慢性阻塞性肺疾病患者HRCT定量指標(biāo)與肺功能的相關(guān)性研究

張鳳　方著　袁藝　周蕓慧　張國晉　蒲紅　劉歡

摘要：目的 利用高分辨率CT（HRCT）定量指標(biāo)分析慢性阻塞性肺疾?。–OPD）患者的肺氣腫及氣道重塑改變，并探討上述指標(biāo)與肺功能的相關(guān)性。方法 收集COPD患者（COPD組）109例及正常組33例，COPD組患者根據(jù)COPD全球倡議指南，分為GOLDⅠ級組（29例）、GOLDⅡ級組（38例）、GOLDⅢ+Ⅳ級組（42例）?；颊呔蠬RCT和肺功能檢查；利用后處理軟件自動測量各肺葉HRCT肺氣腫定量指標(biāo)：肺氣腫指數(shù)（EI）、各肺葉平均肺密度（MLD）；氣道定量指標(biāo)：支氣管壁面積（WA）、支氣管腔面積（LA）、管壁面積占支氣管斷面總面積的百分比（WA%）。比較上述參數(shù)在正常組和COPD不同嚴(yán)重程度亞組之間的差異。應(yīng)用Spearman法分析上述CT定量指標(biāo)與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性。結(jié)果 與正常組比較，GOLDⅠ級組雙肺上葉EI升高，GOLDⅡ級組各肺葉EI均升高，雙肺上葉MLD及左肺下葉MLD降低，GOLDⅢ+Ⅳ級組各肺葉EI均升高，MLD降低（P＜0.05）。與正常組比較，GOLDⅠ級組5級支氣管WA，4～6級支氣管WA%升高，5、6級支氣管LA降低；與GOLDⅠ級組比較，GOLDⅡ級組僅6級支氣管WA、WA%升高，LA降低；與GOLDⅡ級組比較，GOLDⅢ+Ⅳ級組僅5級支氣管WA%降低（P＜0.05）。各肺葉EI與第1秒用力呼氣容積實測值與預(yù)測值百分比（FEV1%）呈負(fù)相關(guān)，MLD與FEV1%呈正相關(guān)（P＜0.01），5、6級支氣管WA%與FEV1%呈負(fù)相關(guān)（P＜0.05）。結(jié)論 HRCT肺氣腫定量指標(biāo)、氣道定量指標(biāo)與肺功能具有一定相關(guān)性，且隨著COPD分級不同而變化，可對COPD評估提供參考價值。

關(guān)鍵詞：肺疾病，慢性阻塞性；肺氣腫；體層攝影術(shù)，X線計算機；肺功能；肺密度

中圖分類號：R445.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.11958/20221162

The correlation research of quantitative index of HRCT and lung function in patients with chronic obstructive pulmonary disease

ZHANG Feng FANG Zhu YUAN Yi ZHOU Yunhui ZHANG Guojin PU Hong LIU Huan

1 North Sichuan Medical College， Chengdu 610072， China; 2 Department of Radiology， Sichuan Academy of Medical Sciences Sichuan Provincial People's Hospital， Affiliated Hospital of University of Electronic Science and

