慢性阻塞性肺疾病患者胸部定量CT參數與肺功能檢測指標相關性分析

劉金良 龐軍 李曉冬 孫志紅 張連策 魏江漫

目前臨床上主要采用肺功能檢測(pulmonary function test, PFT)評估慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)的嚴重程度。其中PFT指標，一秒鐘用力呼氣量(Forced expiratory volume in one second, FEV1)和用力肺活量(Forced vital capacity,FVC)比值在70%至80%之間，如果比值小于70%可能與呼吸功能障礙有關。雖然PFT指標通常用于COPD診斷，但這種方法有一定的局限性[1]。也有研究指出，胸部定量CT參數，包括肺衰減面積，也可用于評價COPD患者肺功能[2]。最近一項研究表明，在COPD患者中，PFT指標與CT肺衰減面積無線性關系[3]。但是定量CT相關參數是否是PFT指標的預測因子，仍不明確。因而本研究旨在評估COPD患者定量CT相關參數，包括肺實質衰減參數和氣道參數與PFT指標的相關性。

一、臨床資料

本研究為回顧性研究。研究對象為2016年3月至2019年10月在我院確診的185例COPD患者。入選標準：(1)符合慢性阻塞性肺疾病全球倡議(Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease ,GOLD)標準；(2)患者氣流受限(支氣管擴張術后FEV1/FVC<70%)；(3)行吸氣和呼氣胸部CT掃描；(4)吸煙者。排除標準：(1)感染性肺炎；(2)間質性肺炎。研究對象包括180例男性和5例女性。研究對象進行GOLD分期，Ⅰ期包括59例(31.9%)，Ⅱ期包括69例(37.3%)，Ⅲ期包括49例(26.5%)，Ⅳ期包括8例(4.3%)。根據COLD分期，又可將患者分為輕度COPD組(GOLDI和GOLDⅡ，n=128)和重度COPD組(GOLDⅢ和GOLD Ⅳ，n=57)。所有患者或其家屬均簽署知情同意書。

二、胸部CT掃描

采用飛利浦iCT掃描儀(荷蘭飛利浦醫療有限公司)對所有患者在吸氣末及呼氣末進行胸部掃描。CT檢查時患者取仰臥位，雙臂上舉抱頭， 以從頭到腳方向掃描。CT掃描設置如下，準直：64 mm×0.5 mm；管電壓：120 kVp；管電流：200 mA (吸氣掃描)或80 mA(呼氣掃描)；旋轉時間：0.5 s；光束間距：0.828。所有圖像通過CT圖像分析軟件進行分析。在吸氣和呼氣時測量肺容積、肺氣腫指數(Emphysema index, EI)、CT空氣潴留指數(Air-trapping index, ATI)、氣道管腔直徑、壁厚、管壁面積百分比(Wall area percentage, WA%)和氣道內周徑為10mm時的管壁厚度( Hypothetical airway wtih internal perimeter of 10mm, Pi10)。

三、PFT及臨床指標檢測

患者在CT檢查后1周內進行PFT。PFT包括支氣管擴張劑前、后肺活量和肺容量測定，以及肺對一氧化碳彌散能力(Diffusing capacity of the lung for carbon monoxide, DLCO)。除PFT參數外，還評估了臨床指標，包括體重指數、6min步行試驗測定的運動能力，以及運動前和運動后血氧飽和度。

四、統計學方法

數據處理采用SPSS 19.0統計軟件，計量資料以均數±標準差表示，比較采用方差分析；計數資料以率表示，比較采用卡方檢驗。采用Pearson相關進行相關性分析；采用多元線性回歸明確PFT指標的預測因子。P<0.05 為差異有統計學意義。

結 果

一、不同GOLD分期患者基本特征

體重指數隨著COPD嚴重程度加重而降低(P<0.001)。各組間年齡和吸煙狀態無統計學意義。隨著COPD嚴重程度加重，PFT指標和6min步行測試結果逐漸惡化(P<0.001)。隨著COPD嚴重程度加重，實質衰減參數也逐漸惡化(P<0.001)。GOLD Ⅲ和GOLD IV患者氣道壁厚和Pi10均大于GOLD Ⅰ和GOLDⅡ患者(P<0.05)(見表1)。

表1 患者特征和CT參數

續表1

二、CT參數與PFT指標相關性分析

GOLD Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ患者吸氣平均肺密度和EI與FEV1/FVC和FEV1具有顯著相關性。在GOLD Ⅱ和Ⅲ患者中，Pi10與FEV1/FVC具有相關性。GOLD Ⅱ和Ⅲ患者中，壁厚與FEV1/FVC呈弱相關(見表2)。

三、GOLD分期患者定量CT參數變化

圖1顯示了不同GOLD分期COPD患者肺容積、吸氣平均肺密度、ATI和EI的變化趨勢。隨著COPD嚴重程度加重，肺活量和吸氣平均肺密度逐漸減小，而ATI和EI逐漸增加(見圖1)。

