慢性阻塞性肺疾病患者胸部定量CT参数与肺功能检测指标相关性分析

刘金良 庞军 李晓冬 孙志红 张连策 魏江漫

目前临床上主要采用肺功能检测(pulmonary function test, PFT)评估慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstructive pulmonary disease,COPD)的严重程度。其中PFT指标，一秒钟用力呼气量(Forced expiratory volume in one second, FEV1)和用力肺活量(Forced vital capacity,FVC)比值在70%至80%之间，如果比值小于70%可能与呼吸功能障碍有关。虽然PFT指标通常用于COPD诊断，但这种方法有一定的局限性[1]。也有研究指出，胸部定量CT参数，包括肺衰减面积，也可用于评价COPD患者肺功能[2]。最近一项研究表明，在COPD患者中，PFT指标与CT肺衰减面积无线性关系[3]。但是定量CT相关参数是否是PFT指标的预测因子，仍不明确。因而本研究旨在评估COPD患者定量CT相关参数，包括肺实质衰减参数和气道参数与PFT指标的相关性。

一、临床资料

本研究为回顾性研究。研究对象为2016年3月至2019年10月在我院确诊的185例COPD患者。入选标准：(1)符合慢性阻塞性肺疾病全球倡议(Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease ,GOLD)标准；(2)患者气流受限(支气管扩张术后FEV1/FVC<70%)；(3)行吸气和呼气胸部CT扫描；(4)吸烟者。排除标准：(1)感染性肺炎；(2)间质性肺炎。研究对象包括180例男性和5例女性。研究对象进行GOLD分期，Ⅰ期包括59例(31.9%)，Ⅱ期包括69例(37.3%)，Ⅲ期包括49例(26.5%)，Ⅳ期包括8例(4.3%)。根据COLD分期，又可将患者分为轻度COPD组(GOLDI和GOLDⅡ，n=128)和重度COPD组(GOLDⅢ和GOLD Ⅳ，n=57)。所有患者或其家属均签署知情同意书。

二、胸部CT扫描

采用飞利浦iCT扫描仪(荷兰飞利浦医疗有限公司)对所有患者在吸气末及呼气末进行胸部扫描。CT检查时患者取仰卧位，双臂上举抱头， 以从头到脚方向扫描。CT扫描设置如下，准直：64 mm×0.5 mm；管电压：120 kVp；管电流：200 mA (吸气扫描)或80 mA(呼气扫描)；旋转时间：0.5 s；光束间距：0.828。所有图像通过CT图像分析软件进行分析。在吸气和呼气时测量肺容积、肺气肿指数(Emphysema index, EI)、CT空气潴留指数(Air-trapping index, ATI)、气道管腔直径、壁厚、管壁面积百分比(Wall area percentage, WA%)和气道内周径为10mm时的管壁厚度( Hypothetical airway wtih internal perimeter of 10mm, Pi10)。

三、PFT及临床指标检测

患者在CT检查后1周内进行PFT。PFT包括支气管扩张剂前、后肺活量和肺容量测定，以及肺对一氧化碳弥散能力(Diffusing capacity of the lung for carbon monoxide, DLCO)。除PFT参数外，还评估了临床指标，包括体重指数、6min步行试验测定的运动能力，以及运动前和运动后血氧饱和度。

四、统计学方法

数据处理采用SPSS 19.0统计软件，计量资料以均数±标准差表示，比较采用方差分析；计数资料以率表示，比较采用卡方检验。采用Pearson相关进行相关性分析；采用多元线性回归明确PFT指标的预测因子。P<0.05 为差异有统计学意义。

结 果

一、不同GOLD分期患者基本特征

体重指数随着COPD严重程度加重而降低(P<0.001)。各组间年龄和吸烟状态无统计学意义。随着COPD严重程度加重，PFT指标和6min步行测试结果逐渐恶化(P<0.001)。随着COPD严重程度加重，实质衰减参数也逐渐恶化(P<0.001)。GOLD Ⅲ和GOLD IV患者气道壁厚和Pi10均大于GOLD Ⅰ和GOLDⅡ患者(P<0.05)(见表1)。

表1 患者特征和CT参数

续表1

二、CT参数与PFT指标相关性分析

GOLD Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ患者吸气平均肺密度和EI与FEV1/FVC和FEV1具有显著相关性。在GOLD Ⅱ和Ⅲ患者中，Pi10与FEV1/FVC具有相关性。GOLD Ⅱ和Ⅲ患者中，壁厚与FEV1/FVC呈弱相关(见表2)。

三、GOLD分期患者定量CT参数变化

图1显示了不同GOLD分期COPD患者肺容积、吸气平均肺密度、ATI和EI的变化趋势。随着COPD严重程度加重，肺活量和吸气平均肺密度逐渐减小，而ATI和EI逐渐增加(见图1)。

