MSCT双相扫描定量分析COPD患者小气道重塑与肺功能相关性

暴 锐,鄂林宁,吴 山,武志峰*

(1山西医科大学医学影像学系,太原 030001;2山西大医院影像中心CT室;*通讯作者,E-mail:wuzhifeng2004@126.com)



MSCT双相扫描定量分析COPD患者小气道重塑与肺功能相关性

暴 锐1,鄂林宁2,吴 山2,武志峰2*

(1山西医科大学医学影像学系,太原 030001;2山西大医院影像中心CT室;*通讯作者,E-mail:wuzhifeng2004@126.com)

目的 应用MSCT双相扫描定量分析小气道相关参数与肺功能指标的相关性及其临床应用价值。 方法 收集76例COPD患者,采用128层螺旋CT分别于深吸气末和深呼气末对患者行全肺扫描;在不超过1周内行肺功能检查;应用后处理软件测量每位患者左肺上叶尖后段、右肺上叶尖段、左肺下叶后基底段、右肺下叶后基底段小气道壁厚度(WT)、管腔面积(AI)、断面总面积(AT),并计算壁面积(WA)、壁面积百分比(WA%);采用Pearson相关分析法分析吸气相和呼气相小气道各参数与肺功能指标的相关性。 结果 吸气相和呼气相小气道WT、AI、WA、WA%与肺功能FEV1、FEV1/FVC%均有相关性,且呼气相下小气道各参数与肺功能指标的相关系数高于吸气相;呼气相下双肺下叶小气道各参数与肺功能指标的相关系数高于双肺上叶。 结论 MSCT呼吸双相小气道相关参数与肺功能指标有相关性,通过对呼吸双相及不同部位小气道定量测量可以反映COPD患者气流受限程度及部位。

慢性阻塞性肺疾病； 多层螺旋CT； 呼吸功能试验

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)是一种以气流受限为特征的疾病,气流受限不完全可逆,呈进行性发展,由小气道病变和肺实质破坏组成[1]。随着CT技术的不断发展,已能够对COPD患者气流受限的主要部位即小气道进行测量,为COPD的早期发现和量化提供更多有价值的信息。本研究旨在探讨COPD患者小气道各参数与肺功能指标的相关性,为多层螺旋CT(muti-slice spiral computer tomography,MSCT)评价COPD患者气流受限程度及病变范围提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究对象

本研究共收集2016-01～2016-10在山西大医院就诊并经临床检查确诊为COPD患者76例,年龄48-79岁,男71例,女5例,平均(64.5±8.4)岁。COPD诊断标准根据2016版慢性阻塞性肺病全球倡议标准[2],除外胸廓畸形、胸部手术史、肺部肿瘤、支气管哮喘等影响肺功能的疾病。

1.2 CT检查方法

对每位患者进行深呼吸及屏气训练,对能够顺利完成呼吸训练的患者采用西门子SOMATOM Definition AS 128层螺旋CT分别于深吸气末和深呼气末进行低剂量双相扫描,扫描范围由肺尖至肺底,扫描参数:管电压120 kV,参考管电流时间乘积50 mAs,螺距因子1.0,层厚与间隔均为5 mm,重建1 mm、间隔1 mm数据传输至工作站。

1.3 肺功能检查

所有患者均在与CT扫描间隔不超过一周时间内进行肺功能检查。采用德国Jeager Master Screen Body肺功能仪,患者取坐位,在吸入支气管舒张剂后测定第1秒用力呼气量FEV1,第1秒用力呼气量占用力呼气肺活量的百分比FEV1/FVC%。

1.4 图像处理

将重建层厚1 mm肺窗图像传入GE ADW4.6后处理工作站,调整窗宽至1 500 HU,窗位-500 HU,每位患者分别选取左肺上叶尖后段、右肺上叶尖段、左肺下叶后基底段、右肺下叶后基底段4个位置内径<2 mm且在轴位图像上呈垂直断面的小气道,在显示器上放大后测量壁厚度(WT)、管腔面积(AI)、断面总面积(AT)(见图1),并计算壁面积(WA)、壁面积百分比(WA%)。每项指标取不同气道测量3次,取平均值。

