CT肺密度和肺氣腫體積對肺癌患者術后肺功能及肺部并發癥的相關性分析

徐志富 張燕妮 沈占賢 王錫麗

肺癌是全球癌癥死亡的主要原因之一,手術切除是局限性肺癌患者的首選療法,對待手術患者進行肺評估,可確定圍手術期并發癥風險[1]。美國胸科醫師學會的指南指出,肺癌患者應在術前測量一秒鐘用力呼氣量(forced expiratory volume in one second,FEV1)和一氧化碳彌散量(diffusing capacity of carbon monoxide,DLCO)。如FEV1和DLCO≥預測值的60%,患者并發癥風險較低,如FEV1或DLCO<預測值的60%,建議通過定量肺部掃描或心肺運動試驗進一步評估[2]。肺氣腫在解剖學上定義為終末細支氣管遠端空間的異常永久性擴大,平均肺密度測定常用于評估慢性肺氣腫肺實質破壞的程度和嚴重性[3]。研究顯示,CT肺密度測定和肺氣腫的組織學分級與肺癌肺葉切除術患者的肺功能變化有關,肺氣腫程度較高的患者中,肺葉切除術后肺功能降低幅度更大[4-5]。本研究旨在探討CT肺密度和肺氣腫體積分析對肺癌患者術后肺功能及肺部并發癥的相關性。

資料與方法

一、一般資料

本研究為回顧性病例分析,選取2022年4月至2023年4月診治的肺癌患者。納入標準:①年齡18～75歲。②經病理診斷為原發性肺癌。③行手術切除治療。④臨床資料完整。排除標準:①全肺切除術。②既往肺部手術史。③合并其他原發腫瘤者。④胸腔積液、肺段或肺葉肺不張、>3 cm的肺大皰、CT圖像顯示肺纖維化。共納入患者77例,其中男性54例(70.13%),女性23例(29.87%),年齡30～76歲,平均年齡(60.24±6.75)歲,腺癌49例,鱗狀細胞癌28例,腫瘤位于右肺上葉16例、中葉7例、下葉17例,左肺上葉21例、下葉16例,低分化13例、中分化19例、高分化45例,肺葉切除術40例(51.95%),肺部分切除術37例(48.05%)。吸煙者44例(57.14%),高血壓患者17例(22.08%)、冠心病患者8例(10.39%),糖尿病患者5例(6.49%)。本研究經醫院倫理委員會批準(HB20201599),所有患者均簽署知情同意書。

二、計算機斷層掃描

增強CT胸部掃描使用64排螺旋CT進行,靜脈注射造影劑后,在仰臥位吸氣結束時屏氣,期間掃描胸部區域。使用自動推注跟蹤軟件在位于胸主動脈上方的感興趣區域觸發閾值為100HU的圖像采集。使用OsiriX數字分析程序進行肺密度和體積測量。根據預先確定的密度閾值,使用圖像分割軟件對肺實質進行分割。肺衰減閾值限制為-400～-1024 HU,用于排除肺部周圍的軟組織。衰減值小于-950HU的區域定義為功能不良的肺氣腫[6]。計算每個片段體積和密度的定量測量值,計算每例患者的肺氣腫體積和肺密度。

三、肺功能測試

肺功能檢查在術后1周時采用運動氣體代謝分析儀(MasterScreen CPX)測量FEV1、用力肺活量(forced vital capacity,FVC)、FEV1/FVC比率、最大呼氣中段流量(mean mid-expiratory flow between 75% and 25% of the FVC,MMEF25%-75%)、用力呼出50%肺活量時的平均呼氣流速(maximum expiratory flow at 50% ofthe FVC,MEF50%)、最大呼氣峰流速(peak expiratory flow,PEF)和用力呼氣時間(forced expiratory time,FET)、DLCO和肺泡容積校正的DLCO(DLCO/VA),所有肺功能數據均以患者年齡、性別和身高預測值的百分比表示。