四、多元回归分析

采用Step-Wise 进行多元线性回归分析(见表3)。在多元回归分析中，定量CT参数包括EI、吸气平均肺密度、Pi10和体重指数作为自变量。PFT指标，包括FEV1/FVC和FEV1作为因变量。在所有患者中，EI、Pi10和体重指数均能预测FEV1/FVC(R2=0.384，P<0.05)。同样，在轻度COPD组中，EI、Pi10和体重指数也能预测FEV1/FVC(R2=0.223，P<0.05)。然而，在重度COPD组中，仅EI是FEV1/FVC的预测因子(R2=0.417，P<0.01)。(见表4)显示多元线性回归分析CT参数预测FEV1结果。在所有患者中，EI、吸气平均肺密度、Pi10和体重指数均能预测FEV1(R2=0.281，P<0.05)。同样，在轻度COPD组中，EI、PI10和体重指数被确定为FEV1的预测因子(R2=0.063，P<0.05)。然而，在重度COPD组，仅EI是FEV1的预测因子(R2=0.254，P<0.01)。

讨 论

本研究表明，CT参数，包括EI、吸气平均肺密度、Pi10，以及体重指数均可用来预测FEV1/FVC和FEV1。气道参数与PFT指标的关系不是线性的，而是根据COPD严重程度而变化的。在多元线性回归分析中，轻度COPD组患者气道参数和实质衰减参数是FEV1/FVC或FEV1的预测因子。然而，重度COPD组患者气道参数不能预测FEV1/FVC或FEV1。在GOLD Ⅱ和Ⅲ患者中，Pi10与FEV1/FVC呈弱正相关，表明支气管壁厚随着肺功能改善而增加，这可用严重COPD引起肺气肿来解释。因为COPD可合并气道炎症和实质破坏，主要临床表现为肺气肿[4]。

表2 根据GOLD分期分析CT参数与PFT指标相关性

图1 根据GOLD分期患者的CT参数变化

表3 CT参数预测FEV1/FVC多元线性回归分析

表4 CT参数预测FEV1多元线性回归分析

COPD严重程度并非完全根据呼气气流限制和COPD分期来定义[5]。气流限制与患者症状(包括呼吸困难、运动能力、健康状况及合并疾病)弱相关。尽管肺气肿严重程度参数随着COPD严重程度加重而增加，但GOLD分期相同患者CT上表现可能不一致[6]。一项大型多中心研究评估了GOLD分期诊断气流阻塞的准确性，结果表明FEV1/FVC和FEV1不能准确反映定量CT参数的严重性[7]。同样，COPD异质性不能仅用定量CT参数来解释。然而，定量CT准确测量肺气肿程度和气道壁变化与COPD患者肺损伤表症有关。吸烟是影响气道壁的一个因素，在COPD发生前可使管壁增厚。以往一项研究中，长期吸烟被证明与气道壁厚度增加有关，而当前吸烟与气道管腔直径较窄相关[8]。在本研究中，GOLD Ⅲ和Ⅳ患者气道壁厚和Pi10高于GOLD Ⅰ和Ⅱ患者。可能许多患者在戒烟之前就被纳入了这项研究，由于吸烟的影响，CT检测的气道壁厚可能不准确。然而在我们的研究中，CT气道参数与FEV1/FVC和FEV1弱相关，这与以往的报道是一致的。通过在CT上采用多元回归模型计算气道和实的衰减参数，我们发现其预测FEV1和FEV1/FVC的能力。气道参数对GOLD Ⅰ和Ⅱ患者FEV1和FEV/FVC影响更大。严重COPD患者中气道炎症对气流限制影响减弱。进一步研究需要根据COPD的严重程度，评估PFT指数与CT气道参数的关系。以往对COPD进展评价主要是通过连续PFT变化反映[9-10]。虽然PFT能够测量COPD患者疾病进展和肺功能下降，但与COPD进展相关的CT形态学改变尚不清楚。Galbán等人研究提示功能性小气道疾病先于肺气肿[11]。在Ⅰ期和Ⅱ期COPD患者中，功能性小气道疾病是导致气流阻塞的主要因素[10]。GOLD Ⅲ和Ⅳ期患者似乎同时受到功能性小气道疾病和肺气肿的影响。在本研究中，CT气道参数仅仅是GOLD Ⅰ和Ⅱ患者PFT指标的预测因子；而实质衰减参数可预测GOLD Ⅲ和Ⅳ期COPD患者PFT指标，这一结果可通过气道参数与功能性小气道疾病之间的关系来解释。这些发现与Hogg小组提出的病理和CT结果一致，随着COPD患者外周气道阻力增加，小气管消失先于肺气肿破坏[12]。上述结果提示，定量CT相关参数可以反应COPD不同分期。

总之，本研究首次证实了定量CT相关参数和PFT指标之间的非线性关系，这些参数随着COPD严重程度加重而变化。CT气道参数和实质衰减参数是GOLD Ⅰ期和Ⅱ期患者FEV1/FVC和FEV1的预测因子，而实质衰减参数是GOLD Ⅲ和IV期患者的预测因子。根据COPD严重程度而变化的定量CT参数，可用于评价COPD疾病的进展。