雙氣相定量CT在肺部疾病中的研究進展

章玲惠 樊樹峰

胸部CT是目前肺部疾病的常用檢查方法，能夠清晰顯示肺組織的解剖結構與形態。常規胸部CT檢查在吸氣相時進行，隨著學者們對呼氣相CT進行深入研究后，發現其對肺部小氣道等病變的診斷和評估有獨特的優勢，而將呼氣相CT與吸氣相CT結合分析可提供更全面的信息，反映不同呼吸狀態下的肺組織結構與通氣等情況，從而在一定程度上反映肺功能的變化。隨著計算機技術的發展，定量CT技術出現并逐漸應用廣泛。定量CT是用軟件對后處理的圖像進行自動測量，而將定量CT技術與雙氣相CT相結合，對感興趣區組織或某參數進行定量測量，可以分析呼、吸不同狀態下的差異，反映肺生理功能或病變的變化，有助于對疾病作出更準確的診斷。

1 在慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease,COPD）中的應用

COPD是一種常見的全球性慢性疾病，該病嚴重危害患者身體健康，并可對患者家庭以及社會造成一定程度的經濟負擔。COPD的主要特征表現為進行性發展的不完全可逆性氣流受限，病變主要累及氣道、肺實質和肺血管，目前臨床上常用肺功能檢查（pulmonary function test,PFT）來判斷患者氣流受限的程度，但PFT難以區分引起氣流受限的病理生理因素，且雙肺具有強大代償能力，輕度的肺組織結構改變PFT可無異常。COPD的早期預防、診斷、治療，一直是大眾關心的重點，國內外眾多學者十分關注CT檢查在COPD中的應用研究。

1.1 肺氣腫的評估 肺氣腫是COPD的常見表現，主要特征為終末細支氣管遠端氣腔擴大并伴有肺泡壁破壞及細支氣管破壞。肺氣腫的評估早期常采用視覺評估法，該方法簡單易行，結果與肺功能有一定的相關性，但容易受到影像科醫生主觀因素影響，診斷的特異度與靈敏度較低。隨著計算機技術的發展與成熟，現評估肺氣腫常采用客觀定量法，主要包括肺容積測定法、肺密度測定法、像素指數法和直方圖法。

1.1.1 肺容積測定法 采用計算機相關處理軟件將肺組織與其它成分區分開來，定量測量肺容積相關參數，如深呼氣末容積（Vex）、深吸氣末容積（Vin）等。在研究肺容積與PFT的關系中，隋昕等[1]對78例COPD患者進行雙氣相掃描，研究結果顯示Vex與Vin相比，Vex與PFT的相關性更強，Vex/in與PFT具有良好的相關性，可作為CT肺功能參數的補充。王雷等[2]對正常人與COPD患者雙氣相肺容積參數變化進行研究，發現左肺上葉肺容積差異有統計學意義，右肺中葉變化最小，說明肺氣腫以左肺上葉為主。而在對急性加重期與緩解期的COPD患者肺容積研究發現，急性加重期患者各肺葉容積均大于緩解期，肺葉容積測定可以預測急性加重期患者肺功能情況[3]。COPD患者肺泡壁、支氣管等結構損害，肺彈性收縮力降低，肺內氣體過度膨脹，肺容積增大，影響患者肺功能，因此肺容積的測定可在一定情況下反映肺氣腫的范圍及嚴重程度，并可用于PFT參數的補充。

1.1.2 肺密度測定法 采用計算機處理軟件來測定全肺平均密度（mean lung density,MLD）或特定肺葉、特定層面的肺密度值來反應肺氣腫的情況。正常人深吸氣肺CT平均密度值約為-850 Hu，目前常將肺密度值低于-950 Hu的區域定為肺氣腫區域。由于正常人深吸氣時可能過度屏氣，從而導致肺過度膨脹而造成結果假陽性的可能，因此有研究顯示吸氣相掃描結合呼氣相掃描更有助于反應肺氣腫的情況[4]。夏亭亭等[5]在比較健康志愿者和COPD患者CT肺密度值中發現，COPD患者呼氣相MLD值、呼吸氣相MLD比值均大于健康志愿者，提示呼氣相MLD測量可作為COPD早期診斷的輔助。黃曉旗等[6]進一步對MLD與PFT的關系進行研究，結果表明全肺的MLD值相比較于各肺葉水平的肺密度值與肺功能的相關性更好，且在雙氣相CT掃描中，平均肺密度差（MLDex-in）和平均肺密度比（MLDex/in）對肺氣腫的定量分析比傳統單相MLD有更高的準確度和靈敏度。肺密度是對肺組織、肺血流、肺通氣等整體反映，肺密度定量測定能初步反映肺氣腫情況，而結合呼氣相掃描對于患者肺功能情況有更好的反映。

