定量CT對比觀察輕-中度慢性阻塞性肺疾病及哮喘

夏亭亭，尤曉婷，梁嘉敏，鄭吳熙，鄧恩昕，李靖煦，劉遠明，關玉寶*

(1.廣州醫科大學附屬第一醫院放射科，廣東 廣州 510120；2.東莞市人民醫院放射科，廣東 東莞 523059；3.深圳市智影醫療科技有限公司，廣東 深圳 518000)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)與支氣管哮喘(簡稱哮喘)均是以氣流受限為特征的慢性氣道炎癥性疾病，主要病理學特征是小氣道炎癥、肺實質破壞及空氣潴留，且長期小氣道炎癥可導致氣道重塑[1]。兩種疾病早期階段臨床無癥狀或癥狀輕微，不易引起重視，相關研究較少[2-3]。本課題組前期觀察了兩種疾病近端氣道結構[4]，但并未進行分度。本研究對比分析輕-中度COPD(mild-to-moderate COPD， mtmCOPD)及輕-中度哮喘(mild-to-moderate asthma， mtmAs)患者近端氣道參數、肺氣腫及空氣潴留指數，觀察其氣道結構及CT肺功能特點。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2014年1月—2019年3月30例就診于廣州醫科大學附屬第一醫院的穩定期mtmCOPD患者(mtmCOPD組)，男23例，女7例，年齡24～69歲，平均(53.1±9.1)歲。依據2013年COPD診斷、管理和預防全球戰略的分級標準[5]，輕度10例，中度20例。按照相關納入及排除標準[6]及2012年GINA輕-中度哮喘標準[7]，于2013年3月—2018年10月69例穩定期哮喘患者中納入30例mtmAs(mtmAs組)，男17例，女13例，年齡30～64歲，平均(47.9±9.3)歲。自2013年3月—2018年門診體檢健康人群中招募30名志愿者作為健康對照組，男18名，女12名，年齡29～57歲，平均(49.8±10.6)歲。本研究獲得醫院倫理委員會批準，所有受試者對研究內容均知情同意。

1.2 儀器與方法 掃描前對受試者進行呼吸訓練，盡可能降低其呼吸程度的差異。采用Toshiba Aquilion 16層螺旋CT機行低劑量呼吸雙相CT掃描，參數：管電壓120 kV，管電流30 mAs，螺旋因子0.938，X線球管轉速0.5秒/轉，矩陣512×512，層厚1.0 mm；吸氣相自肺底到肺尖、呼氣相自肺尖到肺底掃描。

1.3 定量CT分析 以美國阿波羅公司全自動化軟件VIDA Appollo Version 2.0進行三維氣道分析[3,5]及CT肺功能定量分析(圖1)。

選取吸氣相右肺上葉尖段(RB1)、右肺下葉后基底段(RB10)及左肺下葉后基底段(LB10)支氣管作為觀察氣道的靶支氣管，記錄第3級靶支氣管中點處管腔面積(lumen area， LA)、管壁面積(wall area， WA)、管壁厚度(thickness， T)及管壁面積百分比(WA%)，并計算得到支氣管管壁總面積(total area， TA，TA=LA+WA)。用體表面積(body surface area，BSA)對LA、WA、TA及T進行校正，BSA(m2)=0.006 1×身高(cm)+0.012 8×體質量(kg)—0.152 9。所有定量CT氣道參數均為RB1、RB10及LB10的均值。

將呼吸雙相原始DICOM數據導入軟件，自動進行肺部組織分割，將肺組織與縱隔、大血管、氣管、胸壁組織分割開來，并自動輸出一系列相關肺功能參數。記錄肺氣腫指數，包括呼吸雙相體素指數小于-950 HU、-910 HU肺容積占總肺容積的百分比，即呼吸雙相VI-950(%)及VI-910(%)；吸氣相低于總肺體素15%的HU值，即吸氣相Perc15[7-8]。空氣潴留指數包括呼氣相平均肺密度(mean lung density， MLD)；呼氣相體素指數小于-856 HU時肺容積占總肺容積的百分比，即VI-856(%)；呼、吸雙相平均肺密度之比(MLD E/I)；呼、吸雙相體素指數小于-856 HU時肺容積占總肺容積百分比的變化量[VI-856E-I(%)]；呼、吸雙相體素指數介于-856 HU與-950 HU之間時，肺容積占總肺容積百分比的變化量[VI-856/-950E-I(%)]。

1.4 統計學分析 采用SPSS 22.0統計分析軟件。符合正態分布的數據用±s表示，非正態分布數據用中位數(四分位數間距)表示。采用Levene法對多樣本方差齊性進行檢驗。對3組獨立樣本，方差齊使用完全隨機設計的單因素方差分析，方差不齊采用秩和檢驗(即Kruskal-WallisH檢驗)，組內兩兩比較采用Bonferroni校正。對于兩組獨立樣本，服從正態分布時用獨立樣本t檢驗，否則用Wilcoxon秩和檢驗。分類資料比較采用χ2檢驗。P<0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 基線資料 mtmCOPD組患者吸煙指數明顯大于mtmAs組(P<0.01),而3組性別、年齡、BMI及BSA差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表1。

2.2 mtmCOPD組、mtmAs組及健康對照組定量CT近端氣道參數比較 mtmAs組平均LA/BSA小于健康對照組(P=0.04)，而mtmCOPD組與健康對照組、mtmCOPD組與mtmAs組差異均無統計學意義(P均>0.05)。mtmAs組平均WA%大于健康對照組(P<0.01)，而mtmCOPD組與健康對照組、mtmCOPD組與mtmAs組差異均無統計學意義(P均>0.05)。3組間平均WA/BSA、平均TA/BSA及平均T/BSA差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表2。

