雙能CT對(duì)老年男性COPD肺功能分級(jí)與胸椎鈣(水)密度關(guān)系的定量研究

唐翎 仲建全 湯萬(wàn)鑫 巫恒平 鄭春燕 呂鳳嬌

據(jù)慢性阻塞性肺疾病全球倡議2019[1]，骨質(zhì)疏松癥是COPD常見肺外合并癥。老年男性COPD患者年齡越大，合并骨質(zhì)疏松癥發(fā)病率越高，從而增加骨折風(fēng)險(xiǎn)[2]。雙能CT成像(dual-energy CT，DECT)一次掃描既可獲得胸部平掃圖像，又可生成鈣(水)基物質(zhì)圖，用于骨組織結(jié)構(gòu)鈣含量精確測(cè)量。本研究應(yīng)用老年男性COPD胸部DECT圖像，對(duì)胸椎鈣(水)含量行定量分析，旨在探討其變化規(guī)律與肺功能分級(jí)關(guān)系，為臨床經(jīng)濟(jì)、快捷評(píng)估老年男性COPD合并骨質(zhì)疏松提供依據(jù)。

資料與方法

一、研究對(duì)象

回顧性收集我院2018年11月—2019年12月呼吸科老年男性COPD住院病例，所有病例治療前均行胸部DECT成像，并記錄患者肺功能檢查數(shù)據(jù)。納入標(biāo)準(zhǔn)：①所有患者符合COPD診斷標(biāo)準(zhǔn)[3]，且可配合完成DECT檢查；②所有患者檢查時(shí)屬于COPD穩(wěn)定期。排除標(biāo)準(zhǔn)：①胸椎內(nèi)固定術(shù)后者；②胸椎既往有外傷或壓縮性骨折病史；③嚴(yán)重胸椎側(cè)彎或后凸，影響測(cè)量者；④合并胸椎腫瘤者；⑤合并其它可引起骨含量異常的內(nèi)分泌疾病者。最終納入老年男性COPD患者共124例，年齡58～89歲，平均年齡(69.47±10.35)歲。

二、儀器與數(shù)據(jù)測(cè)量

本研究DECT采用GE Revolution 螺旋CT機(jī)(256排)，掃描參數(shù)：管電壓采用高低電壓瞬時(shí)切換(140 kVp和80 kVp)，管電流195 mA，層距和層厚均為0.625 mm。患者頭先進(jìn)，雙臂舉過(guò)頭頂，掃描范圍自肺尖至膈底，囑患者吸氣末屏氣接受檢查。將掃描原始圖像傳入GE ADW4.6工作站，利用Protocols軟件包自動(dòng)生成胸部鈣(水)基物質(zhì)圖。由1名心胸組主治醫(yī)師分別測(cè)量每例患者T1～T12胸椎鈣(水)密度并取平均值，則為該例患者胸椎鈣(水)密度結(jié)果(單位：mg/mL)，測(cè)量方法：人工勾畫感興趣區(qū)(region of interest，ROI)，大小50～70 mm2，ROI置于椎體骨松質(zhì)，并避免椎后靜脈叢及骨島。

胸部CT圖像肺氣腫指數(shù)(percentage of attenuation areas voxels，LAV%)測(cè)量：將患者胸部單能量(120 kVp)圖像上傳GE ADW 4.6工作站，肺氣腫低衰減閾值設(shè)置為<-950 HU[4]，由Thoracic VCAR軟件自動(dòng)計(jì)算肺氣腫低衰減容積占全肺容積百分比，即LAV%。

肺功能測(cè)量由1名呼吸科醫(yī)師指導(dǎo)患者進(jìn)行，儀器采用美國(guó)MedGraphics公司的Elite DX肺功能儀。記錄指標(biāo)包括：第1秒用力呼氣量(FEV1)、用力肺活量(FVC)、FEV1/FVC%及FEV1占預(yù)計(jì)值百分比(FEV1% pred)，結(jié)果根據(jù)COPD全球倡議2019分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)將所有病例分為4級(jí)[1]：1級(jí)(輕度)，F(xiàn)EV1% pred≥80%；2級(jí)(中度)，50%≤FEV1% pred<80%；3級(jí)(重度)，30%≤FEV1% pred<50%；4級(jí)(極重度)，F(xiàn)EV1% pred<30%。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