A.测量小气道壁厚度(WT)B.测量小气道管腔面积(AI)C.测量小气道断面总面积(AT) 图1 COPD患者小气道测量参数Figure1 MeasurementofsmallairwayparametersofCOPDpatients

1.5 统计学分析

采用SPSS20.0统计软件进行分析。计量资料用均数±标准差表示,因变量均为随机变量,呈双变量正态分布,用Pearson相关分析法分析吸气相和呼气相小气道各参数与肺功能指标的相关性,统计结果以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 肺功能指标的小气道参数测量结果

76例COPD患者肺功能指标FEV1和FEV1/FVC%结果分别为1.47±0.60，(49.52±9.23)%;吸气相下不同部位所有小气道WT、AI、WA、WA%的测量结果分别为(1.23±0.25)mm，(2.27±0.81)mm2，(8.82±1.80)mm2，(79.66±5.68)%,吸气相下小气道WT、AI、WA、WA%的测量结果分别为(1.29±0.23)mm，(1.93±0.69)mm2，(9.02±2.30)mm2、(82.12±4.84)%;呼吸双相不同部位小气道各测量参数差异无统计学意义(见表1)。

2.2 相关性分析

用Pearson相关分析法分析吸气相和呼气相小气道各参数与肺功能指标的相关性，结果显示:吸气相和呼气相下小气道WT、AI、WA、WA%与肺功能FEV1、FEV1/FVC%均有相关性(P<0.05),且WT、WA、WA%与肺功能FEV1及FEV1/FVC%呈负相关,AI与肺功能FEV1及FEV1/FVC%呈正相关;各参数与肺功能指标的相关系数呼气相要高于吸气相(见表2)。

部位WT(mm)AI(mm2)WA(mm2)WA%(%)吸气相呼气相吸气相呼气相吸气相呼气相吸气相呼气相右肺上叶尖段1.19±0.221.22±0.202.27±0.742.25±0.938.53±1.599.13±2.0779.02±5.9680.46±5.05左肺上叶尖段1.24±0.261.30±0.232.33±0.981.81±0.579.19±2.068.54±2.0580.00±5.9482.49±3.26右肺下叶后基底段1.29±0.311.33±0.202.26±0.651.69±0.458.84±1.728.48±1.9779.75±4.3582.34±6.24左肺下叶后基底段1.23±0.211.33±0.292.21±0.901.83±0.458.71±1.869.92±2.8579.87±6.6383.20±4.26

呼气相小气道WT、AI、WA、WA%与肺功能测量指标的相关系数双肺下叶高于双肺上叶(见表3)。

表2 吸气相、呼气相小气道参数与肺功能指标相关性

Table 2 Correlation between small airway parameters and PET index in the inspiration and expiration

指标统计指标吸气相呼气相WTAIWAWA%WTAIWAWA%FEV1r-0.5080.465-0.457-0.457-0.5210.482-0.535-0.613P0.0260.0450.0490.0490.0220.0370.0180.005FEV1/FVC%r-0.5800.544-0.501-0.523-0.5820.566-0.672-0.598P0.0090.0160.0290.0220.0090.0120.0020.007

表3 呼气相双肺上叶、下叶小气道参数与肺功能指标相关性

Table 3 Correlation between small airway parameters and PET index in the lower lobe and upper lobe at the expiration CT

3 讨论

3.1 COPD评估的现状

COPD患者的基本病理表现为小气道的慢性炎症和肺实质破坏,小气道慢性炎症引起气道壁损伤和修复过程反复发生,导致小气道重塑,出现气流受限,最终影响患者的肺功能[3]。目前COPD的诊断金标准为肺功能测定,但肺组织具有强大的代偿功能,只有当破坏达30%以上才会出现临床症状和肺功能的异常,而MSCT检查可以间接从解剖结构角度评价小气道功能,明确小气道病变位置及程度,可对早期、轻微的COPD做出诊断,并发现病变严重程度及受累肺组织范围[4-6]。

