胸部CT扫描吸气相和呼气相与肺小气道病变的相关性研究

刘树芳　张若曦　王立强　李雯　贾建雷　章志华



胸部CT扫描吸气相和呼气相与肺小气道病变的相关性研究

刘树芳张若曦王立强李雯贾建雷章志华

目的探讨无症状长期吸烟者肺小气道损害的患者进行吸气相CT扫描，结合呼气相HRCT扫描，评价呼气相HRCT影像表现及相关参数在诊断小气道疾病方面应用价值。方法采用70例作为吸烟试验组，采用30例不吸烟对照组，均使用螺旋CT进行胸部深吸气末CT扫描，结合深呼气末HRCT扫描，重点观察呼气末的空气潴留影像，测量及计算相关参数，统计其与小气道病变的相关性。结果本研究从性别构成上显示男性吸烟者明显高于女性比例，吸烟组与对照组肺容积参数间差异均有统计学意义(P<0.05)，分别包括吸气相肺容积、呼气相肺容积、吸气相低衰减区比例、呼气相低衰减区比例、吸气相平均肺野密度、呼气相平均肺野密度、呼气-吸气肺容积比、呼气-吸气平均肺野密度比率、呼气-吸气肺容积差和呼气-吸气平均肺野密度差;轻度与重度吸烟组的肺容积参数比较显示除Ins-LV在2组间差异有统计学意义(P<0.05)，其余参数差异均无统计学意义(P>0.05)。结论胸部呼气相HRCT扫描能够清晰的观察到空气潴留的特征表现，结合吸气相CT扫描，测量和计算相关参数等指标，对临床小气道病变的临床早期诊断具有重要意义，敏感性较高，是一种方便快捷，具有临床推广意义的的一种检查手段。

吸烟；肺疾病；小气道病变；HRCT Mosaic attenuation；空气潴留

吸烟危害健康是一个长久话题，主动吸烟与被动吸烟都会对身体健康带来损害，烟尘最主要的是给呼吸道带来直接损害，有数据显示70%以上的慢性阻塞性肺疾病患者是吸烟人群，长期吸烟会造成肺组织小气道发生病理性改变[1]，由于其早期患者可能无明显的症状，因而多数患者均未能得到早期的预防和诊治，使得肺部小气道病理改变进一步加重。通常我们医学所说的小气道是指直径<2 mm的气道，它包括终末细支气管和呼吸性细支气管，绝大多数是指细支气管而言[1]，本文目的在于利用HRCT扫描及后处理影像肺功能技术来进一步探讨早期发现和诊断吸烟造成的肺部小气道损害。本文对100例无症状吸烟者和非吸烟者行吸气末和呼气末HRCT检查，分析HRCT检查既所谓功能性HRCT显示吸烟者早期肺小气道病变的相关性，确立无症状吸烟者早期实际已经存在的肺小气道病变的HRCT评价指标，为提早预防慢性阻塞性肺疾病提供依据，明确吸烟对人体肺功能的损害。

1　资料与方法

1.1一般资料本组收集我院放射科100例行胸部CT平扫的患者，其中，30例为不吸烟对照组，70例为吸烟试验组，吸烟组入组标准为吸烟史≥2年，目前仍处于吸烟状态或戒烟时间≤2年。对照组入组标准本人不吸烟，每日接触二手烟<2 h。吸烟组与对照组均可伴或不伴咳嗽、咳痰、胸闷气短等症状，心电图及超声心动图未见异常，常规胸部X线未见弥漫病变、占位病变、胸膜病变，吸烟组70例，男44例，女26例;年龄18～77岁，平均年龄(37.4±12.1)岁;对照组30例，男10例，女20例;年龄18～65岁，平均年龄(34.4±11.6)岁。吸烟组的吸烟指数300～1 320支/年，将吸烟指数≥400支/年分类为重度吸烟组，<400支/年分类为轻度吸烟组。重度吸烟组11例，男10例，女1例;年龄15～77岁，平均年龄(57.5±10.3)岁；轻度吸烟组59例，男34例，女25例;年龄18～65岁，平均年龄(33.7±12.5)岁。