結(jié) 果

一、老年男性COPD不同肺功能分級(jí)組間年齡、LAV%及胸椎鈣(水)密度值(mg/mL)差異性

不同肺功能分級(jí)組間年齡無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(F=0.261，P=0.795>0.05)，LAV%有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(F=3.345，P=0.004<0.05)(見表1)。COPD 1級(jí)和2級(jí)組間胸椎鈣(水)密度值無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(t=0.736，P=0.581>0.05)，COPD 1、2級(jí)分別與COPD 3級(jí)和4級(jí)組間胸椎鈣(水)密度值有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(F=2.496，P=0.016<0.05；F=2.975，P=0.005<0.05)，COPD 3級(jí)和4級(jí)組間胸椎鈣(水)密度值有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(t=2.977，P=0.007<0.05)(見圖1)。

表1 不同COPD肺功能分級(jí)間年齡及LAV%差異性

圖1 COPD不同肺功能分級(jí)組間胸椎鈣(水)密度值差異比較

二、老年男性胸椎鈣(水)密度值(mg/mL)與FEV1/FVC%、LAV%及FEV1%pred的相關(guān)系

胸椎鈣(水)密度值與FEV1/FVC%呈中度正性相關(guān)(r=0.679，P=0.009<0.05)，兩者存在線性關(guān)系(F值為111.68，P<0.05)(如圖2)。胸椎鈣(水)密度值與LAV%呈較高度負(fù)性相關(guān)(r=-7.23，P=0.006<0.05)，兩者存在線性關(guān)系(F值為117.52，P<0.05)(如圖3)。胸椎鈣(水)密度值與FEV1%pred呈較高度正性相關(guān)(r=0.745，P=0.004<0.05)，兩者存在線性關(guān)系(F值為187.07，P<0.05)(如圖4)。

圖2 胸椎鈣(水)密度值與FEV1/FVC%呈中度正性相關(guān)

圖3 胸椎鈣(水)密度值與LAV%呈較高度負(fù)性相關(guān)

圖4 胸椎鈣(水)密度值與FEV1%pred呈較高度正性相關(guān)

討 論

老年男性COPD患者隨年齡增長(zhǎng)，常常合并肺外并發(fā)癥，而骨質(zhì)疏松癥是導(dǎo)致患者致殘的重要原因。有調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，COPD是影響中國(guó)老年男性股骨頸骨密度的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[5]。而COPD并發(fā)骨質(zhì)疏松癥主要與以下三個(gè)方面因素有關(guān)：①COPD引起的繼發(fā)性低氧血癥，機(jī)體長(zhǎng)期慢性缺氧易刺激破骨細(xì)胞增殖，并抑制成骨細(xì)胞活性及胃腸道對(duì)鈣磷吸收[6-7]；②COPD患者多長(zhǎng)期使用糖皮質(zhì)激素控制小氣道痙攣和炎癥反應(yīng)，而反復(fù)使用糖皮質(zhì)激素存在抑制成骨細(xì)胞活性的風(fēng)險(xiǎn)[8]；③戶外活動(dòng)減少，日照不足，進(jìn)而機(jī)體維生素D生成減少，影響機(jī)體骨礦合成。

DECT掃描后根據(jù)不同物質(zhì)在X線下吸收的表達(dá)規(guī)律，可在不增加輻射劑量的前提下，利用基物質(zhì)配對(duì)成像方法進(jìn)行物質(zhì)分離成像，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的定量測(cè)量，若所配基物質(zhì)恰好是目標(biāo)組織的主要成分，即能對(duì)該組織成分進(jìn)行精確分析。南燕等[9]利用DECT對(duì)離體羊骨骨密度定量測(cè)量，其結(jié)果顯示DECT及DXA所得數(shù)據(jù)與骨灰鈣含量均呈線性正性相關(guān)。王林等[10]應(yīng)用DECT虛擬平掃評(píng)估人體腰椎骨質(zhì)疏松，并認(rèn)為以鈣濃度(CaD)≤10.9mg/cm3為標(biāo)準(zhǔn)，其診斷骨質(zhì)疏松的敏感度和特異度分別為84.0%和81.0%。椎體骨礦減少主要發(fā)生在骨松質(zhì)，在DECT斷層鈣(水)基物質(zhì)圖像上勾畫ROI，一方面可避免椎體骨皮質(zhì)骨質(zhì)增生對(duì)測(cè)量結(jié)果的干擾，另一方面能有效去除周圍異常組織鈣化的影響。

