CT定量评估肺气肿的研究进展

方 元，管 宇，夏 艺，范 丽，刘士远，肖湘生

(第二军医大学附属长征医院影像科，上海 200003)

CT定量评估肺气肿的研究进展

方 元，管 宇，夏 艺，范 丽，刘士远，肖湘生*

(第二军医大学附属长征医院影像科，上海 200003)

肺气肿是指肺部终末细支气管远端出现的异常持久扩张，伴有肺泡壁和细支气管破坏但无明显的肺纤维化，晚期时严重影响呼吸功能，病死率高。目前临床上常用肺功能检查(PFT)评价肺气肿，但其具有一定局限性。CT可较好地显示肺气肿的分布、程度和范围，其对肺气肿的定量评估主要有主观半定量法和客观法。随着CT技术的发展，其定量评估肺气肿的准确率越来越高，并与PFT具有良好的相关性。采取CT定量评估与PFT相结合的方式可更加全面地评价肺气肿，更好地指导临床诊治。

体层摄影术，X线计算机;肺气肿；定量；肺功能检查

肺气肿是指肺部终末细支气管远端出现异常持久的扩张，伴有肺泡壁和细支气管破坏而无明显的肺纤维化[1]，是慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease， COPD)的最常见表现。由于肺气肿破坏肺泡壁局部导致肺泡数量和肺内有效气体交换面积减小，肺弹性回缩力降低，可引起不可逆的气流受限，后期严重影响肺功能，病死率较高[2]。因此，早期、准确地评估肺气肿对改善预后及降低死亡率具有十分重要的意义。随着MSCT和高分辨率CT(high resolution CT， HRCT)的出现，CT已成为定量评估肺气肿的理想工具[3-4]。本文就CT定量评估肺气肿的研究进展做一综述。

1 CT定量评估肺气肿

目前临床常采用肺功能检查评估肺气肿患者的肺功能，但其影响因素众多，如年龄、性别、体质量指数、测定时间及操作手法等，且可重复性差[5]。因此利用CT定量评估肺气肿成为研究热点。CT不仅能诊断肺气肿，还能定量分析肺气肿的分布及范围[6-7]。

1.1视觉评价及主观半定量评分法 最初对肺气肿的评估主要基于影像医师对图像的主观评价和以视觉评分为基础的主观评分半定量法。视觉评分即在常规厚层(5～10 mm)扫描结束后分别在主动脉弓、气管隆突及下肺静脉开口处层面加扫3层HRCT，代表上、中、下肺野，再根据低衰减区(low attenuation area， LAA)的范围做出评价并记分和分级[8-9]。这种半定量评分法简单易行，且无需另行购买计算软件。但也有多项研究认为，半定量评分法评估肺气肿的特异度及敏感度有限。如Van Rikxoort等[10]的研究表明，基于HRCT的视觉评估法和客观法在评估结果上存在差异；Bankier等[11]也发现，与大体病理比较，主观评分法在多数患者中作出了过度估计，并且阅片者间存在诊断差异。总之，由于主观因素的介入，视觉评价及主观半定量评分法或多或少地低估或高估肺气肿的严重程度，故对肺气肿的评价价值有限[6]。

1.2 客观量化评估 CT客观定量分析肺气肿的指标主要有像素指数(pixel index， PI)、平均肺密度值和肺容积指标[12]，因此肺气肿的客观定量方法也主要有三大类：PI法、密度分析法和容积测定法。

1.2.1 PI法 PI法也称密度屏蔽法或阈值限定法，即选取特定阈值，使低于该阈值的LAA发亮，由计算机计算LAA所占全肺容积的百分比，称为PI，也称肺气肿指数(emphysema index， EI)。阈值的选取是PI法定量分析的关键，不同的研究运用了不同的阈值。Müller等[13]选取10 mm层厚的图像进行定量分析，并将结果与大体病理进行对比，发现阈值取-910 HU时，所得结果与病理具有良好的相关性(r=0.89)。Gevenois等[14]则采用1 mm层厚，在吸气末对肺气肿患者进行扫描，并选取不同阈值(-900～-970 HU，每间隔10 HU设定1个阈值)进行定量评估，同样将结果与病理标本进行比较，发现阈值为-950 HU时所得EI值与病理相关性好。Gu等[15]设定层厚及层间隔均为0.625 mm，于吸气末对肺气肿患者进行扫描，采取-910 HU和-950 HU两个阈值进行量化分析，并与肺功能进行比较，发现两者在预测肺功能参数方面并无明显差异(P>0.1)。因此，关于肺气肿阈值的选定目前尚无统一的标准，应根据不同的扫描设备及扫描参数(如层厚、层间隔、重建算法等)进行选择，合适的阈值是准确评估肺气肿的前提和基础。目前的研究多采用吸气末-950 HU(薄层)和-910 HU(厚层)两种阈值[16-17]。

