雙氣相CT 新容積參數評估COPD 患者肺通氣功能的價值

謝東，葉濤，王聯芙，洪奇，李建斌，李強

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是具有多種臨床和病理生理學特征的異質性疾病，由暴露于吸入顆粒物以及遺傳等因素共同導致[1]。2019 年，全球有1620萬COPD 新發病例，導致330 萬人死亡，每年產生高額公共衛生開支，帶來沉重的經濟負擔[2]。CT 容積定量評估是對COPD 患者肺功能相關研究的重要組成部分之一，在COPD 的診斷、治療及預后中的應用前景十分顯著[3]。雙氣相胸部CT 掃描是指同時在患者的最大吸氣末及最大呼氣末進行掃描的一種影像掃描技術，對比常規CT 胸部掃描，其與肺功能的相關性更高，可更準確直觀地反映受檢者的肺功能[4]。既往研究發現COPD 患者吸氣末和呼氣末的兩肺容積差和兩肺容積收縮比均隨著疾病加重下降，與肺功能檢查結果相關[5]。據此，本研究提出了一種新的雙氣相CT 容積定量參數，對比其他容積參數，探究其與COPD 患者肺功能的相關性和診斷COPD 的效能。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2021 年1 月至2022 年12 月在寧波大學附屬人民醫院就診的135 例確診或疑似COPD患者（有慢性支氣管炎癥狀，即連續2 年以上，每年持續3 個月以上的咳嗽、咳痰或氣喘），均同期進行雙氣相胸部CT 掃描和臨床肺功能檢查。根據排除標準最終納入77 例，其中男52 例，女25 例；平均年齡（69.3±10.7）歲；平均身高（160.6±8.4）cm；平均體質量（58.6±13.8）kg；其中20 例（25.97%）有相應臨床癥狀，但經肺功能檢查無明顯呼氣受限；57 例有相應臨床癥狀且存在不同程度的呼氣受限；根據GOLD分級，其中I級11 例（14.29%），II 級13 例（16.88%），III 級24 例（31.17%），IV 級9 例（11.69%）。排除標準：（1）有影響肺容積的病變，如胸廓畸形、肺葉或肺段切除術后、嚴重的肺不張、大量胸腔積液等；（2）肺內腫瘤或腫瘤樣病變直徑＞5 cm；（3）其他顯著影響圖像的肺部疾病，如肺結核、肺大面積感染、嚴重的支氣管擴張等。本研究經寧波大學附屬人民醫院醫學倫理委員會審批通過。

1.2 CT 掃描方法 采用UCT-550 40 排螺旋CT（上海聯影）對患者進行雙氣相胸部掃描。掃描參數設置為：管電壓120 KV，管電流采用uDose自適應動態管電流，平均約100 mAs，螺距1.075，轉速0.7 s/r，層厚5.0 mm，層間距5.0 mm，FOV 350 mm×350 mm，矩陣512×512。掃描前由技師先對其進行呼吸訓練，完成訓練后受檢者于檢查床上取仰臥位，雙手抱頭。在深吸氣末時令受檢者屏氣并掃描，隨后平靜呼吸1 min，并于深呼氣末時令受檢者屏氣并掃描，兩次掃描范圍均需包含肺尖至肺底。檢查結束后由經驗豐富的放射科技師檢查圖像，確保兩肺圖像完整且無明顯偽影，并對圖像進行薄層骨算法KARL 3D迭代重建，采用自適應濾波函數，重建層厚1.0 mm，重建層間距1.0 mm。

1.3 圖像后處理 將雙氣相掃描圖像原始數據通過DICOM傳輸到上海聯影的醫學影像處理軟件uWSCT（版本R005.5.0.1135761），軟件可自動處理圖像進行肺分割，識別葉間裂并區分各肺葉，見圖1，在吸氣相和呼氣相CT 中分別計算全肺以及各肺葉的容積，并可根據所給出CT 值閾值，計算相應的全肺及各肺葉低衰減區域容積及高衰減區域容積，見圖2。

圖1 CAD 自動化肺分割和肺葉識別

圖2 CAD識別肺氣腫區域及氣管腔，78 歲COPD患者，男性，GOLD III級，兩肺呼氣相CT重建冠狀位圖像，紅色部分為CAD 以—950HU為閾值所描出的肺氣腫區域（約占全肺容積3.1%），藍色為氣管腔區域

1.4 肺功能檢查 由主治及以上呼吸科醫師對受檢者進行肺功能檢查，受檢者采取端坐姿勢，采用Jaeger肺功能儀（德國耶格）測量患者的肺功能指標，包括第1 秒用力呼氣容積占預計值百分比（FEV1%pred）、第1 秒用力呼氣容積占用力肺活量百分比（FEVl/FVC）。

1.5 指標計算 計算各雙氣相容積參數，吸氣相肺容積為VIns，呼氣相肺容積為VExp，全區收縮比=1—VIns/VExp；LAA%—950HU為小于—950 HU的低衰減區域占肺容積的百分比，是常用的衡量肺氣腫的指標，相應獲得肺氣腫區域容積（Vemp），定義此外的區域為非氣腫區域容積（VNemp），非氣腫區收縮比=1—VNemp—Ins/VNemp—Exp；以—856 HU為閾值，定義吸氣相時大于此閾值的為高衰減區域，定義肺容積去除肺氣腫區域和高衰減區域的肺組織容積為功能區（VFun），功能區收縮比=1 — VFun—Ins/VFun—Exp。計算平均肺密度（MLD），吸氣相MLD 為MLDIns，呼氣相MLD 為MLDIns，全肺密度比=MLDExp/MLDIns。