1.2方法所使用仪器为美国GE公司BrigheSpeed 16排螺旋CT扫描机，对于所有被检者均采用了深吸气末+深呼气末HRCT胸部扫描和后处理影像多组数据测定分析，扫描模式采集用1.25 mm层厚、1.25 mm间隔、重建为1.25 mm层厚，扫描条件：时间6.7 s、电压140 kV、管电流 50 mA，用高分辨率算法(即骨重建算法)重建，两肺扫描完整，选择合适当的窗宽、窗位，WW:1 000 Hu、WL:-700 Hu，扫描完成后，在GE公司所配置的4.4的工作站上，通过后处理-Histogram等程序，分别测量出每位病人吸气相和呼气相扫描后肺的体积，对每个病例的马赛克样灌注影像进行分析。

2　结果

2.1本组性别构成中发现 吸烟组男性占62.8%。重度吸烟组中男性占90.9%；轻度吸烟组，男性占57.6%。 2组间吸烟指数差异有统计学意义(P<0.01)。本研究从性别构成上男性占了很大的比例，这体现在，吸烟与不吸烟人群中，男性明显高于女性比例，占60%以上；在重度吸烟组中[吸烟指数为(804.6±24.6)支/年]，男性占的比例高达90%以上；在轻度吸烟组中[吸烟指数为(132.5±14.8)支/年]，男性占的比例低于上一组比例为57.9%，吸烟与对照组，重度吸烟组与轻度吸烟组中男、女性别比例间差异有统计学意义(P<0.01)。

2.2对吸烟组部分受试者呼气相扫描的横断面图像明显显示出典型的肺小气道病变“空气潴留”影像：患者，女，29岁，吸烟史8年，每日6支左右，为无症状吸烟者，本组图像为同一受试者吸气相与呼气相的各组对比图，其中包括上、中、下肺部的横断面图像对比，二维图像的2组对比，肺容积的曲线图对比，三维图像的一组对比，A组均为吸气相图像，B组均为呼气相图像。见图A(1～7)、B(1～7)。

A1 吸气相横断图像B1 呼气相横断图像

A2 吸气相横断图像B2 呼气相横断图像

A3 吸气相横断图像B3 呼气相横断图像

2.3吸烟组与对照组肺容积参数分析2组吸气相平均肺野密度、呼气相平均肺野密度、呼气-吸气平均肺野密度比率和呼气-吸气平均肺野密度差、吸气相肺容积、呼气相肺容积、呼气-吸气肺容积比率和呼气-吸气肺容积差、吸气相低衰减区比例、呼气相低衰减区比例相比较，差异均有统计学意义(P<0.05)。见表1。

A4 吸气相二维图像B4 呼气相二维图像

A6 吸气相肺容积曲线 B6 呼气相肺容积曲线

A5 吸气相二维图像B5 呼气相二维图像

A7 吸气相三维曲线B7 呼气相三维曲线

表1　吸烟组与对照组肺容积参数分析CT测量　±s

注：与对照组比较，*P<0.05

2.4吸烟组与非吸烟组(a)、轻度与重度吸烟组(b)肺容积参数比较吸烟与对照组中，吸气相肺容积、呼气相肺容积、呼气-吸气肺容积差、呼气-吸气肺容积比率、吸气相平均肺野密度、呼气相平均肺野密度、呼气-吸气平均肺野密度差、呼气-吸气平均肺野密度比率、吸气相低衰减区比例、呼气相低衰减区比例间差异均有统计学意义(P<0.05)。轻度与重度吸烟组的肺容积参数比较显示除吸气相肺容积在2组间差异有统计学意义(P<0.05)，其余参数差异均无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2　吸烟组与非吸烟组(a)、以及轻度与重度吸烟组(b)肺容积参数间的t检验P值

注：a组肺容积参数之间在吸烟组有显著差异，b组肺容积参数除了吸气相肺容积2组之间有显著差异，其余参数无差异

3　讨论

3.1肺部小气道病变最早提出是在1962年，是指由感染性和非感染性因素引起的原发性小气道疾病，也可能是由于大的支气管和肺实质疾病扩散而引发来的[2]。在HRCT上影像表现为呼气末肺组织密度不均匀，局部会出现三角形或楔形低密度区，分布特点为段及亚段，呼气相HRCT扫描主要是直观的显示正常与异常肺组织之间的这种微小差别[3]。