Technology of China; 3 GE Healthcare

Corresponding Author E-mail： ph196797@163.com

Abstract： Objective To analyze quantitative indexes of emphysema and airway remodeling in patients with chronic obstructive pulmonary disease （COPD） by using high resolution CT （HRCT）， and to explore the correlation between the above indexes and pulmonary function. Methods A total of 109 COPD patients （the COPD group） and 33 normal controls （the control group） were collected. According to the COPD Global Initiative guidelines， COPD patients were divided into the GOLD class Ⅰ group （n=29）， the GOLD classⅡ group （n=38） and the GOLD class Ⅲ+Ⅳgroup （n=42）. All patients underwent HRCT examination and pulmonary function examination. The post-processing software was used to automatically measure HRCT quantitative emphysema indexes of each lung lobe， including emphysema index （EI）， mean lung density （MLD） of each lobe and airway quantitative indexes [bronchial wall area （WA）， bronchial lumen area （LA） and the percentage of the wall area in the total bronchial section area （WA%）]. The above parameters were compared between the normal group and the? different severity COPD subgroups. Spearman method was used to analyze the correlation between the above CT quantitative indexes and pulmonary function. Results Compared with the normal group， EI in upper lobe of both lungs was increased in the GOLD class Ⅰ group， EI in all lobes was increased in the GOLD class Ⅱ group， MLD values in upper lobe of both lungs and lower lobe of left lung were decreased， EI in all lobes was increased in the GOLD class Ⅲ+Ⅳ group，? and MLD was decreased （P＜0.05）. Compared with the normal group， the WA of grade 5 bronchus and WA% of grade 4-6 bronchus were increased in the GOLD class Ⅰ group， and LA of grade 5 and 6 bronchus decreased. Compared with the GOLD class Ⅰ group， only WA and WA% of grade 6 bronchi were increased in the GOLD class Ⅱ group， and LA was decreased. Compared with the GOLD class Ⅱ group， WA% of grade 5 bronchial was decreased in the GOLD class Ⅲ+Ⅳ group （P＜0.05）. The measured and predicted percentages of forced expiratory volume in the first second （FEV1%） were negatively correlated with the EI of each lung lobe， and the MLD was positively correlated with FEV1% （P＜0.01）. The WA% of 5-6 bronchi was negatively correlated with FEV1% （P＜0.05）. Conclusion HRCT emphysema quantitative indexes and airway quantitative indexes have certain correlation with pulmonary function. It varies with different COPD grades， which can provide reference value for COPD evaluation.

Key words： pulmonary disease， chronic obstructive; pulmonary emphysema; tomography， X-ray computed; pulmonary function; lung density

慢性阻塞性肺疾?。–OPD）是全球第4大致死疾病［1-2］，其特征為進(jìn)行性發(fā)展的氣流受限從而導(dǎo)致肺功能障礙和相關(guān)癥狀。COPD早期起病隱匿，只有在肺實質(zhì)破壞30%以上時才會出現(xiàn)臨床癥狀或肺功能檢查異常。肺氣腫和小氣道重塑是其主要病理表現(xiàn)，其中小氣道重塑是COPD發(fā)展過程中空氣潴留和氣道阻力增加的核心機制［3-5］。早期準(zhǔn)確識別小氣道重塑，防止可逆性炎癥變?yōu)椴豢赡嫘苑螝饽[是臨床診斷和治療的關(guān)鍵［6］。胸部高分辨率CT（HRCT）的肺氣腫定量參數(shù)能間接反映肺通氣功能；氣道定量參數(shù)可直接測量支氣管管壁及管腔厚度的變化，間接反映小氣道重塑。上述參數(shù)可定量評估肺實質(zhì)損傷程度，與肺功能具有一定相關(guān)性，相較于肺功能檢查，其能在早期準(zhǔn)確識別COPD病理改變，有利于臨床精準(zhǔn)化診斷、治療及預(yù)后評價［7-9］。但目前有關(guān)不同程度COPD肺氣腫和小氣道重塑改變的定量及定位評估研究較少。本研究旨在探討HRCT肺氣腫定量參數(shù)和氣道定量參數(shù)在不同分級COPD中的應(yīng)用價值。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選取2021年3月—2022年2月四川省人民醫(yī)院收治的COPD患者為COPD組。納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）COPD診斷標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)COPD全球倡議（GOLD）2022診療建議，除外其他疾病，肺功能檢查吸入支氣管擴張劑后第1秒用力呼氣容積占用力肺活量的百分比（FEV1/FVC）＜70%。（2）肺功能檢查與HRCT掃描間隔時間≤2周。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）具有胸部手術(shù)史。（2）其他呼吸系統(tǒng)疾病史，如肺癌、哮喘、支氣管擴張、肺結(jié)核、嚴(yán)重的肺部感染、胸腔積液等。共納入109例，其中男89例，女20例，年齡36～84歲，平均（66.9±8.6）歲。根據(jù)GOLD嚴(yán)重程度分級，將患者分為不同亞組：第1秒用力呼氣容積實測值與預(yù)測值百分比（FEV1%）≥80%為輕度（GOLDⅠ級組，29例），50%≤FEV1%＜80%為中度（GOLDⅡ級組，38例），30%≤FEV1%＜50%為重度（GOLDⅢ級組，31例），F(xiàn)EV1%＜30%為極重度（GOLDⅣ級組，11例），因極重度組患者較少，將重度、極重度患者合并為GOLDⅢ+Ⅳ級組（42例）。選取同期肺功能檢查正常，無呼吸系統(tǒng)相關(guān)病史的其他患者為正常組（33例），其中男22例，女11例，年齡31～84歲，平均（63.8±8.7）歲。正常組與COPD組性別（χ2=3.333）、年齡（t=1.769）差異無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05）。

