CT定量分析与慢性阻塞性肺疾病骨骼肌变化的相关性分析

邹殿俊，许晓炜，朱晓龙，杨飞，李传贵，崔书君，朱月香

河北北方学院附属第一医院 影像中心，河北 张家口 075000

CT定量分析与慢性阻塞性肺疾病骨骼肌变化的相关性分析

邹殿俊，许晓炜，朱晓龙，杨飞，李传贵，崔书君，朱月香

河北北方学院附属第一医院 影像中心，河北 张家口 075000

目的对于慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Disease，COPD）患者行胸部CT检查，并评估骨骼肌面积与COPD的相关性，判定胸大肌面积大小与COPD患者急性加重期和体重指数的相关性。方法对ECLIPSE组共73人被纳入研究评估病人进行胸大肌面积和测量去脂肪体重的相关性分析；对COPD基因组966例基因遗传流行病学COPD实验者进行胸大肌面积与临床特点相关性分析。由放射医师在双盲下定量评估病例组和对照组胸大肌面积。结果在ECLIPSE组中，胸大肌区域与去脂体重的相关性R2为0.76。COPD实验组胸大肌面积低于对照组，在COPD基因组具有统计学意义。所有实验组胸大肌面积增大具有较高一秒用力呼气容积（FEV1）、用力肺活量（FVC），通过FEV1/FVC比值测定，表现很少有气道阻塞。在校正年龄、性别、身高、吸烟史后，显示胸大肌面积每增大1 cm2，与FEV1预测值相关性显著增加0.81%（95%CI为0.63～0.99，P＜0.001）；另外，胸大肌面积每增大1 cm2，与肺气肿相关性减少0.63%（95%CI为-0.7～-0.51，P＜0.001）。CT测量与胸大肌与SGRQ总分和SGRQ活动评分、SpO2水平、6 min步行距离、BODE指数评分、MMRC呼吸困难评分和疾病加重期具有相关性。结论CT测量检查胸大肌横断面积表明与COPD的严重性具有相关性，同时测量胸大肌面积能预测COPD的急性加重期过程及严重程度。

慢性阻塞性肺疾病；胸大肌；计算机成像；肺功能；骨骼肌

引言

慢性阻塞性肺疾病（Chronic Obstructive Pulmonary Diseas，COPD）是人类导致死亡的第三原因。大约20%患者COPD患者的表现为消耗性病态，消耗性病态与患者死亡率具有较高的相关性[1-3]。病因学研究显示患者消耗这一过程能够导致废用性肌萎缩、组织氧分压降低、激素水平减低和炎症反应，因此，引起临床医师广泛关注[4-5]。单从体重指数很难反应这一过程，因骨骼肌丢失常不伴有脂肪组织的丢失，因此，骨骼肌萎缩不能用体重指数来进行衡量。临床、流行病学和基因遗传学常用CT扫描评估肺疾病的严重程度，虽然COPD的主要研究气道和肺实质病理改变，但很少研究骨骼肌组织病理改变。相关文献报道了COPD患者肋间和腹肌横断面积减少与频繁急性加重性期COPD的相关性[6-7]。Marquis等[8]研究大腿中部肌肉横断面积预测吸烟患者的死亡率。虽然这一研究提供了令人瞩目的研究数据，但样本量较小，也没有制定CT扫描标准。本研究目的是研究应用胸部CT检查COPD患者，评估骨骼肌面积与COPD的相关性。主要研究主动脉弓水平层面的胸大肌区域（因这一层面容易识别和标准化测量），同时判定胸大肌面积大小与COPD患者急性加重期和体重指数的相关性，同CT定量分析胸大肌的变化可以定量评估COPD的严重程度，作为一种常规COPD患者愈后随访定量分析的手段。

1 临床资料与方法

1.1 临床资料

回顾性研究2011年6月～2015年6月间两组人群。对本研究73例实验者评估COPD纵向以识别预见性替代终点（Evaluation of COPD Longitudinally to Identify Predictive Surrogate Endpoints，ECLIPSE），命名为ECLIPSE组，研究病人胸大肌面积和测量去脂肪体重的相关性。应用生化电阻抗计算每一个受试者去脂肪体重，以确定去脂肪体重与胸大肌面积的相关性。其中实验组为15例，吸烟对照组为58例，平均年龄为（56.2±9.7）岁。另对966例患者进行基因遗传流行病学CODP实验，该组命名为CODP组。研究CODP组的胸大肌面积与临床特点相关性。其中，实验组为484例，吸烟对照组为482例，平均年龄为（55.1±9.5）岁。