3.2本组性别构成中发现吸烟组男性占62.8%。重度吸烟组中男性占90.9%；轻度吸烟组，男性占57.6%。 2组间吸烟指数差异有统计学意义(P<0.01)。提示：这组研究从性别构成上男性占了很大的比例，这体现在，吸烟人群中，男性明显高于女性比例，占60%以上；在重度吸烟组中[吸烟指数为(804.6±24.6)支/年]，男性占的比例高达90%以上；在轻度吸烟组中[吸烟指数为)132.5±14.8)支/年]，男性占的比例低于上一组比例为57.9%。由此看来，男性吸烟的发生率远高于女性，有数据显示，中国吸烟人群中有70%以上是男性，吸烟所造成的危害，主要就是肺部小气道病变损害继而发生慢性阻塞性疾病(COPD)[4,5]，控制男性吸烟，也就降低了吸烟率。降低了男性的吸烟率，就等于降低了COPD的发病率。

3.3肺部小气道病变在HRCT中主要特征表现为呼气相的扫描会出现“马赛克灌注”或空气潴留(Air trapping)征象，此种特征表现在小气道病变中出现最多，并在HRCT图像中表现更清晰[6,7]，空气潴留分为三种类型，其中Ⅰ型：只在呼气相上出现；Ⅱ型：在呼气相和吸气相上都出现，呼气相表现明显程度更重；Ⅲ型：吸气相和呼气相均未见“空气潴留”[8]。

3.4本研究在肺容积的参数比较上发现吸烟组与对照组(a)在吸气相肺容积、呼气相肺容积、吸气相低衰减区比例、呼气相低衰减区比例、吸气相平均肺野密度、呼气相平均肺野密度、呼气-吸气平均肺野密度比率、呼气-吸气肺容积比、呼气-吸气平均肺野密度差和呼气-吸气肺容积差间差异均有统计学意义(P<0.01)。轻度与重度吸烟组的肺容积参数(b)比较显示Ins-LV在2组间差异显著(P<0.05), 在吸烟组与对照组(a)中呼气相肺容积、 呼气相低衰减区比例、呼气相平均肺野密度这3组数据具有显著统计学差异，提示我们呼气相的肺功能改变中呼气相肺容积、 呼气相低衰减区比例、呼气相平均肺野密度参数是主要和重要指标，测定其值更有利于小气道病变的检出。近年来多螺旋高分辨率CT被广泛应用于临床肺脏检查，扫描时采用的模式：层厚1.5～2 mm，其系统采用了高分辨率算法，所得的图像比普通CT更加清晰锐利。由于其具有良好的空间分辨率而无明显的重叠结构，图像清晰显示肺组织的细微结构，包括肺小叶和小叶间隔等微小结构均能从HRCT图像上观察到，使得研究者得以从图像上看到更多信息，并能细致观察肺部病变的影像特征，为明确诊断奠定了基础，为肺部病变相关的临床治疗指导了方向。在肺脏HRCT呼气相扫描用于诊断早期肺部小气道病变的新领域，发现其能够观察到小到相当于第七、八级细支气管分支的细微结构。本研究利用多螺旋HRCT给无症状吸烟者及无吸烟受试者作深呼气末+深吸气末薄层配对扫描得出的图像，进行后处理能够得出以下不同呼吸时相数据包括： 吸气相肺容积、 呼气相肺容积、吸气相低衰减区比例、呼气相低衰减区比例、吸气相平均肺野密度、呼气相平均肺野密度、呼气-吸气肺容积比、呼气-吸气平均肺野密度比率、呼气-吸气肺容积差、呼气-吸气平均肺野密度差等指标。从各项数据显示在不同呼吸状态下HRCT图像上的变化，来判断小气道的病理改变。通过计算吸气相和呼气相全肺中阈值在-1 024～-950区间的肺组织占全肺的容积百分比等指标进而帮助临床明确诊断。对患者使用多螺旋高分辨率CT是一项无创检查而且图像比较直观且精准，本研究认为这项检查可以做为肺脏发生小气道病变后的首选检查项目。其中呼气相肺容积、 呼气相低衰减区比例 、呼气相平均肺野密度三项指标是对小气道病变检出更具有诊断意义。重度与轻度吸烟组的肺容积参数比较(b)显示吸气相肺容积(P=0.006,P<0.05)在2组间具有显著差异,提示重度吸烟者对肺容积的影响高于轻度吸烟者，随着吸烟程度的的加重，肺容积在呼吸时变化程度越小，肺组织有效换气量越少，对肺组织造成的损伤越严重；所以对吸烟者早期干预是非常必要的，可有效的减少肺阻塞性疾病的发生。