1.1.3 像素指數法 像素指數法是指事先設定一個閾值，用計算機后處理軟件計算出低于這一閾值的低衰減區（low attenuation area,LAA）的像素，并與全肺總像素相比，得出的值即為像素指數（pixel index,PI）。目前對于肺氣腫的評估，常選擇的閾值有-910 Hu和-950 Hu。黃曉旗等[7]對104例COPD患者進行呼氣相CT掃描，探討閾值分別為-856 Hu、-910 Hu、-950 Hu時的PI值與肺功能的相關性，結果顯示，閾值為-910 Hu及-950 Hu的PI值與肺功能明顯相關，且閾值為-910 Hu時PI值與肺功能的相關性更佳，與Nishio等[8]的研究結果一致。多種研究表明，無論閾值為-910 Hu或-950 Hu，呼、吸雙相上所測得的PI值均與肺功能參數用力肺活量（the forced vital capacity,FVC）、第1秒用力呼氣容積（the forced expiratory volume in 1 sec,FEV1）、第 1秒率（FEV1/FVC）等呈負相關。可見像素指數法可定量反映肺氣腫分布和嚴重程度，對肺氣腫和肺功能的評估有著重要的價值。

1.1.4 直方圖法 又稱百分頻率法，是將全肺像素衰減值的頻率分布用直方圖的形式進行呈現，以某百分位下的像素衰減值為分割點評估肺氣腫的程度，在一定程度上可以排除肺容積的影響，目前常用的參數為全肺像素衰減值直方圖上第15百分位對應的衰減值（Perc15）。百分位數的選擇可以根據一定情況而有所不同，隋昕等[9]對Perc1、Perc15與PFT參數的相關性進行研究，結果發現兩者差距較小。對于百分位數的選擇通常介于1%～18%。

1.2 氣道的評估 小氣道病變是COPD的主要病變之一，長期的慢性炎癥刺激可引起支氣管壁受損，對于小氣道病變的直接評估目前尚有一定難度，因此常采用間接方法來評估。有研究發現，CT圖像上的相對大氣道管壁面積和組織學的小氣道管壁面積有良好的相關性[10]，可通過測量大氣道支氣管相關參數如支氣管橫截面直徑（diameter,D）、支氣管壁橫截面積（wall area,WA）、管壁厚度（wall thickness,WT）等來間接評估小氣道病變。然而由于不同研究選擇的支氣管解剖位置不同，難以比較不同研究之間的測量結果，且同一研究中患者之間各級別氣道大小分布也不同，因此引入了一種測量方法來標準化氣道壁厚度，即Pi10。標準化的方法是通過繪制氣道壁面積平方根與測量氣道的內周長并進行回歸分析，計算內周長為10 mm的氣道壁面積平方根。另外還可以通過定量測量空氣潴留來間接評估。

既往對支氣管的測量常采用手工測量，現常用計算機后處理軟件自動測量，方便而快捷。于寰等[11]在吸氣相CT上對不同嚴重程度的COPD患者與正常志愿者小氣道參數差異的研究中發現，WT、氣道壁面積占氣道總截面積百分比（WA%）和支氣管管壁厚度與外徑比值（thickness to diameter ratio,TDR）在COPD患者中均明顯大于正常志愿者，且隨著病情嚴重程度的加重，WT和WA%逐漸增大。張雨潔等[12]進一步探討肺氣腫嚴重程度對呼氣相CT上氣道徑線和肺功能的影響，結果表明肺氣腫的嚴重程度會對氣道徑線等產生影響。而高小燕等[13]發現呼吸氣相WT的差值和呼氣相WT相比，與肺功能的相關性更強，提示WT的動態變化對氣流受限的評估價值更大。

