基于呼氣相不同閾值分析慢性阻塞性肺疾病嚴重程度與肺功能的相關性

黃曉旗，閆苗苗，王 雷，趙凡惠，朱彥瑾，郭佑民

(1.延安大學附屬醫院影像科，陜西 延安 716000；2.西安交通大學第一附屬醫院醫學影像科，陜西 西安 710061)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease， COPD)具有高異質性，主要影像學表型是肺氣腫與小氣道病變[1]。研究[2]表明呼氣相CT不僅能評估肺氣腫，還能判斷COPD患者肺葉損傷程度與功能。師美娟等[3]通過分析呼、吸雙相CT不同肺氣腫閾值低衰減區(low attenuation area, LAA)占全肺體積百分比LAA%-950和LAA%-910發現不同嚴重程度肺氣腫分葉分布比例不同，輕度肺氣腫以右肺中葉及雙肺上葉為主，隨COPD嚴重程度增加，雙肺下葉肺氣腫嚴重程度逐漸增加。另有研究[4]報道，呼氣相LAA%-910、LAA%-856是評估肺氣腫與空氣潴留的良好指標。隨著CT定量軟件不斷優化，近年來關于COPD定量研究逐漸增加，但針對呼氣相肺氣腫不同閾值對COPD診斷及嚴重程度影響的相關報道較少。本研究選取目前關于呼氣相CT常用的LAA%-950、LAA%-910、LAA%-856,探討其對COPD嚴重程度的影響及與肺功能的相關性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2018年10月—2019年11月延安大學附屬醫院收治的104例COPD患者，男89例，女15例，年齡47～78歲，平均(63.7±7.6)歲。對所有患者進行深呼氣相胸部CT與肺功能檢查，根據慢性阻塞性肺疾病全球倡議(global initiative for chronic obstructive lung disease， GOLD)診斷標準[5]，按照GOLD 1、2、3、4級將其分為4組。排除標準：胸廓發育畸形，肺內大片狀炎癥或肺不張，大量胸腔積液，煤塵肺，肺腫瘤及呼吸配合差等影響肺葉裂分隔者。

1.2 CT檢查 采用聯影UCT-760 128層螺旋CT機。掃描前對患者進行深呼氣末屏氣訓練。囑患者仰臥，上舉雙手接受全肺掃描。掃描參數：管電壓120 kV，自動管電流，準直40 mm，螺距1.0875，轉速0.5 s/r，層厚5 mm，重建1 mm薄層圖像，矩陣1 024×1 024，骨算法重建。將掃描數據錄入“數字肺”數據分析軟件(圖1)。

1.3 肺功能檢查 CT掃描前后1周內進行肺功能檢查。采用Sensor medics Vmax 299肺功能儀，分別測量用力肺活量(forced vital capacity, FVC)、用力肺活量占預計值百分比率(FVC%)、第1秒用力呼氣容積(forced expiratory volume in one second， FEV1)率(FEV1%)、FEV1/FVC、一氧化碳彌散量(carbon monoxide diffusing capacity， DLCO)占預計值百分率(DLCO%)、單位肺體積一氧化碳彌散量(DLCO/VA)及殘氣量(residual volume， RV)與肺總量(total lung capacity, TLC)比值(RV/TLC)。以FEV1%作為GOLD分級的依據：1級，FEV1%≥0.80；2級，0.50≤FEV1%<0.80；3級，0.30≤FEV1%<0.50；4級，FEV1%<0.30。

圖1 患者男，73歲，GOLD 2級，“數字肺”肺部組織提取結果 A.肺葉分隔圖； B.葉裂分割圖； C.肺密度分割圖

圖2 患者男，65歲，GOLD 2級，呼氣相CT不同閾值LAA%示意圖 A.軸位呼氣相CT圖； B.LAA-856； C.LAA%-910； D.LAA%-950

1.4 圖像數據分析 將呼氣相CT掃描數據導入“數字肺”分析平臺。測定呼氣相全肺平均肺密度(mean lung density in expiratory phase， MLDex)、深呼氣末LAA%-950、LAA%-910及LAA%-856(圖2)。

1.5 統計學分析 采用SPSS 20.0統計分析軟件。以單因素方差分析或Kruskal-WallisH檢驗比較4組肺功能及CT定量參數差異，Pearson相關分析或Spearman秩相關分析觀察CT定量參數與肺功能相關性。行多元逐步回歸分析，觀察LAA%-950、LAA%-910、LAA%-856與MLDex的關系，R2>0.6數據擬合度較好。P<0.05差異有統計學意義。

2 結果

2.1 一般資料、肺功能及CT定量參數 4組患者年齡與體質量指數(body mass index, BMI)差異均無統計學意義(P均>0.05)。4組FVC、FVC%、FEV1%、FEV1/FVC、DLCO%及RV/TLC差異均有統計學意義(P均<0.01)，DLCO/VA差異無統計學意義(P=0.181)。隨著GOLD分級增加，肺功能參數逐漸減低，見表1。

2.2 CT定量參數比較 4組間CT定量參數LAA%-950、LAA%-910、MLDex差異均有統計學意義(P均<0.01)。隨著GOLD分級增加，LAA%-950、LAA%-910逐漸增大，MLDex逐漸減低，LAA%-856差異無統計學意義(P=0.265)，見表1。