1.2 CT掃描 采用德國西門子SOMATOM Force第3代雙源CT進(jìn)行掃描，檢查前對患者進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，取仰臥位，頭先進(jìn)，囑患者深吸氣末屏氣，掃描范圍為肺尖至肺底。掃描參數(shù)：管電壓120 kV，管電流自動調(diào)節(jié)，分別經(jīng)肺算法、軟組織算法重建，重建矩陣512×512，探測器準(zhǔn)直96×0.6，重建層厚1.00 mm，層間距1.00 mm。

1.3 CT圖像后處理及參數(shù)測量 將獲得的圖像數(shù)據(jù)傳輸至后處理工作站（syngo.via VB20），使用后處理軟件Pulmo 3D進(jìn)行參數(shù)測量，由2名分別具有4年和5年閱片經(jīng)驗的放射科醫(yī)師進(jìn)行獨立測量，并評估測量一致性，各參數(shù)影像測量見圖1。肺氣腫定量參數(shù)測量：在Pulmo 3D軟件的肺實質(zhì)分析模塊中，設(shè)定圖像窗寬以300 HU為上限，-1 024 HU為下限，軟件自動識別肺裂并進(jìn)行肺葉分割，當(dāng)自動識別不準(zhǔn)確時手動干預(yù)。軟件自動獲得各肺葉體素數(shù)量分布圖，由此計算各肺葉肺氣腫指數(shù)（EI）：CT值＜-950 HU區(qū)域占該肺葉容積的百分比；各肺葉平均肺密度（MLD）：該肺葉的平均像素密度。

氣道定量參數(shù)測量：利用Pulmo3D軟件進(jìn)行多平面重組技術(shù)重建支氣管樹，使支氣管走行垂直于測量方向，軟件自動對選中的支氣管沿中心線進(jìn)行曲面重建，測量者在曲面重建圖上選擇測量的位置。為全面了解氣道情況，每個肺葉選取1支氣管為研究對象，共選取6支氣管，分別為右肺上葉尖段、右肺中葉外側(cè)段、右肺下葉外基底段、左肺上葉尖后段、左肺上葉上舌段及左肺下葉后基底段。以段支氣管為4級支氣管，選擇距離兩端支氣管開口約同等距離處為測量點，分別測量4～6級支氣管支氣管壁面積（WA）、支氣管腔面積（LA）、管壁面積占支氣管斷面總面積的百分比［WA%，WA/（WA+LA）］。

1.4 肺功能測定 采用德國耶格公司MasterSereen PET型肺功能儀，受檢者取坐位，在定量吸入支氣管擴張劑后測量FEV1%和FEV1/FVC。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。符合正態(tài)分布的計量資料采用x±s表示，2組間比較采用獨立樣本t檢驗，多組間比較采用單因素方差分析，組間多重比較采用LSD-t檢驗。非正態(tài)分布的計量資料采用M（P₂₅，P₇₅）表示，多組間比較采用Kruskal-Wallis H檢驗，組間多重比較采用Nemenyi檢驗。計數(shù)資料以例表示，組間比較采用χ²檢驗。觀察者間一致性檢驗采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）分析：ICC=0表示不可信，ICC＜0.4表示信度較差，ICC為0.40～0.75表示信度一般，ICC＞0.75表示信度良好，ICC=1表示完全可信。相關(guān)性分析采用Spearman法。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 2名醫(yī)生對肺氣腫、氣道定量指標(biāo)獨立測量結(jié)果的一致性分析 肺氣腫定量指標(biāo)一致性良好：左肺上葉、左肺下葉、右肺上葉、右肺中葉、右肺下葉EI的ICC值分別為0.874、0.872、0.869、0.870和0.868，MLD的ICC值分別0.897、0.897、0.883、0.864和0.871（P＜0.01）。氣道定量指標(biāo)一致性一般：4～6級支氣管WA ICC值分別為0.739、0.721、0.715，LA ICC值分別為0.743、0.727、0.726（P＜0.01）。