1.2.2密度分析法 主要有平均肺密度(mean lung desity， MLD)法和直方图法。肺密度指给定肺野内所有像素的平均CT值。随着容积CT的出现，计算机可以对选定层面或特定肺叶乃至全肺进行MLD定量，从而更好地指导临床[18]。由于肺组织的CT值是由肺内气体、血液和肺组织的含量比所决定[19]，因此MLD反映肺通气状态、血液量、血管外液体量及肺组织的综合密度。呼吸状态和肺野的变化均会导致MLD的变化，故MLD在鉴别肺内不均一病变中存在很大局限性。李而周等[20]利用Pulmo计算机软件对130例肺气肿患者及80例对照组进行肺密度测定，分别选取3个代表性层面(肺尖、肺门及横膈)的平均CT值作为全肺MLD，结果发现，与对照组比较，肺气肿组的MLD有不同程度减低(2=49．884，P<0．001)，且以弥漫性肺气肿的减低幅度最为明显；而对于局限性肺气肿或一些单纯性肺大疱患者，其MLD未见明显减低。因此，MLD量化评估肺气肿具有一定的局限性。MLD常需与密度直方图法相互配合。直方图法又称百分率法，即计算机对CT图像进行分析后，将肺内所有像素CT衰减值的分布情况进行统计，以直方图的形式表现，并在直方图上选定某个点或范围，低于这个点或范围的区域即定义为肺气肿[21]。正常肺的直方图曲线为正态或近似正态分布的曲线。研究[8]认为，正常的肺密度直方图曲线为-750～-850 HU；Hayhurst等[22]研究表明，肺气肿患者的肺密度直方图分布曲线较正常曲线明显“左移”，为-900～-1 000 HU。此外，Johnson 等[19,23]的研究表明，肺大疱患者的密度直方图呈双峰样改变，与正常曲线的单峰有明显差异。这些均说明密度直方图和肺气肿病变具有相关性。由于低于阈值的区域定义为肺气肿，因此直方图阈值的取值是关键。Dirksen等[24]以第1～50百分位数作为阈值进行评估,发现第10～20百分位数的阈值在肺气肿密度的纵向研究中的变异度最低、相关性最强，故目前研究通常采用第15百分位数作为直方图阈值。

1.2.3容积测定法 随着CT技术的发展，计算机能够利用阈值设定、分割技术和VR等后处理方法对肺部容积进行测定，测量指标通常包括深吸气末肺容积(Vin)、深呼气末肺容积(Vex)、容积差(Vin-ex)及容积比(Vex/in)[25-27]。邹利光等[28]通过对正常人及肺气肿患者进行CT肺容积测定并与肺功能检查指标进行比较，发现Vin和Vex分别与肺功能检查中的肺总量(total lung capacity，TLC)、残气量(residual volume， RV)有良好的相关性(r均=0．89)，而Vin-ex则与用力肺活量(forced vital capacity，FVC)的相关性较好(r=0．64)。其他研究[29-31]也表明，容积测定参数与肺功能参数间具有较好的相关性(r=0.59～0.92)。而Brown等[32]除了对两者的相关性进行研究外，还对CT容积测量参数和肺功能检查的TLC、RV进行统计学比较，发现CT容积测量参数较肺功能检查具有更好的可重复性。需要注意的是，CT容积测量参数并不等同于肺功能所测得的容积参数，由于体位的不同(肺功能检查为坐位，CT检查为仰卧位，仰卧位时肺容量可减少约500 ml)，以及CT在容积测定时自动去除大气道内约100 ml的容积，因此CT测定值实际上小于肺功能检查的测定值[12]，但由于两者间具有良好的相关性，而CT适用于某些不耐受肺功能检查的人群，且具有很好的可重复性，因此目前CT容积测定越来越多地用于临床作为PFT的补充[33]。