1.2 CT扫描分析采用

Toshiba Aquilion 64排螺旋CT扫描仪，扫描参数：管电压120 kV，管电流100 mA；螺距0.175 mm，扫描准直1.2 mm，视野380 mm，以0.5 mm层厚重建。进行呼吸训练后每例受检者均于最大吸气末屏气时进行扫描，扫描范围自肺尖至肺底。图像后处理将采集图像传输至Vitrea工作站进行图像评估。

CT薄层上测量肺组织密度，CT值＜-950 HU低密度区表示为肺气肿。在工作站上测量胸大肌面积，由放射医师在双盲下定量评估病例组和对照组胸大肌面积。定量评估胸大肌面积在主动脉弓横断层面进行评估。放射医师能够清晰识别主动脉弓，然后从肺尖仔细滚动到主动脉弓层面胸大肌，见图1。使用CT值为-50～90 HU进行色度遮蔽，排除其它区域肌肉。对每一实验者进行测量，胸大肌测量采用面积（cm2）计算，左右胸大肌均在同意层面的横断位进行评估。

1.3 统计学分析

应用SPSS 19.0统计软件进行数据录入和统计分析，计量资料中正态分布以均数±标准差（x-±s）表示。计量资料组间比较采用t检验，计数资料组间比较应用χ2检验。两组采用校正多元相关平方（R2）Bland–Altman检验胸大肌面积和去脂肪体重，以及胸大肌和BMI系统偏倚。采用回归模式评估男性和女性的性别分层。校正年龄、性别和身高后，回归分析血氧饱和度（SpO2）。P＜0.05时为差异具有统计学意义。

图1 CT测量正常人和COPD患者胸大肌面积

2 结果

2.1 患者的一般特点

两组患者的一般特点，见表1。在ECLIPSE组中，58例COPD实验组和15例对照组；在COPD基因组中，484例实验组和482例吸烟对照组。实验组和对照组在肺功能和吸烟史具有显著性差异（P＜0.05）。

2.2 胸大肌面积与去脂体重相关性和放射医师间测量胸大肌面积的关系

在ECLIPSE组中，胸大肌区域与去脂体重的相关性R2为0.76，Bland-Altman检验研究显示胸大肌面积与去脂体重以及体重指数和胸大肌面积无明显系统偏倚。放射医师间胸大肌面积测量的相关性R2=0.73，Bland-Altman检验显示放射医师间在测量胸大肌面积值无明显偏倚，见图2。

2.3 胸大肌面积样本特点和双变量分析

在两种研究中，COPD实验组胸大肌面积低于对照组，在COPD基因组具有统计学意义。此外，COPD基因组中实验组女性和老年人的胸大肌面积明显比对照组减少，这可能与实验者的身高增加有关。BMI体重指数与胸大肌面积增大具有明显相关性。在GOLD分级中，GOLD 3级（平均差为 -5 cm2，95% CI为 -6.2～-3.5，P＜0.001）和 4 级（平均差为 -9.2 cm2，95% CI为 -11.1～-7.3，P＜0.001）实验组胸大肌面积明显低于吸烟对照组。GOLD 2级胸大肌面积也低于对照组，但无统计学差异（表2）。

表1 ECLIPSE组和COPD基因组实验组和对照组基本特点

图2 Bland-Altman检验结果显示胸大肌面积的相关性。

2.4 COPD胸大肌面积与肺功能测量的相关性

所有实验组胸大肌面积增大具有较高FEV1、FVC，通过FEV1/FVC比值测定，表现很少有气道阻塞。在校正，年龄、性别、身高、吸烟史，显示胸大肌面积每增大1 cm2，与FEV1预测值相关性显著增加0.81%（95% CI为0.63～0.99，P＜0.001）；另外，胸大肌面积每增大1 cm2，与肺气肿相关性减少 0.63%（95% CI为 -0.75～-0.51，P＜0.001）。虽然BMI与FVC无统计学意义，但实验者中与BMI具有一致性，见表3。

