基于呼气相不同阈值分析慢性阻塞性肺疾病严重程度与肺功能的相关性

黄晓旗，闫苗苗，王 雷，赵凡惠，朱彦瑾，郭佑民

(1.延安大学附属医院影像科，陕西 延安 716000；2.西安交通大学第一附属医院医学影像科，陕西 西安 710061)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease， COPD)具有高异质性，主要影像学表型是肺气肿与小气道病变[1]。研究[2]表明呼气相CT不仅能评估肺气肿，还能判断COPD患者肺叶损伤程度与功能。师美娟等[3]通过分析呼、吸双相CT不同肺气肿阈值低衰减区(low attenuation area, LAA)占全肺体积百分比LAA%-950和LAA%-910发现不同严重程度肺气肿分叶分布比例不同，轻度肺气肿以右肺中叶及双肺上叶为主，随COPD严重程度增加，双肺下叶肺气肿严重程度逐渐增加。另有研究[4]报道，呼气相LAA%-910、LAA%-856是评估肺气肿与空气潴留的良好指标。随着CT定量软件不断优化，近年来关于COPD定量研究逐渐增加，但针对呼气相肺气肿不同阈值对COPD诊断及严重程度影响的相关报道较少。本研究选取目前关于呼气相CT常用的LAA%-950、LAA%-910、LAA%-856,探讨其对COPD严重程度的影响及与肺功能的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2018年10月—2019年11月延安大学附属医院收治的104例COPD患者，男89例，女15例，年龄47～78岁，平均(63.7±7.6)岁。对所有患者进行深呼气相胸部CT与肺功能检查，根据慢性阻塞性肺疾病全球倡议(global initiative for chronic obstructive lung disease， GOLD)诊断标准[5]，按照GOLD 1、2、3、4级将其分为4组。排除标准：胸廓发育畸形，肺内大片状炎症或肺不张，大量胸腔积液，煤尘肺，肺肿瘤及呼吸配合差等影响肺叶裂分隔者。

1.2 CT检查 采用联影UCT-760 128层螺旋CT机。扫描前对患者进行深呼气末屏气训练。嘱患者仰卧，上举双手接受全肺扫描。扫描参数：管电压120 kV，自动管电流，准直40 mm，螺距1.0875，转速0.5 s/r，层厚5 mm，重建1 mm薄层图像，矩阵1 024×1 024，骨算法重建。将扫描数据录入“数字肺”数据分析软件(图1)。

1.3 肺功能检查 CT扫描前后1周内进行肺功能检查。采用Sensor medics Vmax 299肺功能仪，分别测量用力肺活量(forced vital capacity, FVC)、用力肺活量占预计值百分比率(FVC%)、第1秒用力呼气容积(forced expiratory volume in one second， FEV1)率(FEV1%)、FEV1/FVC、一氧化碳弥散量(carbon monoxide diffusing capacity， DLCO)占预计值百分率(DLCO%)、单位肺体积一氧化碳弥散量(DLCO/VA)及残气量(residual volume， RV)与肺总量(total lung capacity, TLC)比值(RV/TLC)。以FEV1%作为GOLD分级的依据：1级，FEV1%≥0.80；2级，0.50≤FEV1%<0.80；3级，0.30≤FEV1%<0.50；4级，FEV1%<0.30。

图1 患者男，73岁，GOLD 2级，“数字肺”肺部组织提取结果 A.肺叶分隔图； B.叶裂分割图； C.肺密度分割图

图2 患者男，65岁，GOLD 2级，呼气相CT不同阈值LAA%示意图 A.轴位呼气相CT图； B.LAA-856； C.LAA%-910； D.LAA%-950

1.4 图像数据分析 将呼气相CT扫描数据导入“数字肺”分析平台。测定呼气相全肺平均肺密度(mean lung density in expiratory phase， MLDex)、深呼气末LAA%-950、LAA%-910及LAA%-856(图2)。

1.5 统计学分析 采用SPSS 20.0统计分析软件。以单因素方差分析或Kruskal-WallisH检验比较4组肺功能及CT定量参数差异，Pearson相关分析或Spearman秩相关分析观察CT定量参数与肺功能相关性。行多元逐步回归分析，观察LAA%-950、LAA%-910、LAA%-856与MLDex的关系，R2>0.6数据拟合度较好。P<0.05差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料、肺功能及CT定量参数 4组患者年龄与体质量指数(body mass index, BMI)差异均无统计学意义(P均>0.05)。4组FVC、FVC%、FEV1%、FEV1/FVC、DLCO%及RV/TLC差异均有统计学意义(P均<0.01)，DLCO/VA差异无统计学意义(P=0.181)。随着GOLD分级增加，肺功能参数逐渐减低，见表1。

2.2 CT定量参数比较 4组间CT定量参数LAA%-950、LAA%-910、MLDex差异均有统计学意义(P均<0.01)。随着GOLD分级增加，LAA%-950、LAA%-910逐渐增大，MLDex逐渐减低，LAA%-856差异无统计学意义(P=0.265)，见表1。