3.2 MSCT双相扫描评估COPD患者小气道重塑的诊断价值

国外研究显示气道壁面积、管腔面积与肺功能参数的相关系数随着支气管级别的增高而增大[7，8]。通常将管腔内径≤2 mm的支气管称为小气道,正常情况下气流阻力小,但较大气道易阻塞,由于受CT层厚及空间分辨率影响,多数研究采用测量大气道相关参数间接反映小气道异常,难以对小气道的改变实行精确测量;随着CT技术的不断发展,CT图像上能直接观察到小气道的变化,从而更加准确地反映COPD患者小气道狭窄、阻塞的病理生理改变。

本研究采用128层螺旋CT对COPD患者进行高分辨扫描及薄层重建,其空间分辨率高,提高了对小气道病变的检出。从表2小气道参数与肺功能测量结果相关性分析结果显示,吸气相和呼气相下小气道WT、AI、WA、WA%与肺功能FEV1、FEV1/FVC%均有相关性,说明小气道重塑与肺功能密切相关,MSCT吸气、呼气双相扫描对于评价COPD患者小气道变化是可行的,气道壁厚、管腔面积、壁面积及壁面积百分比可以作为反映COPD患者肺功能变化的指标,且WT、WA、WA%与肺功能FEV1及FEV1/FVC%均呈负相关,AI与肺功能FEV1及FEV1/FVC%呈正相关,即COPD患者肺功能FEV1及FEV1/FVC%越小,WT、WA、WA%越大,而AI越小,说明随着小气道重塑,气道管壁增厚,管腔狭窄,支气管壁面积所占百分比增加,导致小气道狭窄闭塞而造成COPD患者气流受限。

通过吸气相及呼气相小气道相关参数与肺功能指标的相关性分析,可知小气道各测量参数与肺功能FEV1及FEV1/FVC%的相关系数呼气相下要高于吸气相,说明COPD患者在吸气相与呼气相气流受限程度存在差异。随着气流受限程度的逐渐加重,小气道在吸气时开放,而在呼气时小气道由于没有软骨支撑而闭合,因此呼气相小气道狭窄不但包括由于气道炎症导致的管壁增厚、管腔狭窄造成的固定狭窄,又包括呼气时管腔塌陷所致的动力性狭窄[4]。因此,CT双相扫描能更全面及动态地反应COPD患者小气道病变的情况。

以往研究多选取右肺上叶尖段支气管进行测量研究,是由于右肺上叶尖段位置较固定,解剖变异少,且与扫描平面垂直,但COPD患者气道病变的位置并不固定,对单一气道的评估并不能反映全肺内气道病变的情况,故本研究选取了双肺上叶及下叶多部位的气道同时测量分析,能更加全面地评估患者小气道病变的范围和程度[9]。由表2得出的结论可知:小气道参数与肺功能指标的相关系数呼气相要高于吸气相,因此选取了相关性更好的呼气相进行了上叶与下叶小气道参数与肺功能的相关性分析。表3结果显示呼气相小气道WT、WA、WA%与肺功能FEV1及FEV1/FVC%相关系数双肺下叶高于上叶,说明双肺下叶气道壁增厚对于肺功能的影响较肺上叶大。据Heussel等[10]的报道,双上肺的气体交换作用要比下肺小,对肺功能的影响较小,即使双上肺组织破坏较严重,肺功能的指标可能改变较小;本研究结果与此结果相符。

3.3 研究的局限性

本研究样本量较少,且未考虑体质量指数对于气道定量参数的影响,从而对结果的判定有一定的影响。

总而言之,MSCT双相扫描能够有效评价COPD患者气道改变及气流受限,明确病变部位和程度,从而为临床诊断、治疗提供重要信息。

[1] Galban CJ,Han MK,Boes JL,etal.Computed tomography-based biomarker provides unique signature for diagnosis of COPD phenotypes and disease progression[J].Nat Med,2012,18(11):1711-1715.

