大肌面積與臨床特點相關系

CT測量與胸大肌、SGRQ總分和SGRQ活動評分、SpO2水平、6 min步行距離、BODE指數評分、MMRC呼吸困難評分和疾病加重期具有相關性，見表3。多變量模式在校正年齡、性別、身高、一年吸煙包數和現在吸煙情況，結果顯示胸大肌面積與SGRQ總分和活動評分、MMRC呼吸困難具有顯著負相關性。胸大肌面積增大，SGRQ總分和活動評分減少，呼吸困難減輕，6 min步行距離增加。6 min步行距離與體重指數具有統計相關性。BMI與SGRQ評分或MMRC呼吸困難評分無顯著相關性，但總體重指數增大與6 min步行距離較小具有統計學意義。

表3 COPD實驗組胸大肌面積和BMI與臨床特點及CT特點相關性分析

2.6 性別分層分析

本實驗分析胸大肌面積和體重指數性別分析。分別研究男性和女性的胸大肌面積，其結果具有相似性。分析男性和女性體重指數，發現FVC、SGRQ活動分數和MMRC結果是相反的。

2.7 胸大肌面積與肺功能參數和臨床特點相關性分析

在校正體重指數下，采用線性回歸分析胸大肌面積與肺功能參數和臨床特點相關性分析，見表4。胸大肌面積與所有肺功能參數和臨床特點具有相關性。除BODE外，胸大肌與所有臨床特點相關性是明顯增加的。在校正年齡、性別、身高、一年吸煙包數和現在吸煙情況，胸大肌面積每增加1 cm2，那么相關6 min步行距離就增大12.5 m（95% CI為8.0～17.0，P＜0.001）。

表4 校正體重指數后COPD實驗組胸大肌面積和BMI與臨床特點及CT特點相關性分析

3 討論

本研究表明CT測量人體胸大肌面積與去脂肪體重和COPD具有相關性，同時也表明胸大肌面積與高分級COPD的具有相關性，能夠評估COPD疾病嚴重性，因此測量胸大肌面積比體重指數更有意義。本研究在校正體重指數后，指出胸大肌面積與COPD相關性，所以COPD不能僅依賴于體重指數。胸大肌面積大與男性、高身材、年齡輕和現在吸煙情況具有相關性，與相關報道瘦體質的胸大肌小具有一致性[9]。肺功能差和低血氧飽和度的實驗者，其胸大肌面積減小，是預后不良關節指標，需要進一步進行研究。在本研究重要發現是胸大肌面積與CT表現肺氣腫具有負相關性。骨骼密度與CT發現肺氣腫具有相關性。Engelen等[10]也發現肺氣腫患者的體重指數較低，以及礦物質含量減低。

Shoup等[11]SGRQ調查問卷顯示健康相關生命質量與肥胖體質和瘦小體質具有相關性，文獻研究50例呼氣氣道阻塞患者，瘦小體質減輕與較高SGRQ總評分和活動評分具有相關性，然而在體重低下和超體重患者具有SGRQ總評分較高。本研究發現胸大肌面積與MMRC和SGRQ具有明顯負相關作用，但沒有發現BMI與MMRC或SGRQ的相關性，可能因為體重與健康相關生活質量測量無相關性，這與Mostert等[12]的發現不一致。本研究還發現去脂肪體重的降低損害患者握力和SGRQ評分。另外COPD肥胖患者與較低死亡率具有一定相關性[13]，因此表明測量骨骼肌是評估COPD體質消耗重要指標。研究觀察到COPD患者6 min運動距離運動能力患者的胸大肌面積較大，但體重指數較低。在校正體重指數下，評估6 min運動距離的胸大肌面積影響作用，觀察到6 min運動距離與胸大肌面積具有很強相關性。在體重指數確定下胸大肌面積和體重指數的相關性R2=0.13，瘦體重和脂肪組織相關性，胸大肌面積與體重指數和6 min運動距離具有正相關性，但在吸煙者中瘦體重的脂肪量增加會損害其運動能力。

然而，體重指數和胸大肌面積與嚴重加重病程無相關性，可能由于484例小樣本的原因。

COPD急性加重期影響胸大肌面積，胸大肌面積能夠預測COPD急性加重期和死亡率，進一步應用胸大肌面積減少預測COPD的臨床特點或結果的發展，有利于縱向研究[14]。COPD基因研究能夠在處理縱向研究數據中提供縱向數據。COPD基因研究采用病例對照研究，具有較多優點包括，包括費用減少，簡約時間和提供較方便的途徑，因此病理對照組在縱向研究具有非常重要作用。COPD基因研究有利于制定入選標準，包括實驗組和對照組每年吸煙的包數。在5年隨訪中，是對照組重要的組成部分，評估具有發展為COPD的過程，有利于研究發生率和危險性。

