定量CT对比观察轻-中度慢性阻塞性肺疾病及哮喘

夏亭亭，尤晓婷，梁嘉敏，郑吴熙，邓恩昕，李靖煦，刘远明，关玉宝*

(1.广州医科大学附属第一医院放射科，广东 广州 510120；2.东莞市人民医院放射科，广东 东莞 523059；3.深圳市智影医疗科技有限公司，广东 深圳 518000)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease, COPD)与支气管哮喘(简称哮喘)均是以气流受限为特征的慢性气道炎症性疾病，主要病理学特征是小气道炎症、肺实质破坏及空气潴留，且长期小气道炎症可导致气道重塑[1]。两种疾病早期阶段临床无症状或症状轻微，不易引起重视，相关研究较少[2-3]。本课题组前期观察了两种疾病近端气道结构[4]，但并未进行分度。本研究对比分析轻-中度COPD(mild-to-moderate COPD， mtmCOPD)及轻-中度哮喘(mild-to-moderate asthma， mtmAs)患者近端气道参数、肺气肿及空气潴留指数，观察其气道结构及CT肺功能特点。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2014年1月—2019年3月30例就诊于广州医科大学附属第一医院的稳定期mtmCOPD患者(mtmCOPD组)，男23例，女7例，年龄24～69岁，平均(53.1±9.1)岁。依据2013年COPD诊断、管理和预防全球战略的分级标准[5]，轻度10例，中度20例。按照相关纳入及排除标准[6]及2012年GINA轻-中度哮喘标准[7]，于2013年3月—2018年10月69例稳定期哮喘患者中纳入30例mtmAs(mtmAs组)，男17例，女13例，年龄30～64岁，平均(47.9±9.3)岁。自2013年3月—2018年门诊体检健康人群中招募30名志愿者作为健康对照组，男18名，女12名，年龄29～57岁，平均(49.8±10.6)岁。本研究获得医院伦理委员会批准，所有受试者对研究内容均知情同意。

1.2 仪器与方法 扫描前对受试者进行呼吸训练，尽可能降低其呼吸程度的差异。采用Toshiba Aquilion 16层螺旋CT机行低剂量呼吸双相CT扫描，参数：管电压120 kV，管电流30 mAs，螺旋因子0.938，X线球管转速0.5秒/转，矩阵512×512，层厚1.0 mm；吸气相自肺底到肺尖、呼气相自肺尖到肺底扫描。

1.3 定量CT分析 以美国阿波罗公司全自动化软件VIDA Appollo Version 2.0进行三维气道分析[3,5]及CT肺功能定量分析(图1)。

选取吸气相右肺上叶尖段(RB1)、右肺下叶后基底段(RB10)及左肺下叶后基底段(LB10)支气管作为观察气道的靶支气管，记录第3级靶支气管中点处管腔面积(lumen area， LA)、管壁面积(wall area， WA)、管壁厚度(thickness， T)及管壁面积百分比(WA%)，并计算得到支气管管壁总面积(total area， TA，TA=LA+WA)。用体表面积(body surface area，BSA)对LA、WA、TA及T进行校正，BSA(m2)=0.006 1×身高(cm)+0.012 8×体质量(kg)—0.152 9。所有定量CT气道参数均为RB1、RB10及LB10的均值。

将呼吸双相原始DICOM数据导入软件，自动进行肺部组织分割，将肺组织与纵隔、大血管、气管、胸壁组织分割开来，并自动输出一系列相关肺功能参数。记录肺气肿指数，包括呼吸双相体素指数小于-950 HU、-910 HU肺容积占总肺容积的百分比，即呼吸双相VI-950(%)及VI-910(%)；吸气相低于总肺体素15%的HU值，即吸气相Perc15[7-8]。空气潴留指数包括呼气相平均肺密度(mean lung density， MLD)；呼气相体素指数小于-856 HU时肺容积占总肺容积的百分比，即VI-856(%)；呼、吸双相平均肺密度之比(MLD E/I)；呼、吸双相体素指数小于-856 HU时肺容积占总肺容积百分比的变化量[VI-856E-I(%)]；呼、吸双相体素指数介于-856 HU与-950 HU之间时，肺容积占总肺容积百分比的变化量[VI-856/-950E-I(%)]。

1.4 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。符合正态分布的数据用±s表示，非正态分布数据用中位数(四分位数间距)表示。采用Levene法对多样本方差齐性进行检验。对3组独立样本，方差齐使用完全随机设计的单因素方差分析，方差不齐采用秩和检验(即Kruskal-WallisH检验)，组内两两比较采用Bonferroni校正。对于两组独立样本，服从正态分布时用独立样本t检验，否则用Wilcoxon秩和检验。分类资料比较采用χ2检验。P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 基线资料 mtmCOPD组患者吸烟指数明显大于mtmAs组(P<0.01),而3组性别、年龄、BMI及BSA差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表1。

2.2 mtmCOPD组、mtmAs组及健康对照组定量CT近端气道参数比较 mtmAs组平均LA/BSA小于健康对照组(P=0.04)，而mtmCOPD组与健康对照组、mtmCOPD组与mtmAs组差异均无统计学意义(P均>0.05)。mtmAs组平均WA%大于健康对照组(P<0.01)，而mtmCOPD组与健康对照组、mtmCOPD组与mtmAs组差异均无统计学意义(P均>0.05)。3组间平均WA/BSA、平均TA/BSA及平均T/BSA差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表2。

