呼气相CT定量分析COPD患者肺血管

曹宪宪，高小燕，于 楠，师美娟，魏 霞，金晨望*，郭佑民

(1.西安交通大学第一附属医院医学影像科，陕西 西安 710061；2.陕西省中医药大学附属医院影像科，陕西 咸阳 712000；3.西安交通大学医学院第二附属医院影像科，陕西 西安 710004；4.西安市第九医院呼吸内科，陕西 西安 710054)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)在全球范围内均是高患病率及高致死率的疾病[1]，约30%～70%的COPD患者伴临床意义上的肺血管疾病[2]。肺血管改变是COPD发生、发展的重要特征，也是造成肺动脉高压的关键。CT定量技术可定量测量肺血管[3-5]，既往多基于单一吸气相水平观察患者肺血管，而呼气相肺血管改变对COPD的影响尚未定论。本研究通过吸气及呼气相CT扫描定量分析COPD患者肺内血管体积(intrapulmonary vascular volume, IPVV)，观察呼气相CT定量肺血管对COPD患者的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性分析2015年3月-2016年12月Dexin-FACT“数字肺”多中心研究数据库中89例COPD患者。纳入标准：①接受肺功能检查，且吸入支气管扩张剂后第1秒用力呼气容积(forced expiratory volume in one second, FEV1)/用力肺活量(forced vital capacity, FVC)<0.70；②吸气及呼气双相胸部CT图像完整。排除标准：①既往有气管插管术或胸部手术史；②临床信息及图像数据不全；③患者呼吸配合欠佳，图像质量差；④伴胸部基础疾病，如胸廓畸形、大量胸腔积液及严重肺间质纤维化等影响软件分割。本研究获得中国临床实验注册中心批准(ChiCTR-OCH-14004904)。

1.2 仪器与方法 采用GE、Siemens、Philips 64层及以上CT扫描仪，分别行深吸气和深呼气末肺尖至肺底CT扫描。检查前对患者进行呼吸训练。扫描时患者仰卧，双臂上举抱头，头先进。扫描参数：吸气相与呼气相管电压均为100 kV，管电流采用自动调节控制，层厚1 mm,机架旋转时间0.80 s/周，螺距0.984，采用骨算法重建，重建层厚1 mm。

1.3 测量肺血管 将吸、呼气末双气相CT图像传至“数字肺”数据分析平台，采用肺血管自动测量模块分别测量吸、呼气相IPVV。具体步骤[6]：①以自适应边界行进法提取全肺(whole lung， WL)(图1A)，包括右肺(right lung， RL)及左肺(left lung, LL)；②以几何算法将WL分割成5个肺叶(图1B)，即右肺上叶(right upper lobe, RUL)、右肺中叶(right middle lobe, RML)、右肺下叶(right lower lobe, RLL)、左肺上叶(left upper lobe, LUL)及左肺下叶(left lower lobe, LLL)；③以主要曲率和方向区分肺血管与其他肺组织，自动提取并分割血管树(图1C)，计算WL及各个肺叶IPVV。

1.4 肺功能检查(pulmonary function test, PFT) 于CT检查后1周内，在患者稳定状态下行PFT。检查时嘱患者取坐位，吸入沙丁胺醇200 μg(100 μg/支,2喷)后屏气10 s，15～20 min后测定FEV1/FVC及FEV1实测值与预计值的百分比(FEV1%)。

1.5 统计学分析 采用SPSS 20.0统计分析软件。计量资料符合正态分布以±s表示，非正态分布者以中位数(上下四分位数)表示。采用配对样本t检验(正态分布)或Wilcoxon符号秩和检验(非正态分布)比较WL及各肺叶吸、呼气相IPVV差异；以Pearson(正态分布)或Spearman(偏态分布)相关系数分别评估呼、吸气相WL及各肺叶IPVV、IPVV吸呼差值(吸气相IPVV-呼气相IPVV)、IPVV吸呼比值(吸气相IPVV/呼气相IPVV)与肺功能结果的相关性；采用SteigerZ检验分析相关系数之间的差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料及PFT结果 89例COPD中，男70例，女19例，年龄35～79岁，平均(63.6±9.4)岁，平均体质量指数为(22.76±3.59)kg/m2；PFT示FEV1/FVC和FEV1%分别为51.45%±9.75%和47.00%(32.65%，65.50%)。

2.2 双气相IPVV与PFT结果的相关性 COPD吸、呼气相WL及各肺叶IPVV差异具有统计学意义(P<0.05，表1、图2)。吸气相IPVV与FEV1%仅在RML及LLL呈负相关(r=-0.25和r=-0.23，P均<0.05，表2)，与FEV1/FVC在WL及各肺叶均呈负相关(r=-0.22～-0.36，P均<0.05，表3)；呼气相IPVV与FEV1%在RUL及RLL无明显相关，在WL及其余肺叶均呈负相关(r=-0.20～-0.36，P均<0.05，表2)，与FEV1/FVC在WL及各肺叶均呈负相关(r=-0.24～-0.39，P均<0.05，表3)。WL及各肺叶IPVV吸呼差值(r=0.31～0.41，P均<0.01，表2)、比值与FEV1%呈正相关(r=0.36～0.46，P均<0.01，表2)，吸呼差值与FEV1/FVC无明显相关，吸呼比值与FEV1/FVC在RUL、RLL无明显相关，在WL及余肺叶均呈正相关(r=0.21～0.24，P均<0.05，表3)。LUL的IPVV吸呼比值与FEV1%相关性相对较高(r=0.44,P<0.01)，五个肺叶中RML的呼气相IPVV与FEV1/FVC相关性最高(r=-0.35,P<0.01)。