2.3 CT定量參數與肺功能的相關性 LAA%-856與FVC、FVC%、FEV1%、FEV1/FVC及RV/TLC無明顯相關(P均>0.05)，與DLCO%及DLCO/VA呈負相關；LAA%-910與FVC、FVC%、FEV1%、FEV1/FVC、DLCO%及DLCO/VA均呈負相關，與RV/TLV呈正相關；LAA%-950與FVC、FVC%、FEV1%、FEV1/FVC、DLCO%及DLCO/VA均呈負相關，與RV/TLV呈正相關；MLDex與FVC、FVC%、FEV1%及FEV1/FVC均呈正相關，與RV/TLV呈負相關，與DLCO%及DLCO/VA不相關(P>0.05)。見表2、圖3。

圖3 呼氣相LAA%-910與肺功能相關性的散點圖 A.FEV1/FVC； B.FEV1%； C.FVC%； D.DLCO%

2.4 LAA%-950、LAA%-910、LAA%-856與MLDex相關性及多元逐步回歸結果 MLDex與LAA%-950、LAA%-910、LAA%-856均呈負相關(r=-0.80、-0.90、-0.50，P均<0.01)。以LAA%-950、LAA%-910、LAA%-856為自變量MLDex為因變量進行多元逐步回歸分析，R2=0.917，LAA%-910標準相關系數-2.073(P<0.01)，LAA%-950標準相關系數1.197(P<0.01)，LAA%-856與MLDex無明顯相關。

3 討論

COPD為高發病率、高致死率疾病，準確診斷非常重要，然而在COPD早期，根據肺功能進行診斷存在一定局限性[4,6]。隨著影像學技術的發展，呼氣相CT檢查已成為小氣道病變與肺氣腫的重要影像學檢查方法。呼氣相CT定量參數與肺功能密切相關[7-8]。空氣潴留與肺氣腫是COPD的重要影像學指標，對其進行準確評估與定量分析對早期診斷COPD和評估嚴重程度至關重要。WANG等[9]以LAA%作為量化肺氣腫的指標，對-850 HU～-1 000 HU以間隔10 HU進行多閾值對比分析，認為LAA%-950是定量吸氣末肺氣腫的最佳閾值。本研究探討目前常用閾值對評估COPD嚴重程度及肺功能的影響。

表1 不同級別COPD患者一般資料、肺功能及CT定量參數結果比較

表2 呼氣相CT定量參數與肺功能的相關性[r(P)]

本研究比較不同GOLD分級COPD患者肺功能參數，發現隨著GOLD分級增加，部分肺功能參數逐漸減低，進一步證實了肺功能檢查對于臨床診斷COPD與評估嚴重程度的重要價值。但肺功能檢查敏感度低，且易受多種因素影響[6]，肺組織破壞30%以上或小氣道阻塞占75%左右時才出現異常[10]。近年來CT定量分析用于COPD的研究越來越多，研究[7,11]表明呼氣相定量CT是診斷小氣道疾病與肺氣腫的重要方法。本研究結果顯示LAA%-950、LAA%-910及MLDex是評估COPD嚴重程度的敏感指標，且隨GOLD級別越高，LAA%-950、LAA%-910程度越重，MLDex越低。本研究LAA%-8564組間差異無統計學意義，提示其不能用于評估COPD嚴重程度，可能因為肺氣腫是影響COPD嚴重程度的要因素，而LAA%-856僅為反映空氣潴留的敏感指標[4,7]。

相關性分析結果顯示，LAA%-856僅與COPD患者DLCO%及DLCO/VA呈負相關，與其他肺功能參數均不無明顯相關，提示LAA%-856可在一定程度上反映COPD患者肺換氣功能；LAA%-950、LAA%-910與肺功能參數存在顯著相關，與既往[12]文獻報道相符，且LAA%-910與肺功能的相關性高于LAA%-950。葛虓俊等[13]發現呼氣相<-910 HU肺密度比吸氣相更能代表肺氣腫，檢驗效能更好；比較不同閾值與MLDex相關性，發現LAA%-910與MLDex相關性更好，但相關性僅反映變量間關系的密切程度，不能反映變量間相互影響程度與定量聯系。本研究進一步以LAA%-950、LAA%-910、LAA%-856為自變量，以MLDex為因變量進行多元逐步回歸分析，結果顯示LAA%-950、LAA%-910是MLDex的獨立影響因素，且LAA%-910影響程度最顯著。LAA%-950是吸氣相反映肺氣腫形態的良好指標，與病理相關性最好[14]，呼氣時肺內大量正常氣體呼出體外，肺氣腫閾值需要明顯增加，故LAA%-950并不能準確評估呼氣相CT肺氣腫。王曉華等[12]對呼氣相不同閾值與吸氣相LAA%-950進行比較，發現LAA%-930與LAA%-950差異無統計學意義，認為LAA%-930是呼氣相肺氣腫測量最佳閾值；但該研究未對COPD嚴重程度進行評估， LAA%-930較LAA%-910與肺功能相關性并未提高。既往研究[13]證實呼氣相肺氣腫閾值較吸氣相與肺功能相關性更好，提示對于不同嚴重程度肺氣腫，閾值比較不能僅限于吸氣相LAA%-950。

本研究的主要局限性在于僅選取目前文獻中提及的肺氣腫閾值進行對比分析，未設定更多閾值，后期將增加多種閾值設定，進一步觀察不同閾值對COPD的影響；僅觀察單純呼氣相CT掃描，下一步將與吸氣相CT相結合進行對比分析，完善COPD患者雙氣相定量指標。

綜上所述，呼氣相CT定量指標LAA%-910是準確評估COPD嚴重程度的敏感指標，與臨床肺功能具有良好相關性，可為對COPD患者進行個體化、標準化全方位評估提供參考。LAA%-856不能用于評估COPD患者肺氣腫。