呼吸气双相HRCT成像对不同COPD表型的定量评估

史维雅，杭晶卿 ，张志勇，张锋英

（1.上海市普陀区人民医院，上海 200060；2.复旦大学附属中山医院放射科，上海 200032）

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一种临床表现多 种多样的异质性疾病[1]。目前临床普遍采用的肺功能测定反映的仅仅是肺整体功能，不能全面反映疾病的复杂性，难以准确区分肺气肿、气道病变或两者共同作用。应用CT定量分析COPD患者肺功能，已经成为国内外研究的热点。本研究将应用双相HRCT扫描（即吸气相结合呼气相）定量测定COPD肺气肿及气道病变所致的气体陷闭，研究CT定量参数在不同COPD表型中的差异，并与肺功能做相关性分析，确定临床可行性的CT应用参数。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选取2013年4月—2015年12月来我院呼吸科就诊，临床及肺功能检查确诊的稳定期COPD患者91例，临床诊断参照2013年GOLD标准[2]并排除其他慢性心肺疾病、胸膜疾病等。患有急性肺炎、气胸、胸腔积液、肺实变或不张、胸廓变形、哮喘、肺间质纤维化、肺肿瘤、肺结核、胸部手术史等不纳入本研究。所有入选者肺功能监测和CT检查均在2天内完成。

1.2 肺功能检查

取坐位，套上咬嘴，夹闭鼻子。测定肺功能参数：包括第1秒用力呼出容量（FEV1）、用力呼气第1秒量的实测值占预计值的百分比（FEV1%）和第1秒率（FEV1/FVC）。

1.3 HRCT 检查

嘱患者仰卧，分别做一次吸气相扫描和一次呼气相扫描，要求患者最大限度吸气或呼气然后屏气配合扫描。CT机型为Siemens SOMATOM Definition AS+128层螺旋CT，扫描参数：管电压120 kV，有效管电流 50 mAs， 准直器宽度 128×0.6 mm，FOV 300 mm，螺距 1.1，旋转时间 0.5 s，层厚 1 mm，层间距1 mm，扫描由肺底至肺尖。

1.4 CT图像视觉评估

肺气肿程度的评估：观察主动脉弓为中心的上肺野、气管隆突为中心的中肺野和下肺静脉心房入口处为中心的下肺野的图像（图1a～1c）。在双侧上、中、下肺野中，根据低衰减区的百分比（Percent low attenuation areas，%LAA） 计算肺气肿分值，%LAA＜5%计 0分，5≤%LAA＜25%计 1分，25≤%LAA＜50%计 2分，50≤%LAA＜75%计 3分，%LAA≥75%计 4分。将双侧上、中、下肺野6个层面的肺气肿分值相加得出总分，并对肺气肿进行分级：0级，总分=0分；1级，总分=1～6分；2级，总分=7～12分；3级，总分=13～18 分；4 级，总分=19～24 分。支气管管壁增厚的评估：支气管管壁/相邻肺动脉直径≥30%，即可判定为支气管管壁增厚。

图1 a～1c 肺气肿程度的评估示例，分别为主动脉弓为中心的上肺野、气管隆突为中心的中肺野和下肺静脉心房入口处为中心的下肺野。Figure 1a～1c.CT images showed the upper lung field centred of aortic arch and the middle lung field centred of tracheal carina and the lower lung field centred of lower pulmonary vein atrium entrance for evaluation of emphysema'respectively.

根据肺气肿分级和有无支气管管壁增厚，将COPD分为3个表型：A型：无肺气肿或轻微肺气肿（肺气肿分级≤1级），不考虑是否伴有支气管管壁增厚；E型：明显的肺气肿（肺气肿分级≥2级），不伴有支气管管壁增厚；M型：明显的肺气肿（肺气肿分级≥2级），合并支气管管壁增厚。将所有图像传输到PACS诊断工作站上，由2名高年资放射科医生进行双盲法阅片，评估意见不一致的，由2名医师共同评估取得一致性意见。

1.5 CT图像定量分析

CT 图像采用 3D Slicer软件（www.Slicer.org）定量分析。该软件由美国Brigham女子医院开发、作为医学图像可视化的平台免费开放。重点分析4项参数：%LAA-950ins（低衰减区小于-950 HU在吸气相上的百分比）；%LAA-856exp（低衰减区小于-856 HU在呼气相上的百分比）；RVC-856to-950（-856 HU至-950 HU之间的低衰减区的肺容积在呼气相与吸气相上的相对差值），计算公式：RVC-856to-950=-856 HU至-950 HU之间的低衰减区在呼气相上的百分比——856 HU至-950 HU之间的低衰减区在吸气相上的百分比；E/I-ratio MLD（呼气相与吸气相的平均肺密度比值）。

1.6 统计学方法

对3组COPD表型患者的年龄、性别、吸烟指数、肺功能及CT定量参数应用Stata 12.0软件进行统计分析。对数据资料符合正态分布者采用均数±标准差表示，偏态分布用中位数、第25百分位数及第75百分位数即M（P25～P75）表示。资料符合正态分布及方差齐性时，多组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用Bonferroni法，不符合上述条件时，多组间比较采用Kruskal-Wallis检验，两两比较采用秩变换分析。资料符合正态分布及方差齐性时，CT定量参数与肺功能的相关性采用直线相关分析，不符合上述条件时，则采用Spearman相关分析。双侧检验，P＜0.05 认为差异有统计学意义，P＜0.01 认为差异有显著统计学意义。

2 结果

91例患者的一般及肺功能资料分析见表1。其中A型50例，E型23例，M型18例，各组年龄分别为（70.8±9.8）岁、（70.3±9.3）岁和（70.4±8.8）岁。 女性患者占比和不吸烟者比例在A型组中最高。3组的吸烟指数组间差异无统计学意义。FEV1、FEV1%、FEV1/FVC值在A型、E型和M型组中依次减少。FEV1%、FEV1/FVC 在各组间均有显著差异（P＜0.01）。

