動態X線胸片評估平靜呼吸下慢性阻塞性肺疾病患者橫膈運動

陳疆紅，崔茹欣，于剛剛，王 維，鐘朝輝*，楊正漢，王振常

(1.首都醫科大學附屬北京友誼醫院放射科；2.呼吸科，北京 100050)

圖1 軟件自動識別左、右側橫膈最高點(藍、綠線)及左、右側肺尖(紅、紫線)示意圖 A.呼氣末胸部X線片； B.吸氣末胸部X線片

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)為累及全身的慢性氣道炎癥性疾病，其所產生的炎癥因子、機體供氧不足、電解質紊亂以及應用激素治療等諸多因素均可嚴重影響全身骨骼肌[1-2]。膈肌屬于骨骼肌，是負責通氣功能最主要的呼吸肌，COPD會導致其變薄及收縮力減弱[3]，從而嚴重影響肺通氣。精準評估膈肌功能對于臨床診斷及治療COPD具有重要作用。本研究采用新型X線平板探測設備[4-7]連續采集立位胸部圖像，獲得類似X線透視動態影像，采用圖像后處理技術定量分析橫膈運動幅度、時間及速度等，進而精準評估膈肌運動狀態。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2018年6月—2019年6月于首都醫科大學附屬北京友誼醫院就診的96例COPD患者(COPD組)，男79例，女17例，年齡55～86歲，平均(66.6±7.2)歲。納入標準：①年齡40～75歲；②根據2017版COPD全球創議(global initiative for chronic obstructive lung disease, GOLD)指南診斷COPD，且均于動態胸片檢查前后1周內接受肺功能檢查；③有吸煙史(目前吸煙或已戒煙)，吸煙>10包/年。排除標準：①合并其他彌漫性肺疾??；②合并急性肺部感染；③肺內占位或明顯胸膜、胸壁病變；④既往肺部手術史；⑤不能配合完成動態胸片拍攝。另招募50名健康成人作為對照組，男8名，女42名，年齡44～67歲，平均(53.4±5.4)歲。納入標準：①年齡40～75歲；②既往體健，無明確心肺疾患；③于動態胸片檢查前后1周內接受肺功能檢查，且肺功能正常[第1秒用力呼氣容積/用力肺活量(forced expiratory volume in the first second/forced vital capacity, FEV1/FVC)>70%)]；④無吸煙史。記錄全部受試者的身高、體質量及體質量指數(body mass index, BMI)。本研究經首都醫科大學附屬北京友誼醫院生命倫理委員會批準(批準號：2018-P2-086-02)，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Konica Aero DR C80動態X線平板探測設備(Konica Minolta Inc., Tokyo, Japan)采集胸部圖像。囑受試者平靜呼吸，攝站立后前位胸片。拍攝條件：管電壓100 kV，管電流50 mA，矩陣1024×768，X線為脈沖發射，曝光時間約15 s，以15幀/s獲取數據，輻射劑量約0.34 mSv。記錄受試者肺功能檢查結果，包括FEV1、FVC、FEV1/FVC、深吸氣量(inspiratory capacity, IC)及殘氣量/肺總量(residual volume/ total lung volume, RV/TLC)，均以實測值/預測值×100%作為結果。

1.3 圖像分析 將圖像導入工作站，以設備配備的Kinetic Analysis Tool軟件分析動態胸片，自動識別并標記雙側肺尖及橫膈上緣。由2名具有15年胸部影像學診斷經驗的副主任醫師判斷軟件自動標記的雙側橫膈最高點及雙肺尖位置是否正確(圖1)，必要時加以手動修改；軟件自動追蹤標記位置隨呼吸周期的移動，繪制橫膈至雙肺尖垂直距離隨時間的變化曲線及相應橫膈運動速率隨時間的變化曲線(圖2)。根據曲線顯示數值記錄每個完整呼吸的周期橫膈運動數據，最終以曝光時間內所含全部完整呼吸周期的平均值作為受試者數據。

圖2 自動分析軟件繪制的雙側橫膈運動幅度及速度隨時間變化的曲線示意圖(藍色曲線為左側橫膈，紅色曲線為右側橫膈) A.時間-運動速度曲線，吸氣段對應速度為正值，呼氣段對應速度為負值，縱軸0點為呼氣、吸氣轉換點； B.時間-運動幅度曲線，淺藍色線間曲線為1個呼吸周期橫膈運動幅度的變化，I段為吸氣段，E段為呼氣段

1.4 統計學分析 采用SPSS 20.0統計分析軟件，以Kolmogorov-Smirnovtest對數據進行正態性檢驗，符合正態分布的計量資料以±s表示，否則以中位數(上下四分位數)表示；計數資料以頻數(百分比)表示。數據符合正態分布時，采用兩獨立樣本t檢驗比較2組間臨床資料、肺功能檢查結果及動態胸片檢查，否則以Mann-WhitneyU檢驗進行分析。以Pearson卡方檢驗比較2組間性別差異，以Pearson或Spearman相關分析觀察COPD肺功能參數與動態胸片檢查參數的相關性。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 2組間臨床資料、肺功能結果及動態胸片結果比較 2組間年齡、性別及身高差異均有統計學意義(P均<0.01)，而體重及BMI差異均無統計學意義(P均>0.05)，見表1。COPD組肺功能參數值均較對照組降低(P均<0.01)，見表2。COPD組平靜呼吸下雙側橫膈運動幅度及速度均高于對照組(P均<0.05)，見表3。