[2] 路明,姚婉贞.慢性阻塞性肺疾病防治全球倡议2016解读[J].中华医学杂志,2016,96(34):2689-2691.

[3] 中华医学会呼吸病学分会慢性阻塞性肺疾病学组.慢性阻塞性肺疾病诊治指南(2013年修订版)[J].中华结核与呼吸杂志,2013,36(4):255-264.

[4] 叶文婧,宋琳,郭雪君.多层螺旋CT在评估慢性阻塞性肺疾病及支气管哮喘患者小气道功能方面作用的研究进展[J].国际呼吸杂志,2015,35(5):380-383.

[5] Roy K,Smith J,Kolsum U,etal.COPD phenotype description using principal components analysis[J].Respir Res,2009,10(1):41.

[6] 黄宇婷,刘翱.HRCT定量测量与慢性阻塞性肺疾病表型的关系[J].中华肺部杂志:电子版,2015,8(2):105-107.

[7] Yamashiro T,Matsuoka S,Estepar RS,etal.Quantitative assessment of bronchial wall attenuation with Thin-Section CT:an indicator of airflow limitation in chronic obstructive pulmonary disease[J].Am J Roentgenol,2010,195(2):363-369.

[8] Hasegawa M,Nasuhara Y,Onodera Y,etal.Airflow limitation and airway dimensions in chronic obstructive pulmonary disease[J].Am J Respie Crit Care Med,2006,173:1309-1315.

[9] 管宇,范丽,夏艺,慢性阻塞性肺疾病患者小气道重塑及肺叶水平肺气肿的CT定量分析及其与肺功能的相关性研究[J].中国医学影像技术,2015,31(2):181-185.

[10] Heussel CP,Achenbach T,Buschsieweke C,etal.Quantification of pulmonary emphysema in multislice-CT using different software tools[J].Rofo,2006,178:987-998.

Relationship between small airway remodeling and pulmonary function in chronic obstructive pulmonary disease patients quantitatively analyzed by MSCT in the inspiration and expiration

BAO Rui1,E Linning2,WU Shan2,WU Zhifeng2*

(1DepartmentofMedicaiImagingofShanxiMedicalUniversity,Taiyuan030001,China;2CTDivision,ImagingCenter,ShanxiDayiHospital;*Correspondingauthor,E-mail:wuzhifeng2004@126.com)

ObjectiveTo explore the relationship between quantitative analysis of small airway parameters and pulmonary function tests(PFT)by MSCT scan in the inspiration and expiration.MethodsA total of 76 patients with chronic obstructive pulmonary di-sease(COPD)were enrolled.For each patient,CT scan was performed in deep inspiration and expiration.And pulmonary function tests were performed in less than a week.Pose-processing software was used to measure the wall thickness(WT),airway luminal area(AI),and airway outer area(AT)of apical segment of the right upper lobe,apicoposterior segment of the left upper lobe,posterobasal segment of the right lower lobe,posterobasal segment of the left lower lobe,and then the airway wall area(WA)and the percentage of airway wall area(WA%)were calculated.The Pearson rank test was used to assess the correlation of small airway parameters in the inspiration and expiration with PET index.ResultsThe WT,AI,WA,WA% of small airway were correlated with PET index in inspiratory and expiratory CT.The correlation coefficients between small airway parameters at expiratory CT and PET index were higher than those at inspiratory CT.And at the expiratory CT,the correlation coefficients between small airway parameters in the lower lobe and PET index were higher than those in upper lobe.ConclusionApplication of MSCT in the inspiration and expiration to quantitatively measure small airway parameters can reflect the extent and range of airflow limitation in COPD patients.

chronic obstructive pulmonary diseases； muti-slice spiral computer tomography； respiratory function tests

暴锐,女,1988-04生,在读硕士,E-mail:youxiang3087@163.com

2016-12-07

R563

A

1007-6611(2017)04-0348-04

10.13753/j.issn.1007-6611.2017.04.010