關于空氣潴留的測定，MLDex/in和呼氣相LAA%-856 Hu（低于-856 Hu的低衰減區像素與全肺總像素的比值）是較常見的兩種評估空氣潴留的指標。夏亭亭等[14]用MLDex/in評估空氣潴留，發現MLDex/in與肺功能相關指標有明顯相關性，并將MLDex/in稱為空氣潴留指數。這兩個指標在一定程度上能評估空氣潴留，但仍有其不足之處，對于肺氣腫和空氣潴留的區分有一定困難。Galbn等[15]提出了PRMTM法，即將吸氣圖像上每個體素與呼氣圖像上相對應的體素相匹配，以計算各體素在吸氣和呼氣圖像之間的密度差異。其將吸氣相＞-950 Hu且呼氣相＜-856 Hu的體素定為空氣潴留區；吸氣相＜-950 Hu且呼氣相＜-856 Hu的體素定為肺氣腫區，實現了肺氣腫和空氣潴留的區分。但是，在連續掃描中PRMTM可能存在變異性，為了降低變異性影響，Fernndez-Baldera 等[16]對 CT縱向掃描可變性建模，識別體素的PRM移位，將變異性降至了1%，Hoff等[17]則采用拓撲技術將3D PRM生成具有局部拓撲特征的3D影像，更好地提供了空氣潴留的空間分布信息。同時金晨望等[18]研究證明，基于體素的雙氣相配對所測量的空氣潴留結果與PFT的相關性要明顯高于其他測定方法，通過呼氣相與吸氣相聯合掃描，能夠更好的評估空氣潴留情況，可見雙氣相定量CT對于小氣道的測量評估有著重要的意義。

1.3 肺血管的評估 肺血管的破壞也是COPD的常見病變之一，早期肺血管的功能和結構的改變是普遍的，常表現為管壁增厚和內皮功能障礙，晚期常表現為肺動脈高壓，臨床上放射科醫師多通過測量中央肺動脈大小簡單評估患者的血管病變情況，對早期肺血管的病變研究較少。Matsuura等[19]對不同程度肺氣腫的COPD患者及肺功能正常的吸煙者肺小血管橫截面積（cross-sectional area,CSA）和低衰減區占肺總面積的百分比（LAA%）進行研究，以了解肺血管受累是否與肺破壞或阻塞性損害相關。結果顯示，CSA＜5 mm2的血管百分比（CSA＜5%）與LAA%呈負相關，且與FEV1/FVC和FEV1%預測值呈負相關，COPD患者的CSA＜5%低于非COPD吸煙者，CSA＜5%從吸氣期到呼氣期的百分比變化在COPD患者中高于非COPD吸煙者。提示隨著肺氣腫程度的加重，肺野小血管的總數減少，CSA＜5%可作為檢測COPD初始改變相關肺小血管變化的指標。曹憲憲等[20]對COPD患者行雙氣相CT掃描，定量測量患者肺內血管體積（intrapulmonary vascular volume,IPVV），結果顯示呼、吸氣相下IPVV與FEV1/FVC呈負相關，且呼氣相的相關性更高。雙氣相定量CT能直觀的顯示COPD患者肺血管的情況，對疾病嚴重程度等有較好的反映。

1.4 COPD表型的評估 COPD表型是指在COPD患者中表現出差異的一種疾病特征，且與臨床治療及預后有很大的相關性。這提示了對不同表型的COPD患者臨床上有必要采取對應的個性化治療方案，提高疾病的治療有效性。目前對于COPD的影像學表型研究較為熱門，師美娟等[21]對COPD患者進行雙氣相CT掃描，通過聚類分析法研究患者CT圖像，基于體素分析[15]及結合GOLD分級，將COPD患者表型分為肺氣腫為主型、小氣道病變為主型和混合型。史維雅等[22]則將患者分為無肺氣腫/輕微肺氣腫型、明顯肺氣腫合并支氣管管壁增厚型和明顯肺氣腫不合并支氣管管壁增厚型進行研究，結果顯示不同表型患者間的CT定量參數有明顯不同。Park等[23]對COPD患者CT圖像進行視覺和定量評估，將患者分為輕度肺氣腫、彌漫性小葉中央型肺氣腫、上葉為主小葉中央型肺氣腫等10種不同的COPD影像學亞型，結果發現各組間總體病死率的差異有統計學意義，其中病死率以上葉為主小葉中央型肺氣腫型最高。因此對COPD患者進行定量分析確定其影像學表型，為臨床個體化治療提供依據有很大意義。