2.2 肺氣腫定量參數(shù)分析 與正常組比較，GOLDⅠ級組雙肺上葉EI升高；GOLDⅡ級組各肺葉EI均升高，雙肺上葉MLD及左肺下葉MLD降低；GOLDⅢ+Ⅳ級組各肺葉EI均升高，MLD降低（P＜0.05），見表1。

2.3 氣道定量參數(shù)分析 與正常組比較，GOLDⅠ級組5級支氣管WA和4～6級支氣管WA%升高，5、6級支氣管LA降低；與GOLDⅠ級組比較，GOLDⅡ級組僅6級支氣管WA、WA%升高，LA降低；與GOLDⅡ級組比較，GOLDⅢ+Ⅳ級組僅5級支氣管WA%降低（P＜0.05），見表2。

2.4 COPD患者肺氣腫定量參數(shù)與肺功能相關(guān)性分析 各肺葉EI與FEV1%均呈負(fù)相關(guān)，MLD與FEV1%均呈正相關(guān)（P＜0.01），見表3。

2.5 COPD患者氣道定量參數(shù)與肺功能的相關(guān)性分析 4～6級支氣管WA、LA與FEV1%均無相關(guān)性，5、6級支氣管WA%與FEV1%呈負(fù)相關(guān)（P＜0.05），見表4。

3 討論

COPD是一種異質(zhì)性疾病，不同患者的臨床表現(xiàn)、影像學(xué)特征、疾病進(jìn)展和預(yù)后存在較大差別，臨床治療決策亦不相同［10］。目前常規(guī)使用肺功能檢查對COPD進(jìn)行診斷，但其臨床價值有限，無法對肺氣腫和小氣道病變定量分析，且部分重癥患者往往配合較差。近年來，HRCT被廣泛用于評估COPD。研究顯示，HRCT可直觀、定量地評估肺氣腫的存在、模式和程度［11-13］，有助于臨床個性化治療。COPD患者定量CT檢查所顯示的支氣管壁厚度和肺氣腫程度是肺功能檢查時氣流受限程度和COPD惡化的獨立影響因素［14-16］。本研究對肺氣腫定量指標(biāo)分析，與正常組比較，GOLDⅠ級組僅雙肺上葉EI升高；隨著COPD分級增加，GOLDⅢ+Ⅳ級組各肺葉EI均升高，MLD均降低?？梢娫贑OPD早期肺氣腫主要發(fā)生于雙肺上葉，隨著病情進(jìn)展，肺氣腫在全肺均表現(xiàn)明顯。師美娟等［17］發(fā)現(xiàn)輕度COPD患者的肺氣腫分布在雙肺上葉較多，重度患者肺氣腫在雙肺下葉分布的比例明顯增加，與本研究結(jié)果類似。推測其原因為：（1）重力作用下胸腔負(fù)壓從肺尖到肺底逐漸減小，因此肺尖對氣體交換的動力最小，早期空氣潴留容易發(fā)生在雙肺上葉。（2）肺血流受重力影響，從肺尖到肺底，肺循環(huán)血管開放程度逐漸增加，當(dāng)受吸煙或空氣污染等環(huán)境因素刺激時肺血管收縮、血管舒張因子釋放，由于流體靜力效應(yīng)［18］，肺血管重塑首先發(fā)生于雙肺上葉，從而導(dǎo)致氣道阻力增加，最終導(dǎo)致肺氣腫發(fā)生。黃曉旗等［19］利用雙氣相定量CT測量吸煙合并COPD患者各肺葉肺氣腫區(qū)域百分比（Emph%），發(fā)現(xiàn)COPD組Ⅰ、Ⅱ級主要以右肺中葉Emph%損傷程度最重，雙肺上葉次之。而本研究中GOLDⅠ期右肺中葉EI無明顯升高，雖然右肺中葉支氣管窄長，早期易發(fā)生通氣不足及感染，但可能殘存少許正常肺組織，對右肺中葉平均肺密度有緩沖作用，肺氣腫進(jìn)展緩慢。本研究中CT定量肺氣腫參數(shù)與肺功能指標(biāo)FEV1%有較好的相關(guān)性，提示其可用于COPD患者肺氣腫程度的評估，臨床中可用于識別肺氣腫較重的區(qū)域，以選擇肺減容術(shù)時的靶組織。