图1测量IPVV步骤示意图 A.提取WL； B.分割肺叶； C.提取并分割肺血管树图2患者男，50岁，COPD 双气相IPVV比较 A.WL吸气相IPVV为141.26 ml； B.WL呼气相IPVV为95.34 ml

表1 COPD双气相WL及各肺叶IPVV检测结果(ml，±s)

表1 COPD双气相WL及各肺叶IPVV检测结果(ml，±s)

呼吸气相WLRLLLRUL吸气相172.99±46.4092.34±24.2881.27±23.4633.55(26,41.16)呼气相158.71±48.8585.15±24.8074.19±25.6731.37(25.22,38.60)t/Z值5.875.196.13-3.73P值<0.01<0.01<0.01<0.01呼吸气相RMLRLLLULLLL吸气相12.46(10.23,16.94)43.56±12.7339.93±12.9941.75±14.07呼气相12.69(9.6,16.52)38.73±14.1637.54(28.09,43.81)37.35±16.54t/Z值-2.255.43-4.445.69P值0.03<0.01<0.01<0.01

2.3 双气相各部位IPVV与PFT结果相关系数的分析 WL、RL、LL、RUL、RLL及LUL相关系数差异存在统计学意义(P均<0.01)，呼气相相关性高于吸气相；双气相IPVV与FEV1/FVC相关系数差异无统计学意义(P均>0.05)(表4)。

3 讨论

本研究采用双气相CT评估COPD患者IPVV与PFT结果的关系，结果表明IPVV可定量评估COPD，且呼气相CT定量评估肺血管具有一定价值。

表2 COPD双相WL及各肺叶IPVV、IPVV吸呼差值和IPVV吸呼比值与FEV1%的相关性

表3 COPD双相WL及各肺叶IPVV、IPVV吸呼差值和IPVV吸呼比值与FEV1/FVC的相关性

表4 双气相各部位IPVV与PFT结果关系数的分析

COPD患者肺血管改变与内皮功能障碍密切相关。在烟雾、炎症、低氧等因素刺激下，肺血管内皮细胞功能紊乱，发生平滑肌细胞增生肥大、成纤维细胞表型改变等，导致肺血管结构重塑、管壁增厚，管腔狭窄甚至闭塞[7]，IPVV增大。既往研究[8]观察COPD肺血管变化多基于CT定量的二维计算方法测量COPD患者亚段及亚亚段肺血管直径和肺小血管横截面积，缺乏整体、三维观。本研究基于三维定量算法可实现自动提取和分割肺血管，在三维图像中显示肺血管，并计算IPVV。

本研究通过双气相CT定量观察COPD患者肺血管，发现不同呼吸状态下WL及各肺叶IPVV存在差异，表明呼吸状态对COPD肺血管改变存在影响，呼气时IPVV较吸气时减小；同时，双气相IPVV与PFT结果存在相关性，与既往研究[9]结果一致，提示COPD肺血管改变与其通气功能及气流阻塞程度存在关联。COPD患者吸入有害气体、颗粒引起肺部炎症反应，逐渐破坏肺组织结构，促进中性粒细胞的炎症反应，进而破坏肺实质、阻塞外周气道和收缩肺血管，使气流持续受限，降低肺的气体交换能力，产生低氧血症，损伤血管壁内皮细胞，致肺血管发生重塑改变[10]。另外，本研究亦发现吸、呼状态下IPVV改变与FEV1%相关，提示肺血管动态变化与气流阻塞存在关联；且不同肺叶IPVV与PFT的相关性略有不同，其原因在于COPD不同肺叶肺血管重塑存在差异[11]。

本研究对于双气相下各部位IPVV与PFT相关性分析结果显示，部分肺叶IPVV与FEV1%相关，其相关系数差异存在统计学意义，呼气相下相关性高于吸气相，表明采用呼气相CT定量分析肺血管较吸气相具有更高价值，以呼气相CT定量分析肺血管改变更能反映COPD患者呼气气流阻塞程度，与Fleischner协会[12]关于CT定义COPD亚型的声明相一致。近年来已有多项研究[13-14]采用双气相CT，围绕肺容积、平均肺密度及空气潴留等参数定量评估COPD。本研究利用三维定量技术直观、整体地测量肺血管，定量分析肺血管变化量，进一步证实了呼气相CT定量肺血管改变对COPD患者的应用价值。

本研究的局限性：①多中心研究，各单位检查所用CT扫描仪和肺功能仪不一致，可能影响结果；②样本量较小且无正常对照，有待进一步完善。

综上所述，基于双气相CT可定量评估COPD患者IPVV及呼吸状态下肺血管变化量，呼气相CT定量分析肺血管可为评估COPD呼气气流阻塞程度提供更多有效信息，为进一步观察COPD相关肺动脉高压肺血管改变提供新的途径。