表1 3组COPD表型患者的一般及肺功能资料（n=91）

91例患者的CT定量参数分析见表2：%LAA-950ins、%LAA-856exp值在A型、E型和M型组中依次增加，且3组间的差异具有统计学意义。RVC-856to-950在各组中的均数都为负数，其绝对值在A型组中最大，E型组中次之，M型组中最小。E/I-ratio MLD在各组中的均数大于90%，小于100%。E/I-ratio MLD值在A型、E型和M型组中依次增加。RVC-856to-950和E/I-ratio MLD的3组间差异的统计学分析具有一致性，即在A型与E型、A型与M型的组间差异具有统计学意义，E型和M型的组间差异无统计学意义。

表2 3组COPD表型患者的CT定量参数比较（n=91）

A型组中50例患者的肺功能与CT定量参数的相关性分析见表3。%LAA-950ins与肺功能参数之间无相关性，%LAA-856exp、RVC-856to-950、E/I-ratio MLD分别与肺功能参数间呈负相关，且有统计学意义。其中，E/I-ratio MLD与FEV1%之间的负相关性最强（γ=-0.588，P=0.000）。

表3 A型组COPD患者肺功能与CT定量参数的相关系数与P值（n=50）

E型和M型组中的患者共41例，其肺功能与CT定量参数的相关性分析见表4，各个CT定量参数与肺功能参数之间呈显著负相关（P＜0.01）。RVC-856to-950 与 FEV1 之间的负相关性最强（γ=-0.669，P=0.000）。

表4 E型和M型组COPD患者肺功能与CT定量参数的相关系数与P值（n=41）

3 讨论

COPD以不完全可逆的气流受限为特征，是气道重建和肺气肿共同作用的结果[1，3]，两种病理改变在不同患者中所占的比例不同。临床上普遍采用的肺功能测定反映的仅仅是整体肺功能，当肺组织破坏30%以上时，肺功能才会出现异常[4]，而CT成像更敏感且直观化，有助于分型和定量分析。

Fujimoto[5]对于COPD的形态学变化做了CT视觉评估，研究了CT图像与临床特征之间的关系，将COPD分为3种表型：A型、E型和M型。本研究采用上述视觉评估体系对COPD进行分型。

CT定量测定COPD肺气肿时，用低衰减区来代表肺气肿区域。尽管CT阈值的设定存在争议[6]，-950HU被广泛采用，不仅能平衡敏感性与特异性[7]，而且与显微镜观及大体观有较强的相关性[8]，尤其在吸气相，因而本研究采用%LAA-950ins来测定肺气肿程度。COPD的气流受限除肺气肿外，还应考虑气道病变对其的影响。气道阻塞主要发生在直径＜2 mm的小气道，表现为呼气末肺组织的气体潴留，而吸气末CT扫描和临床肺功能无异常改变[9]。%LAA-856exp可以代表气体陷闭所占的区域。吸气相上正常肺密度约为-856 HU，呼气相上肺密度小于-856 HU则代表不充分的空气排空，但上述测量参数混杂了肺气肿因素[10]。Matsuoka等[11]提出排除肺气肿因素后能更好地评估COPD患者的小气道阻塞，采用RVC-856to-950测定，发现其与临床肺功能测定气体陷闭的参数呈较强相关性[12]。Mets等[13]则发现E/I-ratio MLD与生理性气体陷闭呈较强相关性。

本研究中，临床肺功能参数在A型、E型和M型组中依次减少，提示M型的COPD疾病程度重，E型次之，A型最轻。与之相对应的是，测定肺气肿的CT参数%LAA-950ins在A型、E型和M型组中依次增加，提示M型的肺气肿程度最重，E型次之，A型最轻。女性患者和不吸烟者在A型组中比例最高，与国内学者[14]研究结果一致。3组的吸烟指数组间差异无统计学意义，可能与E型与M型组的样本量较少有关。

RVC-856to-950反映的是低衰减区在呼气与吸气末时的相对容积改变，因而为负数，符合它本身的定义。E/I-ratio MLD代表呼气相与吸气相的平均肺密度比值，气体陷闭程度越重，值越接近100%。本研究中，RVC-856to-950和E/I-ratio MLD的统计学分析具有一致性，均提示A型组的气体陷闭程度最轻，E型与M型组的气体陷闭程度的组间差异无统计学意义。%LAA-856exp值在A型、E型和M型组中依次增加，且3组间的差异均具有统计学意义，这与RVC-856to-950和E/I-ratio MLD的分析不完全一致，可能是因为%LAA-856exp混杂了肺气肿因素。

在A型组患者中，肺气肿对气流受限的影响相对较少[15]，所以代表肺气肿的CT参数%LAA-950ins与肺功能参数之间无相关性。E型和M型组中，各个CT定量参数与肺功能参数之间呈显著负相关，符合E型和M型病理生理特点，即肺功能下降受肺气肿及小气道阻塞的共同作用的影响[16]。

本研究的局限性在于：①E型与M型组的样本量较少，可能带来统计偏差；②呼吸气双相HRCT扫描时，尽管降低了管电流（50 mAs），但患者所受的辐射剂量与常规胸部CT的辐射剂量未作对比研究。

综上所述，3组COPD表型的CT定量参数不同。CT肺气肿指标（%LAA-950ins）、气体陷闭指标（%LAA-856exp、RVC-856to-950 和 E/I-ratio MLD）可以作为评估COPD肺功能的有效参数。将来的研究有待于增加样本量对COPD患者进行纵向随访观察。