四、結果定義

術后并發癥定義為手術后30天內發生的并發癥。肺部并發癥包括:肺炎定義為>38°C的發熱持續48h,影像學顯示肺部炎癥改變,細菌培養陽性。大葉性肺不張:胸片或支氣管鏡檢查發現的由于粘液堵塞引起的肺不張。胸腔積液:胸片或CT掃描顯示胸腔積液,需要胸腔置管。持續漏氣:術后肺部漏氣導致>7天的胸腔閉式引流。

五、統計學分析

結 果

一、術前CT參數結果與術后肺功能測量值

77例患者FEV1%預測值:(72.73±11.61)%,FVC%預測值:(81.46±9.71)%,FEV1/FVC:(78.52±12.49)%,DLCO%預測值:(66.82±17.34)%,MMEF25%-75%預測值:(77.8±10.7)%,MEF50%預測值:(96.56±1.95)%,PEF%預測值:(94.64±18.32)%,FET:(96.71±16.93)S,DLCO/VA%預測值:(89.50±4.33)%。總肺容量:(4446.32±1672.76) cm3,右肺容積:(2309.43±912.33) cm3,左肺容積:(2136.83±848.92) cm3,肺氣腫體積所占比例:(5.27±1.49)%,肺密度:-(730.64±273.41)HU。

二、術前CT參數與術后肺功能測量值的相關性

術后FEV1%預測值、DLCO%預測值、FEV1/FVC、MMEF25%-75%預測值、MEF50%預測值和DLCO/VA%預測值與術前肺密度成正相關,與術前肺氣腫體積顯著負相關(均P<0.05)。術后FVC%預測值和PEF%預測值與術前肺密度和肺氣腫體積無相關性(均P>0.05)(見表1)。

表1 術后肺功能測量值與術前CT參數的相關性

三、術前CT肺密度和肺氣腫體積的ROC曲線

共24例(31.17%)患者術后發生肺部并發癥:肺炎2例、肺葉不張8例、胸腔積液4例、持續漏氣10例。ROC曲線顯示肺密度的AUC為0.898(95%CI:0.810～0.985,P<0.001),臨界值為-787.5 HU,敏感度和特異度分別為86.96%和81.48%(kappa=0.682,P<0.001),陽性預測值和陰性預測值分別為0.80(95%CI:0.659～0.896)和0.88(95%CI:0.750～0.950)。肺氣腫體積的AUC為0.878(95CI:0.776～0.980,P<0.001),臨界值為5.41%,敏感度和特異度分別為84.00%和80.00%(kappa=0.645,P<0.001),陽性預測值和陰性預測值分別為0.81(95%CI:0.667～0.901)和0.83(95%CI:0.696～0.919)(見圖1)。

圖1 A:平均肺密度預測肺部并發癥的ROC曲線;B:肺氣腫體積預測肺部并發癥的ROC曲線

四、影響術后肺部并發癥的Logistic回歸分析

以性別(賦值:男=1,女=0)、年齡(實際值)、吸煙(賦值:是=1,否=0)、手術類型(賦值:肺葉切除術=1,肺部分切除術=0)、病變位于上葉(賦值:是=1,否=0)、合并基礎疾病(賦值:是=1,否=0)、肺氣腫體積(賦值:>5.41%=1,<5.41%=0)和肺密度(賦值:<-787.5HU=1,>-787.5HU=0)為自變量,以是否發生肺部并發癥(賦值:是=1,否=0)為因變量,進行Logistic回歸分析,將單因素分析中P<0.05的變量納入多因素分析,回歸方法為“進入-條件”。結果顯示,術前肺氣腫體積>5.41%和肺密度<-787.5HU是術后肺部并發癥的獨立危險因素(見表2)。

