慢性阻塞性肺疾病CT定量參數改變及其與肺功能指標的關系

楊曉娜,高 婷,周嘉鑫,孫 瀟,張懷瑢,王一帆,朱 力*

(1.寧夏醫科大學臨床醫學院,寧夏 銀川 750004;2.寧夏醫科大學總醫院放射科,寧夏 銀川 750003)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)表現為氣流受限及持續呼吸道癥狀,其嚴重并發癥可進一步增加致殘率和死亡率[1],已成為全球第三大常見死因[2-3]。近年研究[4]發現,COPD相關定量CT參數可反映其嚴重程度及病程進展,且與肺功能相關。本研究觀察COPD患者CT定量指標改變及其與肺功能指標的關系。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性收集自2018年1月―2022年12月未經治療的99例穩定期COPD[5]患者,年齡31～84歲、平均(64.6±11.8)歲;均于胸部CT后2周內接受肺功能檢查,隨訪間隔時間均大于2年。本研究經醫院倫理委員會批準(KYLL-2023-0486)。

1.2 肺功能指標 使用德國Master ScreenMS Diffusion肺功能儀。測試通氣功能后,囑患者吸入沙丁胺醇400 μg,于其后第15 min檢測第1秒用力呼氣容積(forced expiratory volume in one second, FEV1)、用力肺活量(forced vital capacity, FVC)及二者比值(FEV1/FVC)和FEV1率(FEV1expressed as percent predicted, FEV1%)。根據首檢時吸入支氣管舒張劑后的FEV1%評估肺功能GOLD分級。

1.3 CT檢查及定量分析 采用Philips Brilliance iCT 256層螺旋CT儀。囑患者仰臥,于吸氣末屏氣狀態下接受全肺掃描;掃描參數:管電壓120 kV,曝光量106 mAs,探測器準直128 mm×0.625 mm,機架旋轉時間0.5 s,螺距0.993,矩陣512×512。以標準算法重建圖像,層厚、層間距均為1.5 mm,以DICOM格式存儲并上傳至圖像后處理工作站(AVIEW,時邁智能科技有限公司),經定量分析獲得全肺容積參數和肺氣腫參數,即小于-950 HU的低衰減區百分比(low-attenuation areas less than -950 percentage,LAA%)(圖1)。按照文獻[6]方法以-750 HU閾值提取肺血管,利用區域生長和加權最小生成樹算法結合方向向量場將初始血管細化為肺血管結構。重建肺血管后,于距離胸膜表面(lung surface area, LSA)6 mm處[7]獲得血管參數,包括肺血管總計數與肺表面積比值(total number of vessels per 1cm2of lung surface area, Ntotal/LSA)、截面積<5 mm2的肺血管計數與肺表面積比值(total number of vessels with area less than 5 mm2per 1 cm2of lung surface area, N<5 mm2/LSA)、肺總血管體積(total blood vessel volume, TBV)、截面積<5 mm2的肺小血管體積(blood vessel volume in vessels less than 5 mm2in cross-section, BV5)及小血管體積比值(BV5/TBV)。氣道測量參數,包括理論氣道內周長為10 mm的管壁面積平方根[8](the square root of the wall area of a hypothetical airway with a 10 mm internal perimeter, Pi10)、全肺氣道壁體積、第5與第6級小氣道Pi10、壁厚及壁面積百分比(wall area percentage, WA%),并根據體表面積(body surface area, BSA)對所獲定量參數進行標準化。由2名具有5年以上工作經驗的影像科醫師共同核對數據,分析異常值并刪除缺失值。

1.4 統計學分析 使用SPSS 26.0統計分析軟件。以±s描述正態分布計量資料,采用單因素方差分析進行多組間比較,以配對t檢驗比較首檢和隨訪肺功能指標及CT參數;以中位數(上下四分位數)描述偏態分布計量資料,采用Kruskal-WasllisH檢驗進行多組間比較;采用Bonferroni法進行事后比較。以例(%)描述計數資料,多組間行χ2檢驗。采用Pearson相關性分析檢驗CT定量參數與肺功能指標的相關性,以│r│≥0.4為存在線性相關。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 基本資料 肺功能檢測顯示36例FEV1%≥80% (GOLD 1級,氣流輕度受限,A組),37例50%≤FEV1%<80% (GOLD 2級,氣流中度受限,B組);以18例30%≤FEV1%<50% (GOLD 3級)和8例FEV%<30% (GOLD 4級)為氣道明顯受限(C組)。各組患者性別、年齡、BMI及吸煙史差異無統計學意義(P均>0.05,表1)。

2.2 肺功能指標 首檢及隨訪中,B、C組肺功能指標FVC、FEV1及FEV1%預計值,以及C組FEV1/FVC%均低于A組(P均<0.05);C組肺功能指標FEV1、FEV1%預計值及FEV1/FVC均低于B組(P均<0.05)。見表2。

表2 99例COPD患者首檢及隨訪肺功能指標比較

2.3 CT定量參數

2.3.1 氣道參數 首檢和隨訪中,各組全肺容積差異均無統計學意義(P>0.05);LAA%隨氣流受限程度加重而升高、Pi10隨氣流受限程度加重而升高(P均<0.05);B、C組全肺氣道壁體積均高于A組(P均<0.05),而B、C組間差異無統計學意義(P均>0.05);各組間第5級和6級氣道Pi10、氣道壁厚和氣道WA%差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表3。