2．2 肺功能結果與動態胸片檢查參數相關性分析 COPD組各肺功能參數與動態胸片檢查參數均無明顯相關(P均>0.05)，見表4。

表1 COPD組與對照組臨床資料比較

表2 COPD組與對照組肺功能結果比較(%，±s)

表2 COPD組與對照組肺功能結果比較(%，±s)

組別FEV1FVCFEV1/FVCICRV/TLCCOPD組(n=96)58.18±21.4983.76±20.0053.56±11.1179.92±25.07143.98±28.51對照組(n=50)110.60±21.44102.75±14.0879.87±5.32105.10±15.18110.18±23.68t值25.37-6.66-19.34-7.476.28P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

表3 COPD組與對照組動態胸片檢查參數比較

表4 呼吸功能參數與動態胸片檢查參數的相關性分析結果

3 討論

普通X線胸片是評估膈肌形態的最簡單的方法，為篩查膈肌病變的常用手段。研究[8]表明，胸片對于檢出單側膈肌麻痹的敏感度可達90%，但特異度僅為40%，故需結合CT進一步診斷膈肌病變，以明確導致膈肌形態、位置異常的病因[9]；但CT輻射較大。動態MR檢查可定量分析膈肌移動，無電離輻射[10-11]，但檢查技術要求較高，操作相對復雜。超聲常用于評價膈肌形態和功能，操作簡單且無電離輻射，M型超聲可用于測量膈肌運動方向和移動幅度[12]。CORBELLINI等[13]應用M型超聲比較COPD患者與健康對照者的膈肌運動幅度。本研究采用動態X線攝影設備直觀觀察膈肌位置、形態隨呼吸運動的變化，定量分析膈肌運動，所獲結果與CORBELLINI等[13]的結果相符，提示采用本研究方法能為精準診斷COPD提供依據，可作為臨床評估COPD的另一選擇。

本研究采取直立位攝取胸部X線片。直立位是患者的日常體位，獲取的膈肌運動數據較臥位檢查更為精準。本研究結果顯示平靜呼吸下COPD患者雙側橫膈移動幅度及速度均大于健康對照者，與YAMADA等[7]采用相同檢查設備獲得的結果一致。

2020版GOLD關于診斷、管理和預防COPD的內容指出，COPD的特征為持續呼吸道癥狀和氣流受限，肺功能檢查是確診的必備條件，使用支氣管擴張劑后FEV1/FVC<0.7可確定存在持續氣流受限[14]。由于氣流受限，COPD患者肺通氣阻力增高，肺內氣體潴留，致其呼吸肌負荷較正常人增加10倍之多[15]；肺組織過度膨脹，膈肌被向下推移而使其弧度變平，產生張力的能力降低而影響呼吸運動；此外，COPD產生的炎癥因子嚴重影響包括膈肌在內的全身骨骼肌，而營養不良、酸堿平衡紊亂及右心功能不全等可致機體供氧不足、電解質紊亂等的各種因素均可造成膈肌損傷。COPD的病情越重，對呼吸肌的影響越明顯[16]，膈肌結構隨之改變，以應對長期呼吸肌高負荷，代償氣體交換，在代償能力范圍內表現為增大移動幅度、加快運動速度以滿足機體供氧需求[17]。 COPD患者出現呼吸困難或運動不耐受可能是膈肌負荷與代償失衡所致[18]。

本研究結果顯示COPD患者平靜呼吸膈肌運動幅度及速度與肺功能參數無明顯相關。膈肌移動度僅為影響肺功能因素之一，患者呼吸方式及設備等差異均可影響研究結果。既往相關研究[6,13,19]結果亦不盡相同，CORBELLINI等[13]應用M-型超聲觀察52例中-重度COPD患者的橫膈運動度與FEV1，發現2者存在強相關；ROCHA等[19]分析25例COPD患者臥位X線胸片，發現橫膈運動度與最大自主通氣量及深吸氣量之間存在強相關；而HIDA等[6]回顧31例COPD的動態胸片，結果顯示用力呼吸橫膈運動度與FEV1存在弱相關。

本研究的主要局限性：①由于COPD患者年齡偏大，且男性居多，較難使健康對照組的臨床基本數據與之完全匹配；既往研究[5]顯示，導致橫膈運動幅度增加的獨立影響因素包括較高的BMI及潮氣量，并不包括年齡及性別；②所用檢查儀器為新研發設備，僅支持正位動態胸片數據；③橫膈運動數據經由人工選取曲線上的點后通過計算獲得，不可避免存在誤差；④未對COPD患者按GOLD標準進行分級觀察，有待進一步完善。

綜上所述，采用動態攝取X線胸片可定量分析COPD患者橫膈運動，有望成為臨床精準評估COPD的新手段。