3.5本研究所使用的扫描方法，图像清晰并能得到测定双时相肺容积数据，在影像学表现为“空气潴留”，其分布的位置和范围都能被我们所观察到。Stern等[9]研究者曾提出电子束CT，其在各项性能上比当前广泛使用的多螺旋CT更加强大，并应用于更多医学领域和医学研究，并能动态观察某些疾病的影像变化，尤其在肺阻塞性疾病，显示出的图像更清晰，处理各项数据更精准，有望将来被广泛应用于影像检查。有人提出，HRCT扫描中吸气相图像可能没有阳性发现，但呼气相出现空气潴留具有明显诊断意义[10,11]。通过HRCT扫描对呼吸双时相扫描后图像对比，有报道认为空气潴留可能与小支气管扩张有关[12,13]。此外，有很多研究者通过对吸气相和呼气相HRCT扫描，从而测定肺容积，用来发现其与肺功能测定数据之间的关系[14]，这要求我们在空气潴留HRCT定量研究与肺功能之间的研究有待进一步深入，进而提高高分辨螺旋CT发现肺小气道病变的敏感性[15]。

我们的研究结果表明：HRCT是早期发现因吸烟所致的肺小气道损害的首选检查方法，此项检查快捷而直观的无创检查，对指导临床治疗有重要意义。

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15Park AL,Abu-Hijleh M,Mc Cool FD.Ratio between forced expiratory flow between 25% and 75% of xital capacity and FVC is a determinant of airway reactivity and sensitivity to methacholine.Chest,2013,124:63-69.

Correlation between small airway diseases of lung and inspiratory phase as well as expiratory phase CT chest scanning

LIUShufang*,ZHANGRuoxi,WANGLiqiang*,etal.

*CTDepartment,HebeiProvincialChestHospital,Shijiazhuang050041,China

ObjectiveTo investigate the application value of inspiratory phase CT scanning combined with expiratory phase HRCT scanning in evaluating HRCT image manifestations and related parameters in diagnosis of small airway lesions of patients with long-term smoking without symptoms.MethodsSeventy patients with long-term smoking were served as smoking group,the other 30 patients without smoking were served as control group.The patients in both groups underwent chest deep inspiration end CT scanning with spiral CT combined with deep expiration end HRCT scanning to observe mainly air retention images at the end of expiration,and to measure and calculate related parameters in order to analyze the correlation between these parameters and small airway diseases.ResultsThe male smokers were significantly more than female smokers.There were significant differences in the parameters of lung volume between smoking group and control group (P<0.05), and these parameters included inspiratory phase lung volume, expiratory phase lung volume, low attenuation area ratio in inspiratory phase, low attenuation area ratio in expiratory phase, average lung field density in inspiratory phase, average lung field density in expiratory phase, ratio of expiration lung volume/inspiration lung volume,ratio of expiration average lung field density/inspiration average lung field density, the difference in lung volume between expiration and inspiration, the difference in average lung field density between expiration and inspiration. However except for inspiratory phase lung volume,there were no significant differences in the other parameters of lung volume between mild smokers and heavy smokers (P>0.05).ConclusionThe chest expiratory phase HRCT scanning can show clearly the characteristic manifestations of air retention,and chest expiratory phase HRCT scanning combined with inspiratory phase CT scanning and related parameters analysis plays an important role in early diagnosis of small airway diseases, with higher sensitivity,thus,which is a convenient and quick detection method and is worth using widely in clinical practice.

smoking; pulmonary disease; small airway disease; HRCT Mosaic attenuation; air retention

050041石家庄市，河北省胸科医院CT室(刘树芳、王立强、李雯、贾建雷、章志华)；华北理工大学(张若曦)

王立强，050041石家庄市，河北省胸科医院CT室;

E-mail:2659515835@qq.com

R 445

A

1002-7386(2016)16-2432-05

2016-03-21)

doi:10.3969/j.issn.1002-7386.2016.16.009

项目来源：河北省医学科学研究重点课题(编号：20110244)