表2 COPD基因组实验组胸大肌面积的双变量分析

2.5 COPD实验者胸大肌面积与临床特点相关系

CT测量与胸大肌、SGRQ总分和SGRQ活动评分、SpO2水平、6 min步行距离、BODE指数评分、MMRC呼吸困难评分和疾病加重期具有相关性，见表3。多变量模式在校正年龄、性别、身高、一年吸烟包数和现在吸烟情况，结果显示胸大肌面积与SGRQ总分和活动评分、MMRC呼吸困难具有显著负相关性。胸大肌面积增大，SGRQ总分和活动评分减少，呼吸困难减轻，6 min步行距离增加。6 min步行距离与体重指数具有统计相关性。BMI与SGRQ评分或MMRC呼吸困难评分无显著相关性，但总体重指数增大与6 min步行距离较小具有统计学意义。

表3 COPD实验组胸大肌面积和BMI与临床特点及CT特点相关性分析

2.6 性别分层分析

本实验分析胸大肌面积和体重指数性别分析。分别研究男性和女性的胸大肌面积，其结果具有相似性。分析男性和女性体重指数，发现FVC、SGRQ活动分数和MMRC结果是相反的。

2.7 胸大肌面积与肺功能参数和临床特点相关性分析

在校正体重指数下，采用线性回归分析胸大肌面积与肺功能参数和临床特点相关性分析，见表4。胸大肌面积与所有肺功能参数和临床特点具有相关性。除BODE外，胸大肌与所有临床特点相关性是明显增加的。在校正年龄、性别、身高、一年吸烟包数和现在吸烟情况，胸大肌面积每增加1 cm2，那么相关6 min步行距离就增大12.5 m（95% CI为8.0～17.0，P＜0.001）。

表4 校正体重指数后COPD实验组胸大肌面积和BMI与临床特点及CT特点相关性分析

3 讨论

本研究表明CT测量人体胸大肌面积与去脂肪体重和COPD具有相关性，同时也表明胸大肌面积与高分级COPD的具有相关性，能够评估COPD疾病严重性，因此测量胸大肌面积比体重指数更有意义。本研究在校正体重指数后，指出胸大肌面积与COPD相关性，所以COPD不能仅依赖于体重指数。胸大肌面积大与男性、高身材、年龄轻和现在吸烟情况具有相关性，与相关报道瘦体质的胸大肌小具有一致性[9]。肺功能差和低血氧饱和度的实验者，其胸大肌面积减小，是预后不良关节指标，需要进一步进行研究。在本研究重要发现是胸大肌面积与CT表现肺气肿具有负相关性。骨骼密度与CT发现肺气肿具有相关性。Engelen等[10]也发现肺气肿患者的体重指数较低，以及矿物质含量减低。

Shoup等[11]SGRQ调查问卷显示健康相关生命质量与肥胖体质和瘦小体质具有相关性，文献研究50例呼气气道阻塞患者，瘦小体质减轻与较高SGRQ总评分和活动评分具有相关性，然而在体重低下和超体重患者具有SGRQ总评分较高。本研究发现胸大肌面积与MMRC和SGRQ具有明显负相关作用，但没有发现BMI与MMRC或SGRQ的相关性，可能因为体重与健康相关生活质量测量无相关性，这与Mostert等[12]的发现不一致。本研究还发现去脂肪体重的降低损害患者握力和SGRQ评分。另外COPD肥胖患者与较低死亡率具有一定相关性[13]，因此表明测量骨骼肌是评估COPD体质消耗重要指标。研究观察到COPD患者6 min运动距离运动能力患者的胸大肌面积较大，但体重指数较低。在校正体重指数下，评估6 min运动距离的胸大肌面积影响作用，观察到6 min运动距离与胸大肌面积具有很强相关性。在体重指数确定下胸大肌面积和体重指数的相关性R2=0.13，瘦体重和脂肪组织相关性，胸大肌面积与体重指数和6 min运动距离具有正相关性，但在吸烟者中瘦体重的脂肪量增加会损害其运动能力。

然而，体重指数和胸大肌面积与严重加重病程无相关性，可能由于484例小样本的原因。

COPD急性加重期影响胸大肌面积，胸大肌面积能够预测COPD急性加重期和死亡率，进一步应用胸大肌面积减少预测COPD的临床特点或结果的发展，有利于纵向研究[14]。COPD基因研究能够在处理纵向研究数据中提供纵向数据。COPD基因研究采用病例对照研究，具有较多优点包括，包括费用减少，简约时间和提供较方便的途径，因此病理对照组在纵向研究具有非常重要作用。COPD基因研究有利于制定入选标准，包括实验组和对照组每年吸烟的包数。在5年随访中，是对照组重要的组成部分，评估具有发展为COPD的过程，有利于研究发生率和危险性。