2.3 CT定量参数与肺功能的相关性 LAA%-856与FVC、FVC%、FEV1%、FEV1/FVC及RV/TLC无明显相关(P均>0.05)，与DLCO%及DLCO/VA呈负相关；LAA%-910与FVC、FVC%、FEV1%、FEV1/FVC、DLCO%及DLCO/VA均呈负相关，与RV/TLV呈正相关；LAA%-950与FVC、FVC%、FEV1%、FEV1/FVC、DLCO%及DLCO/VA均呈负相关，与RV/TLV呈正相关；MLDex与FVC、FVC%、FEV1%及FEV1/FVC均呈正相关，与RV/TLV呈负相关，与DLCO%及DLCO/VA不相关(P>0.05)。见表2、图3。

图3 呼气相LAA%-910与肺功能相关性的散点图 A.FEV1/FVC； B.FEV1%； C.FVC%； D.DLCO%

2.4 LAA%-950、LAA%-910、LAA%-856与MLDex相关性及多元逐步回归结果 MLDex与LAA%-950、LAA%-910、LAA%-856均呈负相关(r=-0.80、-0.90、-0.50，P均<0.01)。以LAA%-950、LAA%-910、LAA%-856为自变量MLDex为因变量进行多元逐步回归分析，R2=0.917，LAA%-910标准相关系数-2.073(P<0.01)，LAA%-950标准相关系数1.197(P<0.01)，LAA%-856与MLDex无明显相关。

3 讨论

COPD为高发病率、高致死率疾病，准确诊断非常重要，然而在COPD早期，根据肺功能进行诊断存在一定局限性[4,6]。随着影像学技术的发展，呼气相CT检查已成为小气道病变与肺气肿的重要影像学检查方法。呼气相CT定量参数与肺功能密切相关[7-8]。空气潴留与肺气肿是COPD的重要影像学指标，对其进行准确评估与定量分析对早期诊断COPD和评估严重程度至关重要。WANG等[9]以LAA%作为量化肺气肿的指标，对-850 HU～-1 000 HU以间隔10 HU进行多阈值对比分析，认为LAA%-950是定量吸气末肺气肿的最佳阈值。本研究探讨目前常用阈值对评估COPD严重程度及肺功能的影响。

表1 不同级别COPD患者一般资料、肺功能及CT定量参数结果比较

表2 呼气相CT定量参数与肺功能的相关性[r(P)]

本研究比较不同GOLD分级COPD患者肺功能参数，发现随着GOLD分级增加，部分肺功能参数逐渐减低，进一步证实了肺功能检查对于临床诊断COPD与评估严重程度的重要价值。但肺功能检查敏感度低，且易受多种因素影响[6]，肺组织破坏30%以上或小气道阻塞占75%左右时才出现异常[10]。近年来CT定量分析用于COPD的研究越来越多，研究[7,11]表明呼气相定量CT是诊断小气道疾病与肺气肿的重要方法。本研究结果显示LAA%-950、LAA%-910及MLDex是评估COPD严重程度的敏感指标，且随GOLD级别越高，LAA%-950、LAA%-910程度越重，MLDex越低。本研究LAA%-8564组间差异无统计学意义，提示其不能用于评估COPD严重程度，可能因为肺气肿是影响COPD严重程度的要因素，而LAA%-856仅为反映空气潴留的敏感指标[4,7]。

相关性分析结果显示，LAA%-856仅与COPD患者DLCO%及DLCO/VA呈负相关，与其他肺功能参数均不无明显相关，提示LAA%-856可在一定程度上反映COPD患者肺换气功能；LAA%-950、LAA%-910与肺功能参数存在显著相关，与既往[12]文献报道相符，且LAA%-910与肺功能的相关性高于LAA%-950。葛虓俊等[13]发现呼气相<-910 HU肺密度比吸气相更能代表肺气肿，检验效能更好；比较不同阈值与MLDex相关性，发现LAA%-910与MLDex相关性更好，但相关性仅反映变量间关系的密切程度，不能反映变量间相互影响程度与定量联系。本研究进一步以LAA%-950、LAA%-910、LAA%-856为自变量，以MLDex为因变量进行多元逐步回归分析，结果显示LAA%-950、LAA%-910是MLDex的独立影响因素，且LAA%-910影响程度最显著。LAA%-950是吸气相反映肺气肿形态的良好指标，与病理相关性最好[14]，呼气时肺内大量正常气体呼出体外，肺气肿阈值需要明显增加，故LAA%-950并不能准确评估呼气相CT肺气肿。王晓华等[12]对呼气相不同阈值与吸气相LAA%-950进行比较，发现LAA%-930与LAA%-950差异无统计学意义，认为LAA%-930是呼气相肺气肿测量最佳阈值；但该研究未对COPD严重程度进行评估， LAA%-930较LAA%-910与肺功能相关性并未提高。既往研究[13]证实呼气相肺气肿阈值较吸气相与肺功能相关性更好，提示对于不同严重程度肺气肿，阈值比较不能仅限于吸气相LAA%-950。

本研究的主要局限性在于仅选取目前文献中提及的肺气肿阈值进行对比分析，未设定更多阈值，后期将增加多种阈值设定，进一步观察不同阈值对COPD的影响；仅观察单纯呼气相CT扫描，下一步将与吸气相CT相结合进行对比分析，完善COPD患者双气相定量指标。

综上所述，呼气相CT定量指标LAA%-910是准确评估COPD严重程度的敏感指标，与临床肺功能具有良好相关性，可为对COPD患者进行个体化、标准化全方位评估提供参考。LAA%-856不能用于评估COPD患者肺气肿。