2.3 mtmCOPD组、mtmAs组及健康对照组肺气肿指数及空气潴留指数比较 mtmCOPD组吸气相及呼气相VI-910(%)及VI-950(%)均大于健康对照组(P均<0.01)，而mtmCOPD组与mtmAs组、mtmAs组与健康对照组差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表3。mtmCOPD组呼气相MLD绝对值、呼气相VI-856(%)及呼气相MLD E/I均大于健康对照组(P均<0.05)，而mtmCOPD组与mtmAs组、mtmAs组与健康对照组差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表4。

图1 CT肺功能定量分析 前2列分别为吸气相及呼气相CT扫描横轴位图，第3列显示吸气相体素指数小于-950 HU的低衰减区域，代表肺气肿区；第4列显示呼气相体素指数小于-856 HU的低衰减区域，代表空气潴留

表1 3组基线特征值比较(±s)

表1 3组基线特征值比较(±s)

组别男/女(例/名)年龄(岁)体质量指数(kg/m2)BSA(m2)吸烟指数(包/年)mtmCOPD组 (n=30)23/753.1±9.124.36±5.671.70±0.1312.5(34.37)∗mtmAs组(n=30) 17/1347.9±9.323.12±3.411.65±0.140(0.02)∗健康对照组(n=30) 18/1249.8±10.623.78±3.551.68±0.210χ2/F/Z值3.012.050.610.69-4.90P值0.240.140.550.50<0.01

注：*：中位数(四分位数间距)

表2 3组吸气相第3级支气管定量CT气道各测量参数比较(±s)

表2 3组吸气相第3级支气管定量CT气道各测量参数比较(±s)

组别LA/BSA (mm2/m2)WA/BSA (mm2/m2)TA/BSA (mm2/m2)T/BSA (mm2/m2)WA%mtmCOPD组 (n=30)10.93±2.58∗18.30±3.3429.23±5.790.88±0.0963.02±2.34mtmAs组(n=30)10.81±3.2018.61±4.2329.42±7.330.91±0.1163.85±2.48∗健康对照组(n=30)12.56±2.9819.94±2.9232.51±5.680.93±0.1061.55±3.54F值4.241.822.541.785.07P值0.040.170.080.18<0.01

注：*：与健康对照组比较，P<0.01

表3 3组肺气肿指数比较[中位数(四分位数间距)]

注：*：与健康对照组比较，P<0.01

表4 3组空气潴留指数比较[中位数(四分位数间距)]

注：*：与健康对照组比较，P<0.05

3 讨论

对于COPD及哮喘患者气道结构改变既往已有文献报道[3,7-13],但鲜有对于两种疾病在早期阶段的相关研究报道[2-3]。哮喘患者气道重塑的主要原因是其LA小于COPD，气道基底膜及平滑肌较COPD患者更厚，血管更多[14]，且气道结构改变在哮喘及COPD疾病早期已经开始。KOSCIUCH等[2]对mtmCOPD及哮喘患者的气道参数与肺功能参数进行相关性分析，结果显示，哮喘患者气道壁增厚的主要原因是空气潴留指数增加，COPD气道壁增厚导致更高的气道阻力和反应性；同时，COPD患者气道壁增厚与吸烟有关。KOSCIUCH等[3]在放大的横断面图像上测量mtmCOPD及哮喘患者支气管外径1.0～5.0 mm时的气道相关指标，并对外径<2.0 mm和外径>2.0 mm的气道分别进行分析，发现哮喘患者支气管壁较COPD更厚。本研究中，mtmCOPD组与mtmAs组之间管壁厚度(T/BSA)差异无统计学意义，可能与本研究针对近端气道(段支气管)，支气管外径均>2.0 mm有关。本课题组前期对哮喘患者近端气道结构的研究结果[5]显示，mtmAs患者近端支气管LA/BSA小于健康对照组，而WA%大于健康对照组，但差异无统计学意义。

国外相关报道[8]显示，在哮喘和COPD患者中，肺功能受损与空气潴留密切相关；同时，哮喘患者肺功能受损还与近端气道狭窄(即LA/BSA减小)有关，但该研究并未涉及mtmCOPD及哮喘的肺气肿及空气潴留指数。本研究结果显示，相比健康对照者，mtmCOPD患者存在明显肺气肿及空气潴留，而mtmAs患者肺气肿及空气潴留均不明显，提示mtmCOPD患者肺组织破坏，造成肺内较多气体潴留，而mtmCOPD及mtmAs之间肺气肿及空气潴留指数无明显差异。

本研究的主要局限性：采用呼吸双相CT，分别于最大吸气末屏气及最大呼气末进行屏气扫描，但受试者吸气及呼气程度不同，存在一定个体差异；设置呼吸门控虽可显著减小这种差异，但已有研究[15-16]表明，定量CT扫描的重复性较高，通过设置呼吸门控进一步提高其重复性的可能性并不大。

综上所述，mtmAs患者近端气道存在明显气道重塑，表现为支气管LA缩小及WA%增大；同时，mtmCOPD患者近端支气管气腔面积也有一定程度缩小，WA%有一定程度增大，但与健康对照者差异无统计学意义。mtmCOPD患者存在明显肺气肿及空气潴留，而mtmCOPD与mtmAs患者气道结构参数、肺气肿及空气潴留指数之间差异均无统计学意义。