盡管體重指數是BODE（氣道限制、呼吸困難、運動能力和體重指數）評分4個組成成分之一，但胸大肌面積與評分具有顯著相關性[15]。本研究發現胸大肌面積與其他3個成分相關性比與體重指數相關性更有統計學意義，胸大肌面積與BODE也有較高相關性。CT測量胸大肌面積來預測COPD死亡率明顯高于BODE。關文獻研究量化評估肋間肌和股四頭肌與COPD急性加重期惡化和死亡率相關性[16]，與本文研究結果具有一致性。利用胸部CT掃描來測量骨骼肌大小能夠獲得較多與臨床相關的信息。鑒于對COPD患者的CT掃描分析，能夠有效評估肺組織容積減少過程，以降低死亡率，為臨床提供診斷幫助。應用這一技術能夠明顯減少費用和減少輻射劑量。本研究發現胸大肌面積與COPD相關臨床特點具有相關性，測量胸大肌面積能夠比整體去脂肪體重提供更多有用的信息，同時在控制體重指數下，測量胸大肌面積能夠觀察急性較重期的嚴重程度因此，表明胸大肌面積與去脂肪體重具有相關系和提供吸煙患者肺部的臨床表現情況。

研究的局限性，首先，本研究選擇單獨胸大肌橫斷面進行研究，并沒有在多個層面評估胸大肌面積，測量其容積；第二，不能夠完全雙盲的情況下評估胸部CT測量胸大肌面積；第三，本次實驗不能完全評估人體每一部分骨骼肌的面積大小，因此沒有進行上下肢骨骼肌的評估。

總之，應用胸部CT測量胸大肌橫斷面積研究發現，胸大肌橫斷面積表明與COPD的嚴重性具有相關性，為COPD的發病率和死亡率提供診斷價值，同時測量胸大肌面積能預測COPD的急性加重期過程及嚴重程度，為臨床提供有效價值。然而，需進一步探究胸大肌面積與系統炎癥的相關性。

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Correlation Analysis of CT Quantitative Analysis and Changes of Chest Muscle in COPD Patients

ZOU Dianjun, XU Xiaowei, ZHU Xiaolong, YANG Fei, LI Chuangui, CUI Shujun, ZHU Yuexiang
Department of Imaging, The First Affiliated Hospital of Hebei North University, Zhangjiakou Hebei 075000, China

ObjectiveTo evaluate the correlation between chest muscle area and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) in patients with COPD, and to determine the correlation between the size of the chest muscle area and the acute exacerbation period and the body mass index of patients with COPD.MethodsA total of 73 cases in ECLIPSE group were included in the study to evaluate the association between the pectoralis major muscle and fat weight measurement. For COPD genetic group, a total of 966 COPD subjects were included to analyze the correlation between the pectoralis major area and clinical characteristics. The area of chest muscle was evaluated by the radiologists in a double blind.ResultsIn the ECLIPSE group, theR2correlation between the pectoralis major muscle area and lean body weight was 0.76. COPD experimental group of pectoralis major area was lower than that of the control group, with statistical significance in COPD genome. The entire experimental group had higher forced expiratory volume(FEV1) and forced vital capacity (FVC). The FEV1/FVC ratio showed there was very little airway obstruction. After correction of the age, gender, height and smoking history, the FEV1 predictive value of correlation was significantly increased by 0.81% (95%CI 0.63-0.99,P＜0.001) when the pectoralis major muscle area increased by 1 cm2. Correspondingly, the correlation of emphysema decreased by 0.63% (95%CI -0.7-0.51,P＜0.001). CT quantitative analysis was significantly associated with SGRQ score, SpO2score, SGRQ level, 6 min walk distance, BODE index score, MMRC dyspnea score and disease exacerbation.ConclusionThere is correlation between the CT measurement of the cross-sectional area of the large chest muscle and the severity of COPD. Besides, the measurement of the area of the chest muscle can predict the course and severity of acute exacerbation of COPD.

chronic obstructive pulmonary disease (COPD); ectoral muscle area; computed tomography imaging; lung function;skeletal muscle

R814.42

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.12.024

1674-1633(2017)012-0099-04

2016-11-14

2016-12-16

張家口市地震和科技局（1421137D）；河北省衛計委2017年度醫學科學研究重點課題指導計劃項目，慢性阻塞性肺疾病急性加重期螺旋CT與CR比較及其肺功能預測（20170796）；河北省科技廳（12276104D-22）。

崔書君，主任醫師，主要研究方向為呼吸系統疾病。

通訊作者郵箱：1353152923@qq.com

本文編輯 王靜