CT定量在哮喘患者氣道重塑與空氣潴留的研究進展

朱彥瑾 黃曉旗 王 雷 趙凡惠 李建龍

延安大學附屬醫院影像科，陜西省延安市 716000

隨著全球工業化、城市化、環境污染、氣候變化以及人們的生活方式、飲食習慣的改變，哮喘的患病率在明顯的升高，目前全球哮喘患者約有2.35億人，中國約有3 000萬人[1]。哮喘得不到控制將造成患者巨大的醫療經濟負擔，影響日常生活，甚至危及生命[1]。哮喘發病具有遺傳因素，可出現家族聚集現象；發病變應原有室內變應原、職業變應原、食物、藥物等；促發因素有大氣污染、吸煙、肥胖、運動等。哮喘的癥狀表現為反復發作的喘息、氣急、咳嗽、胸悶等，有20%的6～7歲哮喘兒童在1年內經歷了嚴重的喘息發作[2],癥狀的發作與肺內的廣泛易變的氣流阻塞有關[1]。定量CT(Quantitative CT，QCT)具有可重復檢測、測出疾病在肺中的位置、量化肺部疾病的程度和總體嚴重性的優點[3]，在臨床診斷中發揮著重要的作用。

1 支氣管哮喘病理生理

1.1 氣道重塑 哮喘的反復發作和慢性炎癥過程導致氣道上皮細胞損傷，引起氣道壁的平滑肌增生肥大、黏液腺增生、網狀基底膜增厚、細胞外基質沉積、血管增生、上皮下纖維化等一系列修復過程，進而導致氣道壁結構改變，稱為氣道重塑。QCT上氣道重塑表現為氣道壁增厚，被認為是嚴重哮喘的標志[4]。氣道重塑是不可逆性氣流阻塞和氣道高反應性的亞表型，并且與疾病嚴重程度增加有關。哮喘患者的亞組發展為不可逆或僅可部分可逆的氣流阻塞，并且肺功能減低的速度加快。哮喘患者氣道的收縮性或擴張性較差，氣道重塑可導致哮喘患者中央氣道壁的動態彈性變硬[5]。

1.2 空氣潴留 空氣潴留是指在呼氣時，由于小氣道遠端狹窄或阻塞導致肺內殘留過多的氣體。呼氣相 HRCT可表現為斑片狀不均勻分布透亮影，有時可累及到一個肺段以上，吸氣相圖像上可未發現異常表現。空氣潴留反映小氣道存在阻塞，呼氣相CT掃描所顯示的一種征象，CT圖像上顯示該區域較正常肺實質更加透亮[6]。呼吸雙氣相對比可發現彌漫性空氣潴留。肺功能正常的無癥狀人群在CT掃描中也顯示出空氣潴留，但哮喘患者的空氣滯留明顯更多，這與肺功能異常密切相關[7]。

2 臨床肺功能測定法

臨床常通過用肺功能監測哮喘患者的氣流受限程度來間接評估哮喘患者的氣道炎癥和重塑程度，常用肺功能測定指標有第1秒用力呼氣容積(Forced expiratory volume in one second，FEV1)、FEV1實測值占預計值百分比(FEV1%)、用力肺活量(Forced vital capacity，FVC)、FEV1/FVC、殘氣量(Residual volume，RV)、或 RV/肺總量(Total lung capacity，TLC)和呼氣峰值流量(Peak expiratory flow，PEF)從25%～75%(PEF 25%～75%)等。倪良軍等[8]研究40例中度哮喘患者中發現FEV1、FEV1/FVC、PEF、FEF 25%～75%、RV/TLC低于其他系統疾病的對照組。Shifren等[4]研究發現住院兒童哮喘患者的FEV1、FVC和FEF 25%～75%較未住院兒童低。賀蓉等[9]對54例哮喘患者研究中發現不同病情患者，肺功能存在差異，隨著病情的加重，肺功能FEV1、FEV1/FVC、PEF和RV/TLC值均逐漸降低。哮喘臨床肺功能檢查是一種粗略的估計方法，不能直接顯示病變，且費時費力。

3 CT定量方法

3.1 氣道測量 現如今，CT在肺部和支氣管的評估中已成為一種有效而敏感的非侵襲性手段，通過利用專用軟件采集亞毫米單位的全肺體積而進行三維重建、定量評估和全自動測量[3]。CT掃描和先進的后處理軟件可以獲得直到第9代支氣管的氣道定量數據[10]，選取不同的肺葉、肺段對支氣管進行測量，常用的測量參數有支氣管管腔內徑(Internal diameter,ID)、管腔外徑(Outer diameter, OD)、管壁厚度(Wall thickness,WT)=(OD-ID)/2、管壁厚度/管腔外徑(WT/OD)、WT占管壁總面積百分比WT%、氣道壁面積(Wall area,WA)、WA占氣道總面積百分比(WA%)、假定氣道內周徑為10mm時的管壁面積(Pi10WA)、假定氣道內周徑為10mm時的管壁面積的平方根(Pi10)等指標。Pi10是許多COPD和哮喘表型研究中最常用的氣道壁增厚度量指標，Pi10可以被認為是標準化的氣道壁厚測量值，并與小氣道的組織學測量值顯著相關[11]。賀蓉等[9]研究還發現支氣管哮喘患者WT/OD和WA%明顯高于健康對照組，而重度支氣管哮喘患者WT/OD和WA%高于輕度和中度支氣管哮喘患者，表明支氣管壁隨著病情的加重逐漸增厚；WT/OD和WA%與FEV1呈負相關，相關系數r分別為-0.392、-0.368。其他大量研究在哮喘患者中使用WA%和WT%進行氣道評估,表明氣道增厚程度與病程，疾病嚴重程度和氣流受限水平有關[8、12-13]。夏婷婷等用CT定量氣道測量方法[14-15]得出哮喘患者較COPD患者存在明顯的氣道重塑，且重癥哮喘患者較非重癥哮喘患者氣道重塑更加明顯。