2 在肺結節中的應用

隨著人們健康意識的提高以及低劑量CT在體檢中的廣泛應用，肺結節的檢出率明顯提高。對于檢出的肺結節該采取何種處理方式，主要取決于結節的性質。在美國一項國家肺癌篩查試驗調查中發現，陽性篩查結節中大部分（96.4%）被證實為良性[24]，因此對于結節的早期篩查和定性十分重要。根據結節密度可將結節分為實性結節、部分實性結節和磨玻璃結節3種類型，放射科醫師常可根據結節的大小、密度、內部特征等來初步判斷結節的良惡性。

一直以來，學者們對CT在肺結節應用上的研究很多，但結合呼氣相的研究尚不深入。Fan等[25]對33例肺部有非實性結節的患者進行雙氣相CT掃描，發現非實性結節的體積和密度在呼氣和吸氣的CT影像上差異有統計學意義，結節吸氣相的體積大于呼氣相體積，結節體積變化比密度變化敏感，且體積變化與結節的大小無關，非實性結節密度的變化與位置有關，下葉結節更容易受到呼吸變化的影響。Moser等[26]研究表明呼氣相肺實性結節體積大于吸氣相。Furukawa等[27]則對呼吸氣相CT預測的結節位置進行比較，發現呼氣相CT掃描預測的三維肺結節的位置與實際結節位置更接近，有助于穿刺時結節的定位。而張華等[28]則對支氣管內結節的良惡性鑒別進行雙氣相掃描研究，發現痰結節的形態和位置在呼氣相上發生了改變，區別于腫瘤性結節，在早期痰結節與腫瘤性病變難區分時，行雙氣相CT掃描能幫助提高痰結節的診斷。雙氣相定量CT在結節的位置、形態、密度等方面的顯示有其特別的意義，可提高結節良、惡性診斷準確性。

3 在肺空洞性病變中的應用

空洞是由肺組織壞死后通過支氣管排出，氣體吸入所形成，可形成空洞性病變的疾病有很多，常見的主要有結核和腫瘤。不同疾病所形成的空洞對應的治療與預后大不相同，對于空洞良惡性的鑒別也十分重要，目前對于探究CT檢查在空洞鑒別診斷價值的研究有很多。周儀竟等[29]對薄壁空洞肺結核與薄壁囊腔類肺癌患者的呼氣相CT影像學表現進行分析，結果表明空洞壁厚度、壁內結節、邊緣分葉征等征象有助于兩者的鑒別。張華等[30]對42例空洞患者行雙氣相CT檢查測量與空洞相連支氣管的收縮率，結果顯示良性空洞支氣管收縮率大于惡性空洞端，差異有統計學意義，提示在判斷空洞良惡性時可采用測定支氣管收縮率來幫助提高鑒別的準確性。可見呼氣相CT掃描對鑒別肺空洞性病變良惡性有一定幫助。

4 小結

雙氣相CT掃描患者需接受2次掃描，所受輻射增多，因此目前臨床上尚未廣泛使用。為了降低輻射，低劑量CT的概念被提出，在保持圖像質量的情況下盡可能的降低CT輻射成了研究的熱點，目前臨床上常通過調整掃描參數如降低管電壓和管電流來降低輻射。隨著計算機后處理技術的快速發展，讓定量CT測量更加的方便快捷，為雙氣相CT掃描創造了良好的基礎和條件，使得雙氣相CT掃描在臨床上應用成為可能。

定量CT測量技術的發展及應用，一定程度上彌補了放射科醫生診斷主觀差異的不足，對相關指標的測量以及分析能發現疾病的早期病變，對疾病相關情況進行量化評估。呼、吸雙氣相CT與定量技術的結合，能夠更加全面的、動態的反應肺部病變的情況，有很好的研究價值。然而，由于呼氣相和吸氣相CT圖像的形態和大小有時差距較大，從而可能會出現配準位置不準確等問題，影響后續的測量分析，因此如何精準的進行雙氣相圖像配準仍需要研究與改善。目前關于雙氣相定量CT的研究主要集中在對COPD的研究上，而對肺結節、肺空洞等病變的研究較少，未來對于在其他疾病上的研究有較大的研究空間與價值。