表2 影響術后肺部并發癥的單因素和多因素Logistic回歸分析

討 論

解剖性肺切除術是早期肺癌患者的唯一治愈性療法,術后肺部并發癥發生率為12%～50%,死亡率為2%～12%[7]。本研究中77例患者共24例術后發生肺部并發癥,肺部并發癥發生率31.17%,與上述研究結果相似。本研究排除了有肺部手術史和胸腔積液病史的患者,因為此類患者會導致肺體積測量錯誤。此外,由于限制性肺疾病的減容作用,有肺纖維化CT表現的患者也被排除在外。

肺癌患者中吸煙者和存在呼吸道疾病者比率較高,術前采取肺部評估,對患者進行風險分層具有重要意義[8]。肺氣腫的特征是末端細支氣管及遠端氣道破壞,是肺癌患者常見的肺部合并癥,可在肺切除手術后引起肺部并發癥[9]。胸部CT是診斷肺癌分期和確定能否手術的主要方法,可以更準確地反映功能肺組織的體積,在測定早期肺氣腫方面優于肺活量檢查[10],研究表明,定量CT在預測術后肺功能方面比肺活量測量更加準確,與灌注顯像具有良好的一致性[11]。肺氣腫在CT上表現為異常低衰減區域,不同研究的肺氣腫衰減閾值范圍為-900～-950 HU左右[12-13],Koo等[6]調查了進行增強CT檢查的患者,發現-950 HU的衰減閾值與肉眼可見的肺氣腫有較強相關性,本研究中,所有患者均采用增強CT檢查,根據上述研究選擇-950 HU的肺衰減閾值來區分肺氣腫和正常肺實質,相關性分析顯示,術后FEV1%預測值、DLCO%預測值、FEV1/FVC、MMEF25%-75%預測值、MEF50%預測值和DLCO/VA%預測值與術前肺密度成正相關,與術前肺氣腫體積成負相關,多項研究發現,術前肺氣腫體積和肺密度與術后FEV1和DLCO有顯著相關性[14-15]。

在CT圖像上,-400～-1024 HU的衰減值可限制周圍組織對肺實質的影響[16-17]。Karimi等[18]研究了目前吸煙的慢性阻塞性肺疾病患者肺實質炎癥的肺密度,將-750～-900 HU的區域代表正常范圍內密度較高的肺組織,以量化肺部疾病的早期體征,該研究結果顯示,吸煙者比從不吸煙者的肺密度更大,吸煙者的肺密度與全身炎癥和支氣管肺泡灌洗液中細胞濃度的測量有關。本研究ROC曲線顯示,肺密度預測術后肺部并發癥的AUC為0.898,臨界值為-787.5 HU。肺氣腫體積預測術后肺部發病率的AUC為0.878,臨界值為5.41%,Logistic回歸顯示,肺氣腫體積>5.41%,肺密度<-787.5HU的患者術后肺部并發癥發生率較高。對于肺切除手術患者來說,持續漏氣會增加肺炎、膿胸的風險,是導致住院時間延長的常見術后并發癥,因住院時間過長還可能增加血栓栓塞風險[19-20]。本研究有10例術后持續漏氣患者,占術后肺部并發癥的比率最高,這可能是因為肺氣腫患者的潛在肺基質在手術中更容易受到損傷,需要更長的時間才能愈合,在肺氣腫體積較大、密度較低的患者中,這種并發癥顯著增加。

本研究樣本量較小,隊列主要由輕度至中度肺氣腫患者組成,可能不適用于患有嚴重疾病者,盡管排除了CT上有纖維化特征的患者,但可能無意中包括了有早期細微變化的纖維化肺病患者,并且本研究的相關性可能不適用于同時患有纖維化肺病的患者。此外,CT圖像采集是在吸氣結束屏氣時進行的,但可能部分患者沒有或無法遵守,這會改變肺容量和密度的測量。肺密度和肺氣腫體積的測量值由CT掃描獲得,方便經濟,不需要修改檢查方案、額外暴露于電離輻射或增加掃描時間。綜上所述,術前CT肺密度和肺氣腫體積與肺癌患者術后肺功能相關,肺氣腫體積>5.41%和肺密度<-787.5 HU是術后肺部并發癥的獨立危險因素。