肺功能分級(jí)是臨床上常用的COPD嚴(yán)重程度評(píng)價(jià)方法，其目的是科學(xué)的管理和治療COPD。而最新的COPD全球倡議指出，COPD的評(píng)估不應(yīng)僅局限于氣流受限，還應(yīng)包括患者在治療計(jì)劃中的生活質(zhì)量。本研究結(jié)果顯示，老年男性COPD 1級(jí)和2級(jí)間胸椎鈣(水)密度值無(wú)差異，COPD 3級(jí)和COPD 4級(jí)相較于COPD 1、2級(jí)，其胸椎胸椎鈣(水)密度值逐級(jí)遞減，提示COPD肺功能分級(jí)是影響老年男性胸椎鈣(水)密度值的重要因素。而本研究相關(guān)性分析和線形回歸分析結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)，老年男性COPD的FEV1/FVC%和FEV1%pred與其胸椎鈣(水)密度值存在線形關(guān)系，并分別呈中度正性相關(guān)和較高度正性相關(guān)，表明氣流受限越嚴(yán)重，老年男性COPD患者的胸椎鈣(水)密度越低，而使其存在胸椎骨折風(fēng)險(xiǎn)，影響患者生活質(zhì)量和預(yù)后。分析原因主要可能與機(jī)體逐漸加重的慢性缺氧有關(guān)，既往研究顯示[11]，組織細(xì)胞持續(xù)低氧狀態(tài)，可導(dǎo)致細(xì)胞ATP合成不足，影響成骨細(xì)胞和膠原合成酶活性，從而抑制骨形成。同時(shí)，COPD患者體內(nèi)某些炎癥因子(如TNF-α)或OPG/RANKL/RANK系統(tǒng)的長(zhǎng)期異常高表達(dá)，也可能導(dǎo)致破骨細(xì)胞異常活躍，造成骨礦流失，進(jìn)而促進(jìn)骨質(zhì)疏松發(fā)生[12]。

高永炳等[13]研究發(fā)現(xiàn)，COPD肺功能檢查結(jié)果與胸部CT測(cè)得LAV%具有良好正性相關(guān)性，且后者結(jié)果更加客觀。DECT一次胸部掃描，既可獲得常規(guī)胸部橫斷圖像測(cè)量LAV%，用于評(píng)估肺功能；又可生成鈣(水)基物質(zhì)圖，用于胸椎骨鈣含量定量分析。本研究結(jié)果顯示，LAV%與老年男性胸椎鈣(水)密度值存在線形關(guān)系，且呈較高度正性相關(guān)，此結(jié)果亦是作者既往對(duì)肺氣腫和非肺氣腫胸椎鈣(水)密度差異研究的進(jìn)一步探討，可為以后一站式評(píng)估COPD肺功能及椎體骨鈣含量提供依據(jù)。

本研究存在不足：①COPD 1級(jí)患者數(shù)量較少，研究結(jié)果可能存在一定偏倚；②本研究椎體分析僅為胸椎，與既往常規(guī)DXA腰椎評(píng)估結(jié)果差異性有待進(jìn)一步研究。

綜上所述，老年男性COPD患者胸椎鈣(水)密度值隨肺功能分級(jí)加重而減少。利用DECT胸部掃描可初步評(píng)估老年男性COPD患者胸椎骨鈣含量。對(duì)疑有胸椎骨鈣含量異常患者建議進(jìn)一步明確診斷，早發(fā)現(xiàn)早治療，預(yù)防骨質(zhì)疏松引起椎體骨折，改善老年男性COPD患者預(yù)后有積極意義。