2 CT量化评估肺气肿的影响因素

2.1呼吸状态 不同的呼吸状态导致肺组织舒缩以及通气、血流状况不同，相应的肺密度也不同。Lamers等[34]利用呼吸门控(肺活量触发)技术进行扫描，发现对于肺气肿患者，其吸气水平的不同并不显著影响肺密度的测定，但对于健康人群，不同的呼吸状态其平均肺密度参数有统计学差异。随着研究的深入，双气相(吸气-呼气相)扫描技术开始出现，其对于空气潴留的显示具有重要意义。由于正常人肺组织在吸气末和呼气末时衰减值相差约200 HU，因此呼气相肺密度增加在100 HU以内，则提示有空气潴留。Lee等[35]的研究认为，双气相肺密度差值取60 HU是提示空气潴留的最佳阈值。其他多项研究[36-38]也证实利用双气相扫描技术进行定量评估与肺功能检查参数具有很高的相关性。

2.2 CT扫描参数 CT扫描参数如管电压、管电流、层厚、层间隔及重建算法等[39]也可影响CT定量评价肺气肿。由于肺气肿分布的不均一性，某些小范围或局限性肺气肿直径常<5 mm，因此较大的层厚及层间隔难以对早期或局限性肺气肿进行定量评估[40]。Mishima等[41]研究认为，扫描层厚为2 mm，管电流≥200 mAs评估肺气肿最适合。随着迭代重建技术的出现，利用低剂量、甚至超低剂量对肺气肿进行量化评估也成为可能。Nishio等[42]研究表明，利用迭代重建技术进行超低剂量扫描(120 kV，10 mA)，所得到的CT定量参数与常规剂量扫描所得的CT定量参数具有较好的一致性。Hochhegger等[43]研究发现，与首次评估对比，随访时以标准算法及高分辨率重建算法定量评估肺气肿患者会增加CT定量测量中EI的变异性。其他研究[39]也表明不同的重建算法会影响肺气肿CT定量评估的准确率和一致性。

2.3 年龄 Soeijima等[44]研究表明，随受检者年龄的增加，其CT图像上低于-960 HU的区域明显增加，尤其在中、下肺野。

3 小结

肺功能检查作为传统肺功能的评价方式，有其自身优势，但也存在局限性，而CT定量评估在一定程度上弥补了肺功能检查的不足，对肺气肿的定量评估有巨大潜力。随着研究的不断深入，CT定量评估的准确性率也将会越来越高，从而能更好地运用于临床，与肺功能检查相互配合，准确、全面地评估肺气肿，指导临床个性化诊疗和随访观察。

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Research progresses in CT quantitative assessment of emphysema

FANGYuan，GUANYu，XIAYi，FANLi，LIUShiyuan，XIAOXiangsheng*

(DepartmentofRadiology，ChangzhengHospitaloftheSecondMilitaryMedicalUniversity，Shanghai200003，China)

Emphysema is the abnormal expansion of the terminal bronchioles, and accompanied by the destruction of alveolar walls and bronchioles with no obvious pulmonary fibrosis. The mortality of emphysema is extremely high with the impairment of respiratory function in advanced stage. Pulmonary function test (PFT) has some limitations in assessment of emphysema. CT scan shows a good reflection in distribution, degree and scope of emphysema. The methods of CT quantitative assessment are divided into subjective semi-quantitative method and objective method. With the improvement of CT technology, the accuracy of CT quantitative assessment is higher, and has a good correlation with PFT. CT quantitative assessment combined with PFT can make a more comprehensive evaluation of emphysema and can guide clinical diagnosis and treatment.

Tomography, X-ray computed; Emphysema; Quantification; Pulmonary function test

国家自然科学基金重点项目(81230030)、国家自然科学基金面上项目(81370035)、国家自然科学基金青年项目(81501470、81501618)、上海市浦江人才计划(15PJD002)。

方元(1986—)，男，云南昭通人，硕士，医师。研究方向：胸部影像诊断。E-mail： yuanfangderen159@163.com

肖湘生，第二军医大学附属长征医院影像科，200003。

E-mail： cjr.xiaoxiangsheng@vip.163.com

2016-07-08

2016-10-26

R563.3; R814.42

A

1003-3289(2017)01-0132-05

10.13929/j.1003-3289.201607039