3.2 空氣潴留測量

3.2.1 閾值法：低衰減區域百分比(The low attenuation areas percent，LAA%)是肺密度的度量，定義為低于特定閾值的肺中體素的百分比。已經研究的幾個閾值，包括呼氣末CT圖像上的低于-856HU肺容積的百分比Exp LAA%-856、呼氣末CT圖像上的低于-850HU肺容積的百分比Exp LAA%-850和呼氣末CT圖像上的低于-900HU肺容積的百分比Exp LAA%-900 ，最常使用Exp LAA%-856 評估空氣潴留。空氣潴留指數(Air trapping index， AT%)用Exp LAA%-856計算。Silva等[2]研究兒童哮喘中發現住院兒童的AT%(29.0±4.7%)高于未住院兒童AT%(19.2±5.0%)，AT%與FVC(r=-0.933)和FEV1(r=-0.841)呈現非常強的負相關，與FEF 25%～75%(r=-0.608)；兒童哮喘患者CT定量指標AT%與肺功能檢查有顯著的相關性。

3.2.2 密度法：肺密度的量化被廣泛應用于肺氣腫的檢測。類似地，已經提出了各種空氣滯留的QCT指標。有吸氣相平均肺密度(Inspiratory mean lung density，Ins-MLD)、呼氣末平均肺密度(Expiratory mean lung density，Exp-MLD)、呼氣—吸氣平均肺密度比率(Expiratory/inspiratory ratio of mean lung density,E/I ratio of MLD)、呼氣—吸氣平均肺密度差(Expiratory/inspiratory difference of mean lung density,E/IΔMLD)等，其中E/I ratio of MLD 較其他定量空氣潴留的指標更敏感[16]。Hartley等[17]在171例哮喘患者氣道重塑和空氣潴留的CT定量參數和肺功能關系研究中，使用E/I ratio of MLD 評估空氣潴留，發現哮喘患者的E/I ratio of MLD (0.852±0.061)高于健康對照組(0.816±0.066)，肺功能損害與空氣潴留密切相關。

3.2.3 容積測定法：主要是測定肺容積，常用指標包括吸氣末的肺容積(Inspiratory lung volume，Ins-LV)、呼氣末的肺容積(Expiratory lung volume，Exp-LV)、呼氣—吸氣肺容積比率(Expiratory/inspiratory ratio of lung volume,E/I ratio of LV)、吸氣—呼氣肺容積差(Expiratory/inspiratory difference of lung volume，E/I ΔLV)等,其中E/I ΔLV較其他定量空氣潴留的指標更敏感[16]。

3.2.4 參數響應圖法：上述評估方法不能分析空氣潴留的空間位置和肺葉損傷程度，Galbán等[18]提出的利用呼吸氣雙相CT定量評估空氣潴留的參數響應圖(Parametric response map，PRM)法，是一種體素方式圖像分析技術，是一種多功能成像生物標志物，能夠診斷疾病范圍和表型，同時提供疾病分布和位置的詳細空間信息。數字肺軟件通過呼吸雙氣相配準的PRM法，可得到三個區：正常區、肺氣腫區、空氣潴留區。以吸氣相<-950HU且呼氣相<-856HU的像素占全肺容積的百分比定義為肺氣腫，并用紅色區域表示；以吸氣相>-950HU且呼氣相<-856HU的像素占全肺容積的百分比定義為空氣潴留區，并用黃色區表示；將呼氣相>-856HU且吸氣相>-950HU的像素占全肺容積的百分比定義為正常區，并用綠色區表示。師美娟等[19]通過“數字肺”測試平臺行雙氣相CT圖像配準，對COPD進行分型，可將COPD的空氣潴留和肺氣腫進行區別，為臨床提供了新的輔助診斷工具。

空氣潴留在吸氣相圖像可能沒有異常發現，而呼氣相圖像可顯示空氣潴留。單氣相定量CT無法準確區分空氣潴留與肺氣腫，雙氣相方法的提出克服了該缺陷。雙氣相HRCT能夠有效評價肺氣腫與空氣潴留，雙氣相CT可有效克服單氣相CT診斷信息不足的特點，可有效評估及精確區分小氣道病變及肺氣腫區域[20]。雙氣相配準PRM法在慢性阻塞性肺疾病研究中應用較多，在哮喘患者研究的報道中較少。Zhang等研究[21]用上述定量CT 的氣道測量法和空氣潴留測量法將未控制重癥哮喘患者根據氣道重塑與空氣潴留的情況進行影像分型，表明不同哮喘表型有不同的致病途徑，為臨床治療提供有針對性的干預措施。

4 總結

雙氣相掃描較單氣相掃描更能提供全面的信息。數字肺PRM法與既往方法比較利用了現代化影像技術高分辨率“可視化”功能，通過量化手段可評估哮喘患者氣道參數與空氣潴留情況，同時還可以進行空間定位。利用雙氣相HRCT定量在哮喘中的應用，進一步理解哮喘的病理生理機制、評估哮喘患者的重塑和炎癥特征、尋找哮喘的影像學生物標記、識別哮喘患者的影像學表型，從而實現患者病情的全面評估、個性化治療和改善預后方面具有重要意義。