四、多元回歸分析

采用Step-Wise 進行多元線性回歸分析(見表3)。在多元回歸分析中，定量CT參數包括EI、吸氣平均肺密度、Pi10和體重指數作為自變量。PFT指標，包括FEV1/FVC和FEV1作為因變量。在所有患者中，EI、Pi10和體重指數均能預測FEV1/FVC(R2=0.384，P<0.05)。同樣，在輕度COPD組中，EI、Pi10和體重指數也能預測FEV1/FVC(R2=0.223，P<0.05)。然而，在重度COPD組中，僅EI是FEV1/FVC的預測因子(R2=0.417，P<0.01)。(見表4)顯示多元線性回歸分析CT參數預測FEV1結果。在所有患者中，EI、吸氣平均肺密度、Pi10和體重指數均能預測FEV1(R2=0.281，P<0.05)。同樣，在輕度COPD組中，EI、PI10和體重指數被確定為FEV1的預測因子(R2=0.063，P<0.05)。然而，在重度COPD組，僅EI是FEV1的預測因子(R2=0.254，P<0.01)。

討 論

本研究表明，CT參數，包括EI、吸氣平均肺密度、Pi10，以及體重指數均可用來預測FEV1/FVC和FEV1。氣道參數與PFT指標的關系不是線性的，而是根據COPD嚴重程度而變化的。在多元線性回歸分析中，輕度COPD組患者氣道參數和實質衰減參數是FEV1/FVC或FEV1的預測因子。然而，重度COPD組患者氣道參數不能預測FEV1/FVC或FEV1。在GOLD Ⅱ和Ⅲ患者中，Pi10與FEV1/FVC呈弱正相關，表明支氣管壁厚隨著肺功能改善而增加，這可用嚴重COPD引起肺氣腫來解釋。因為COPD可合并氣道炎癥和實質破壞，主要臨床表現為肺氣腫[4]。

表2 根據GOLD分期分析CT參數與PFT指標相關性

圖1 根據GOLD分期患者的CT參數變化

表3 CT參數預測FEV1/FVC多元線性回歸分析

表4 CT參數預測FEV1多元線性回歸分析

COPD嚴重程度并非完全根據呼氣氣流限制和COPD分期來定義[5]。氣流限制與患者癥狀(包括呼吸困難、運動能力、健康狀況及合并疾病)弱相關。盡管肺氣腫嚴重程度參數隨著COPD嚴重程度加重而增加，但GOLD分期相同患者CT上表現可能不一致[6]。一項大型多中心研究評估了GOLD分期診斷氣流阻塞的準確性，結果表明FEV1/FVC和FEV1不能準確反映定量CT參數的嚴重性[7]。同樣，COPD異質性不能僅用定量CT參數來解釋。然而，定量CT準確測量肺氣腫程度和氣道壁變化與COPD患者肺損傷表癥有關。吸煙是影響氣道壁的一個因素，在COPD發生前可使管壁增厚。以往一項研究中，長期吸煙被證明與氣道壁厚度增加有關，而當前吸煙與氣道管腔直徑較窄相關[8]。在本研究中，GOLD Ⅲ和Ⅳ患者氣道壁厚和Pi10高于GOLD Ⅰ和Ⅱ患者?？赡茉S多患者在戒煙之前就被納入了這項研究，由于吸煙的影響，CT檢測的氣道壁厚可能不準確。然而在我們的研究中，CT氣道參數與FEV1/FVC和FEV1弱相關，這與以往的報道是一致的。通過在CT上采用多元回歸模型計算氣道和實的衰減參數，我們發現其預測FEV1和FEV1/FVC的能力。氣道參數對GOLD Ⅰ和Ⅱ患者FEV1和FEV/FVC影響更大。嚴重COPD患者中氣道炎癥對氣流限制影響減弱。進一步研究需要根據COPD的嚴重程度，評估PFT指數與CT氣道參數的關系。以往對COPD進展評價主要是通過連續PFT變化反映[9-10]。雖然PFT能夠測量COPD患者疾病進展和肺功能下降，但與COPD進展相關的CT形態學改變尚不清楚。Galbán等人研究提示功能性小氣道疾病先于肺氣腫[11]。在Ⅰ期和Ⅱ期COPD患者中，功能性小氣道疾病是導致氣流阻塞的主要因素[10]。GOLD Ⅲ和Ⅳ期患者似乎同時受到功能性小氣道疾病和肺氣腫的影響。在本研究中，CT氣道參數僅僅是GOLD Ⅰ和Ⅱ患者PFT指標的預測因子；而實質衰減參數可預測GOLD Ⅲ和Ⅳ期COPD患者PFT指標，這一結果可通過氣道參數與功能性小氣道疾病之間的關系來解釋。這些發現與Hogg小組提出的病理和CT結果一致，隨著COPD患者外周氣道阻力增加，小氣管消失先于肺氣腫破壞[12]。上述結果提示，定量CT相關參數可以反應COPD不同分期。

總之，本研究首次證實了定量CT相關參數和PFT指標之間的非線性關系，這些參數隨著COPD嚴重程度加重而變化。CT氣道參數和實質衰減參數是GOLD Ⅰ期和Ⅱ期患者FEV1/FVC和FEV1的預測因子，而實質衰減參數是GOLD Ⅲ和IV期患者的預測因子。根據COPD嚴重程度而變化的定量CT參數，可用于評價COPD疾病的進展。