尽管体重指数是BODE（气道限制、呼吸困难、运动能力和体重指数）评分4个组成成分之一，但胸大肌面积与评分具有显著相关性[15]。本研究发现胸大肌面积与其他3个成分相关性比与体重指数相关性更有统计学意义，胸大肌面积与BODE也有较高相关性。CT测量胸大肌面积来预测COPD死亡率明显高于BODE。关文献研究量化评估肋间肌和股四头肌与COPD急性加重期恶化和死亡率相关性[16]，与本文研究结果具有一致性。利用胸部CT扫描来测量骨骼肌大小能够获得较多与临床相关的信息。鉴于对COPD患者的CT扫描分析，能够有效评估肺组织容积减少过程，以降低死亡率，为临床提供诊断帮助。应用这一技术能够明显减少费用和减少辐射剂量。本研究发现胸大肌面积与COPD相关临床特点具有相关性，测量胸大肌面积能够比整体去脂肪体重提供更多有用的信息，同时在控制体重指数下，测量胸大肌面积能够观察急性较重期的严重程度因此，表明胸大肌面积与去脂肪体重具有相关系和提供吸烟患者肺部的临床表现情况。

研究的局限性，首先，本研究选择单独胸大肌横断面进行研究，并没有在多个层面评估胸大肌面积，测量其容积；第二，不能够完全双盲的情况下评估胸部CT测量胸大肌面积；第三，本次实验不能完全评估人体每一部分骨骼肌的面积大小，因此没有进行上下肢骨骼肌的评估。

总之，应用胸部CT测量胸大肌横断面积研究发现，胸大肌横断面积表明与COPD的严重性具有相关性，为COPD的发病率和死亡率提供诊断价值，同时测量胸大肌面积能预测COPD的急性加重期过程及严重程度，为临床提供有效价值。然而，需进一步探究胸大肌面积与系统炎症的相关性。

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Correlation Analysis of CT Quantitative Analysis and Changes of Chest Muscle in COPD Patients

ZOU Dianjun, XU Xiaowei, ZHU Xiaolong, YANG Fei, LI Chuangui, CUI Shujun, ZHU Yuexiang
Department of Imaging, The First Affiliated Hospital of Hebei North University, Zhangjiakou Hebei 075000, China

ObjectiveTo evaluate the correlation between chest muscle area and chronic obstructive pulmonary disease (COPD) in patients with COPD, and to determine the correlation between the size of the chest muscle area and the acute exacerbation period and the body mass index of patients with COPD.MethodsA total of 73 cases in ECLIPSE group were included in the study to evaluate the association between the pectoralis major muscle and fat weight measurement. For COPD genetic group, a total of 966 COPD subjects were included to analyze the correlation between the pectoralis major area and clinical characteristics. The area of chest muscle was evaluated by the radiologists in a double blind.ResultsIn the ECLIPSE group, theR2correlation between the pectoralis major muscle area and lean body weight was 0.76. COPD experimental group of pectoralis major area was lower than that of the control group, with statistical significance in COPD genome. The entire experimental group had higher forced expiratory volume(FEV1) and forced vital capacity (FVC). The FEV1/FVC ratio showed there was very little airway obstruction. After correction of the age, gender, height and smoking history, the FEV1 predictive value of correlation was significantly increased by 0.81% (95%CI 0.63-0.99,P＜0.001) when the pectoralis major muscle area increased by 1 cm2. Correspondingly, the correlation of emphysema decreased by 0.63% (95%CI -0.7-0.51,P＜0.001). CT quantitative analysis was significantly associated with SGRQ score, SpO2score, SGRQ level, 6 min walk distance, BODE index score, MMRC dyspnea score and disease exacerbation.ConclusionThere is correlation between the CT measurement of the cross-sectional area of the large chest muscle and the severity of COPD. Besides, the measurement of the area of the chest muscle can predict the course and severity of acute exacerbation of COPD.

chronic obstructive pulmonary disease (COPD); ectoral muscle area; computed tomography imaging; lung function;skeletal muscle

R814.42

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2017.12.024

1674-1633(2017)012-0099-04

2016-11-14

2016-12-16

张家口市地震和科技局（1421137D）；河北省卫计委2017年度医学科学研究重点课题指导计划项目，慢性阻塞性肺疾病急性加重期螺旋CT与CR比较及其肺功能预测（20170796）；河北省科技厅（12276104D-22）。

崔书君，主任医师，主要研究方向为呼吸系统疾病。

通讯作者邮箱：1353152923@qq.com

本文编辑 王静