在本研究中，在GOLDⅠ級組與GOLDⅡ級組間，6級支氣管WA、WA%隨著病情加重而逐漸增大，LA逐漸減小，與既往研究相似［20-22］。當(dāng)長期慢性暴露于煙草煙霧或有毒顆粒環(huán)境時，機體會產(chǎn)生異常先天性和適應(yīng)性免疫反應(yīng)，表現(xiàn)為氣道黏液產(chǎn)生增加、黏液纖毛清除缺陷、上皮屏障破壞以及形成淋巴濾泡的炎性免疫細(xì)胞浸潤氣道壁［23］，導(dǎo)致氣道腔內(nèi)的炎性黏液滲出物積聚，長期發(fā)展導(dǎo)致氣道壁增厚。Hogg等［24］研究表明，黏液阻塞氣道管腔、氣道壁內(nèi)炎癥程度以及氣道壁增厚都與氣流限制有關(guān)。但本研究中GOLDⅢ+Ⅳ級組各氣道定量指標(biāo)結(jié)果均較GOLDⅡ級組變化不明顯，分析原因可能為部分中重度患者處于急性期，炎性反應(yīng)較重，滲出明顯增多，遠(yuǎn)端小氣道尺寸急劇減??；而本研究的后處理軟件Pulmo 3D對支氣管遠(yuǎn)端極細(xì)小分支的檢測效果一般，因6級支氣管尺寸較小，測量時可能未能達(dá)到前述測量方法所示的準(zhǔn)確位置，故可能對結(jié)果產(chǎn)生一定影響。另外，本研究結(jié)果顯示5級支氣管WA%與FEV1%的相關(guān)性高于6級支氣管。Qin等［25］利用后處理軟件ISP 9.0連續(xù)測量第3、5、9級支氣管的氣道參數(shù)，將其與肺功能進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示氣道分級越小，相關(guān)性越高，以9-LA/AA、9-WA/AA與FEV1%相關(guān)性最高，與本研究結(jié)果有差異。本研究由于技術(shù)限制，部分中重度患者處于慢阻肺氣道炎癥急性期，黏液過度分泌，管腔面積急劇減?。?6］，測量6級支氣管參數(shù)時可能測量點位置選擇不夠準(zhǔn)確，對結(jié)果產(chǎn)生一定影響。因此，肺功能檢查需和影像學(xué)檢查互補，更準(zhǔn)確提示COPD進(jìn)展情況。

本研究的局限性：由于COPD患者有時可伴有肺纖維化改變，肺纖維化在HRCT上表現(xiàn)為高衰減區(qū)，與肺氣腫區(qū)相反，因此對于肺纖維化嚴(yán)重的患者，采用HRCT肺氣腫定量指標(biāo)評估可能會對結(jié)果產(chǎn)生一定影響，后續(xù)可利用定量軟件識別肺纖維化區(qū)域進(jìn)一步研究。

綜上所述，HRCT肺氣腫定量指標(biāo)EI、MLD，氣道定量指標(biāo)WA%與肺功能具有相關(guān)性，可反映COPD的病理變化，且各指標(biāo)結(jié)果隨著病情嚴(yán)重程度不同而變化，對COPD診斷及評估提供參考價值，是肺功能檢查的重要補充。但單一影像學(xué)因素對COPD的評估準(zhǔn)確性不夠，未來可納入多重指標(biāo)進(jìn)一步研究其在COPD嚴(yán)重程度分級中的診斷效能。

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（2022-07-25收稿 2022-10-14修回）

（本文編輯 李志蕓）