表3 不同程度氣流受限 COPD患者首檢及隨訪CT定量氣道參數比較

2.3.2 肺血管參數 首檢和隨訪時,B、C組Ntotal/LSA及N<5 mm2/LSA均低于A組(P均<0.05),而B、C組間差異無統計學意義(P均>0.05)。各組TBV、BV5及BV5/TBV差異均無統計學意義(P均>0.05)。詳見表4。

表4 COPD不同程度氣流受限組間首檢及隨訪CT定量肺血管參數比較

2.4 CT定量參數與肺功能指標的相關性 COPD患者全肺容積與FVC呈正相關(r=0.41,P<0.05),LAA%與FEV1%及FEV1/FVC呈負相關(r=-0.55、-0.70,P均<0.001),Pi10與FVC、FEV1及FEV1%呈負相關(r=-0.42、-0.41、-0.41,P均<0.001),全肺氣道壁體積與FVC(r=-0.40,P<0.001)和FEV1%(r=-0.42,P=0.020)呈負相關。Ntotal/LSA與FVC、FEV1及FEV1%呈正相關(r=0.45、0.43、0.42、P均<0.001);N<5 mm2/LSA與FVC及FEV1呈正相關(r=0.46、0.43,P均<0.001)。

2.5 縱向變化 隨訪中各組肺功能FVC、FEV1及FEV1/FVC,以及CT定量指標Ntotal/LSA及N<5 mm2/LSA均低于首檢(P均<0.05);各組LAA%、Pi10及全肺氣道壁體積均高于首檢(P均<0.05)。見圖2。首診全肺容積、TBV、BV5、BV5/TBV以及第5級氣道壁面積百分比與隨訪結果差異均有統計學意義(P均<0.05),但各組趨勢不通。各組隨訪與首檢第5級和6級氣道Pi10、壁厚及第6級氣道壁面積百分比差異均無統計學意義(P均>0.05)。

圖2 各組COPD患者CT定量參數縱向變化 A.Ntotal/LSA; B.N<5 mm2/LSA; C.Pi10; D.全肺氣道壁體積; E.LAA%

3 討論

COPD為進行性疾病,肺功能隨病程進展逐漸下降[9-10]。本研究隨訪結果顯示,肺功能FVC、FEV1、FEV1/FVC均較前降低,提示病程進展,但難以客觀反映疾病嚴重程度;利用定量CT指標可動態觀察氣道、血管等肺內細微結構,為評估疾病進展提供客觀依據。

長期缺氧、慢性炎癥等可使肺血管收縮、重構。隨COPD進展,肺組織遠端血管收縮伴血管床破壞、減少,隨之出現肺動脈高壓[11-12],肺組織近端血管增寬、容積增加。本研究隨訪結果顯示,Ntotal/LSA、N<5 mm2/LSA與首檢相比呈下降趨勢,并與肺功能呈一定程度正相關(r=0.45、0.46,P均<0.05);而肺血管體積指標(TBV、BV5、BV5/TBV)小于首檢,與ESTéPAR等[13]的結果一致。

隨著肺實質被破壞,肺泡和小氣道附著喪失、肺彈性回縮減少,可致肺氣腫及氣道重塑[14]。LAA%可反應肺氣腫程度。本研究間隔2年進行隨訪,發現未經治療COPD患者LAA%較首檢上升,且與肺功能結果呈負相關,符合既往研究[15]所見。除肺氣腫外,COPD還可發生氣道重塑導致持續氣流受限,氣道壁組織增厚與其進展密切相關[16]。Pi10可衡量氣道壁厚度并準確檢測氣道重塑。CHARBONNIER等[17]報道,隨訪顯示COPD 患者Pi10和全肺氣道壁體積與首檢相比呈增大趨勢;本研究結果與之相符。

本研究發現,相比A組,B、C組首檢與隨訪所獲LAA%、Pi10、全肺氣道壁體積、Ntotal/LSA及N<5 mm2/LSA等CT定量參數均存在差異,其中LAA%及Pi10差異隨氣流受限程度而升高,而B、C組間全肺氣道壁體積、Ntotal/LSA及N<5 mm2/LSACT等參數結果無明顯差異,支持COPD早期階段肺功能下降比晚期更為迅速[18]的觀點;且氣道、血管炎癥和肺氣腫所致肺實質破壞均可使肺部CT測值呈非線性變化,符合COPD具有高度異質性的特點[19]。

綜上,定量CT參數LAA%、Ntotal/LSA、N<5 mm2/LSA、Pi10及全肺氣道壁體積能較好地反映COPD所致氣道和血管縱向變化,并與肺功能指標相關。但本研究為單中心回顧性觀察,樣本量較小且僅針對吸氣相胸部CT,有待進一步完善。

利益沖突:全體作者聲明無利益沖突。

作者貢獻:楊曉娜查閱文獻、統計分析、撰寫文章;高婷研究實施、數據分析;周嘉鑫圖像處理;孫瀟圖像分析;張懷瑢圖像分析;王一帆修改文章;朱力研究設計、指導、審閱文章。