1.6 統計方法 采用SPSS 25.0統計軟件進行分析，計量資料以均數±標準差表示，計數資料以率表示，各容積定量參數與肺功能指標采用Spearman 相關分析；采用ROC曲線評估各指標對COPD的診斷價值。P ＜0.05 表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 各容積定量參數與肺功能的相關性分 除右肺中葉外，全肺及各肺葉的全區收縮比、非氣腫區收縮比、功能區收縮比等容積定量參數與FEV1%pred、FEV1/FVC 呈正相關（P ＜0.05），見表1 ～3。

表1 全肺及各肺葉全區收縮比與肺功能指標的相關性

表3 全肺及各肺葉功能區收縮比與肺功能指標的相關性

2.2 各定量參數的診斷效能比較 以FEV1/FVC＜70%為診斷標準，通過繪制ROC 曲線評估各容積和密度參數在診斷COPD 中的效能，見圖3。全肺收縮比、LAA%—950HU、全肺密度比在診斷COPD中的效能近似，功能區兩肺收縮比及非氣腫區兩肺收縮比用于診斷COPD 中的效能更高，見表4。

表4 各肺容積/密度參數用于COPD 診斷的ROC 曲線結果

圖3 各量化參數診斷COPD 的ROC 曲線

3 討論

COPD是一種常見的呼吸道慢性疾病，有無法治愈、反復加重及持續進展等特點，對疾病診斷和治療的延后將導致患者的肺功能隨著疾病進程快速降低，嚴重影響患者的生命健康和生存質量[6]。當臨床肺功能檢查發現異常時，患者的肺功能下降可能已超過了30%，研究表明胸部CT 相對肺功能檢查可以更早發現COPD 患者的肺部異常。CT 是評價COPD 患者結構及病理生理改變的首選檢查方法，在COPD病程中的作用亟需更多的研究和重視[7]。多年來研究者總結了許多用以衡量COPD 患者肺功能的CT 定量參數，較為常見的有各種容積和密度參數，如肺氣腫定量參數LAA%—950HU、MLD，氣道定量參數如支氣管壁厚度、壁面積百分比等，也可獲得以往只在臨床肺功能檢查中獲取的參數，如功能殘氣量、殘氣量及總肺活量等[8-9]。與常規CT 相比，雙氣相CT 的容積和密度量化參數對診斷COPD 的效能更高[10]。

MLD 是較容易獲得的密度定量參數，可以用于衡量肺纖維化，也可用于估計肺氣腫的程度。通過MLD 計算得到肺密度比，計算兩肺在吸氣相和呼氣相過程中的肺密度改變，可間接衡量肺組織的舒張及收縮能力[11]。低衰減區域百分比是常用的肺氣腫定量參數，Modani等[12]通過與病理標本的宏觀及微觀計量學對比，估算量化肺氣腫的HU 閾值為—970 HU 或—960HU，考慮到不同CT 的參數區別以及容積效應等細微影響，目前最常用LAA%—950HU。本研究中，通過計算MLD得到的全肺密度比在診斷COPD的效能稍低于LAA%—950HU及其他容積參數。

兩肺收縮比是通過兩肺在吸氣相/呼氣相的容積改變，直接衡量兩肺的舒張和收縮能力，反映兩肺的順應性[13]。對COPD 患者而言，其肺氣腫病變將直接減少了正常肺組織容積，也通過張力等因素間接減少了周圍的正常肺組織的通氣能力，而慢性支氣管病變則進一步降低了正常肺組織的順應性和通氣能力[14]。本研究通過去除肺氣腫區域和高衰減區域，嘗試將肺氣腫和小氣道病變這兩個COPD 的基礎病理改變納入同一個容積參數中，發現非氣腫區收縮比與肺功能指標的相關性高于全區收縮比，用于診斷COPD 的效能更高，而功能區收縮比和肺功能的相關性、診斷COPD 的效能同樣超過了全區收縮比，但與非氣腫區收縮比的差異并不顯著；猜測是因為COPD患者肺部的高衰減區域對于肺功能的影響相對較小，可產生直接且顯著影響的慢性小氣道病變需要用更好的方式來量化。兩下肺的收縮比，包括全區收縮比、非氣腫區收縮還是功能區收縮比，其與肺功能指標的相關性均高于上肺，或許是與肺氣腫的分布對肺功能的影響有關，導致下肺的收縮比下降對肺功能指標影響更顯著[15]。

肺氣腫是產生靜態肺過度充氣的重要原因，諸如肺彈性下降、氣流阻力上升等因素導致動態肺過度充氣，靜態肺過度充氣和動態肺過度充氣綜合導致了肺過度充氣，繼而導致COPD 患者呼吸困難及降低患者運動耐量[16]。本研究中所提出的肺功能區收縮比一定程度上反映了COPD患者兩肺內保留功能的肺組織的順應性，或可進一步對其與患者的肺靜態和動態過度充氣的相關性展開研究。

綜上所述，通過雙氣相CT 獲得的非氣腫區收縮比和功能區收縮比兩個容積參數與COPD患者的肺功能相關，有望對COPD 的診斷發揮一定作用。

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