2.3 mtmCOPD組、mtmAs組及健康對照組肺氣腫指數及空氣潴留指數比較 mtmCOPD組吸氣相及呼氣相VI-910(%)及VI-950(%)均大于健康對照組(P均<0.01)，而mtmCOPD組與mtmAs組、mtmAs組與健康對照組差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表3。mtmCOPD組呼氣相MLD絕對值、呼氣相VI-856(%)及呼氣相MLD E/I均大于健康對照組(P均<0.05)，而mtmCOPD組與mtmAs組、mtmAs組與健康對照組差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表4。

圖1 CT肺功能定量分析 前2列分別為吸氣相及呼氣相CT掃描橫軸位圖，第3列顯示吸氣相體素指數小于-950 HU的低衰減區域，代表肺氣腫區；第4列顯示呼氣相體素指數小于-856 HU的低衰減區域，代表空氣潴留

表1 3組基線特征值比較(±s)

表1 3組基線特征值比較(±s)

組別男/女(例/名)年齡(歲)體質量指數(kg/m2)BSA(m2)吸煙指數(包/年)mtmCOPD組 (n=30)23/753.1±9.124.36±5.671.70±0.1312.5(34.37)?mtmAs組(n=30) 17/1347.9±9.323.12±3.411.65±0.140(0.02)?健康對照組(n=30) 18/1249.8±10.623.78±3.551.68±0.210χ2/F/Z值3.012.050.610.69-4.90P值0.240.140.550.50<0.01

注：*：中位數(四分位數間距)

表2 3組吸氣相第3級支氣管定量CT氣道各測量參數比較(±s)

表2 3組吸氣相第3級支氣管定量CT氣道各測量參數比較(±s)

組別LA/BSA (mm2/m2)WA/BSA (mm2/m2)TA/BSA (mm2/m2)T/BSA (mm2/m2)WA%mtmCOPD組 (n=30)10.93±2.58?18.30±3.3429.23±5.790.88±0.0963.02±2.34mtmAs組(n=30)10.81±3.2018.61±4.2329.42±7.330.91±0.1163.85±2.48?健康對照組(n=30)12.56±2.9819.94±2.9232.51±5.680.93±0.1061.55±3.54F值4.241.822.541.785.07P值0.040.170.080.18<0.01

注：*：與健康對照組比較，P<0.01

表3 3組肺氣腫指數比較[中位數(四分位數間距)]

注：*：與健康對照組比較，P<0.01

表4 3組空氣潴留指數比較[中位數(四分位數間距)]

注：*：與健康對照組比較，P<0.05

3 討論

對于COPD及哮喘患者氣道結構改變既往已有文獻報道[3,7-13],但鮮有對于兩種疾病在早期階段的相關研究報道[2-3]。哮喘患者氣道重塑的主要原因是其LA小于COPD，氣道基底膜及平滑肌較COPD患者更厚，血管更多[14]，且氣道結構改變在哮喘及COPD疾病早期已經開始。KOSCIUCH等[2]對mtmCOPD及哮喘患者的氣道參數與肺功能參數進行相關性分析，結果顯示，哮喘患者氣道壁增厚的主要原因是空氣潴留指數增加，COPD氣道壁增厚導致更高的氣道阻力和反應性；同時，COPD患者氣道壁增厚與吸煙有關。KOSCIUCH等[3]在放大的橫斷面圖像上測量mtmCOPD及哮喘患者支氣管外徑1.0～5.0 mm時的氣道相關指標，并對外徑<2.0 mm和外徑>2.0 mm的氣道分別進行分析，發現哮喘患者支氣管壁較COPD更厚。本研究中，mtmCOPD組與mtmAs組之間管壁厚度(T/BSA)差異無統計學意義，可能與本研究針對近端氣道(段支氣管)，支氣管外徑均>2.0 mm有關。本課題組前期對哮喘患者近端氣道結構的研究結果[5]顯示，mtmAs患者近端支氣管LA/BSA小于健康對照組，而WA%大于健康對照組，但差異無統計學意義。

國外相關報道[8]顯示，在哮喘和COPD患者中，肺功能受損與空氣潴留密切相關；同時，哮喘患者肺功能受損還與近端氣道狹窄(即LA/BSA減小)有關，但該研究并未涉及mtmCOPD及哮喘的肺氣腫及空氣潴留指數。本研究結果顯示，相比健康對照者，mtmCOPD患者存在明顯肺氣腫及空氣潴留，而mtmAs患者肺氣腫及空氣潴留均不明顯，提示mtmCOPD患者肺組織破壞，造成肺內較多氣體潴留，而mtmCOPD及mtmAs之間肺氣腫及空氣潴留指數無明顯差異。

本研究的主要局限性：采用呼吸雙相CT，分別于最大吸氣末屏氣及最大呼氣末進行屏氣掃描，但受試者吸氣及呼氣程度不同，存在一定個體差異；設置呼吸門控雖可顯著減小這種差異，但已有研究[15-16]表明，定量CT掃描的重復性較高，通過設置呼吸門控進一步提高其重復性的可能性并不大。

綜上所述，mtmAs患者近端氣道存在明顯氣道重塑，表現為支氣管LA縮小及WA%增大；同時，mtmCOPD患者近端支氣管氣腔面積也有一定程度縮小，WA%有一定程度增大，但與健康對照者差異無統計學意義。mtmCOPD患者存在明顯肺氣腫及空氣潴留，而mtmCOPD與mtmAs患者氣道結構參數、肺氣腫及空氣潴留指數之間差異均無統計學意義。