CT和MRI评价哮喘的研究进展

吴登峰，杨 青

(南昌大学第二附属医院呼吸与危重症医学科,南昌 330006)

哮喘是一组以可逆性气流受限和气道高反应性为特征的气道慢性炎症，临床表现为反复气急、胸闷和咳嗽[1]。随着对哮喘机制的深入研究[1-2]，发现哮喘是一组高度异质性疾病，提出了“内型”及“表型”的概念，即将具有相似发病机制及病理表现形式的哮喘患者分为一组，并在此基础上发现了相关的生物标志物，如FeNO、外周血或痰液嗜酸性粒细胞、骨膜蛋白等。但这些生物标志物和肺功能的测量通常是对整个肺进行的，不能提示局部气道阻塞的病因和位置。医学成像方法可用于评价患者局部气道，对患者肺部进行可视化呈现，从而帮助临床医生更好地了解患者气道的特征、制定适合患者的治疗方案、评估患者的预后[3-5]。本文就电子计算机断层扫描(CT)和磁共振成像(MRI)在评价哮喘中的研究进展作一综述。

1 CT在评价支气管哮喘中的应用

轻中度哮喘患者的胸部CT可无明显改变，重度哮喘患者常表现为支气管异常或通气异常，支气管异常包括支气管扩张、管壁增厚、管腔变细及气道内黏液阻塞等；通气异常则包括肺过度膨胀，肺气肿等[6-8]。如今，胸部CT的后处理技术已实现对气道的三维重建，根据气道壁、气道腔以及肺部组织之间的密度差异，于肺部CT数据中选择气道壁密度范围内的体素来重建气道的三维模型。气道的三维重建可帮助获得气管的内外径、管壁厚度(WT)、管壁面积(WA)和气道面积(LA)等数据[9]。

1.1 CT用于评价哮喘患者的空气滞留

在肺部密度越低的区域，区域组织与空气之比越低，空气所占的比值越高，因此，在哮喘患者中的胸部CT中，HU值较低的区域可提示空气滞留。空气滞留可以多种方法进行量化，常用的有在呼气末(功能残气量)行胸部CT扫描，低于某一个确定的HU单位的区域或功能残气量和用力肺活量之比来定义空气滞留[10-11]。BUSACKER等[11]的研究中，在功能残气量时(FRC)对严重哮喘患者行CT扫描，将低于-850 HU的区域超过肺组织的9.66%时定义为空气滞留。空气滞留作为哮喘的气道特征之一，可反映小气道阻塞，哮喘患者肺功能损害与空气滞留密切相关，且有空气滞留的哮喘患者更可能有哮喘急性加重[11-12]。

1.2 CT用于评价气道重塑

气道重塑是哮喘的重要特征，是气道炎症反复发作和修复的结果,在胸部HRCT中常显示为支气管壁增厚[13]。气道重塑可致气道的结构性和功能性改变，结构性改变包括平滑肌细胞肥大增生、炎性细胞浸润、杯状细胞增生等；功能性改变包括气道痉挛、可逆性减弱、气道高反应性加重和黏液分泌增加，致使气流受限[14-15]。哮喘患者气道壁明显比健康者厚；在哮喘患者轻中重度亚组分析中，重度哮喘患者的WT大于轻中度患者，但在轻中度患者之间WT差别却并不明显，且WT与支气管扩张剂后FEV1占预计值的百分比(FEV1%Pre)呈负相关而与支气管扩张剂前后FEV1%Pre的变化值呈正相关[16-18]。此外，胸部CT还可通过识别气道壁厚度来评估支气管热成形术的治疗效果[19]。

根据气道炎症的类型，可将哮喘分为1型(Th2-low)和2型(Th2-high)。2型哮喘以血和气道嗜酸性粒细胞增多为特征，吸入的过敏原、微生物等与气道上皮相互作用，从而导致胸腺基质淋巴生成素(TSLP)、IL-25和IL-33等炎症介质的激活，进而激活IL-4、IL-5、IL-13等细胞因子[20-21]。IL-5主要的生物学作用包括嗜酸性粒细胞的成熟、存活及气道内募集；而IL-4和IL-13则更具有多效性，与嗜酸性粒细胞的募集、杯状细胞的增生、黏液分泌、平滑肌的收缩和气道高反应性均有关[20-22]。气道重塑的过程可能与气道嗜酸性粒细胞炎症相关，经支气管镜行气道壁活检发现2型哮喘患者气道基底膜厚度增加[23-24]。且在INOUE等[24]的研究中，嗜酸性粒细胞哮喘组比起非嗜酸性粒细胞哮喘组有更大的管壁面积和更小的气道管腔面积，痰中嗜酸性粒细胞计数与管壁面积呈正相关。

1.3 CT用于评价黏液阻塞

黏液阻塞是哮喘患者发生气道阻塞的重要原因，可用胸部CT来识别。具体来说，将黏液阻塞识别为气道管腔内的混浊区域，与相邻血管相比，黏液阻塞的密度较低，主要见于亚节段气道，表现为局灶性或分支性混浊；与健康者相比，哮喘患者的黏液阻塞较多，且黏液较多者多见于2型哮喘患者[25]。在另一项研究[26]中有痰嗜酸性粒细胞的哮喘患者100%存在黏液堵塞，无痰嗜酸性粒细胞的哮喘患者仅有36%存在黏液堵塞，提示气道黏液分泌与嗜酸性粒细胞炎症相关。

2 超极化惰性气体吸入MRI在评价哮喘中的应用

MRI相对于CT来说具有无放射性的优点，传统的MRI是基于质子(1H)成像，但由于肺部多为空气，质子密度较低，故而成像较差。此外，肺内大量的空气—组织界面也会产生明显的磁场畸变和易感性伪影，进一步减弱了肺MR1H信号。超极化惰性气体吸入克服了肺部低质子密度的问题，从而使得肺部可MRI成像。目前常采用的超极化惰性气体有氦-3(3He)和氙-129(129Xe)，3He的成像较为清晰，但其目前在地球上短缺；而129Xe有较好的自然丰度，且能溶解于肺部的血液中，随着研究的进展，129Xe MRI或可实现肺部气体交换功能的检测[27]。除了这两种惰性气体，也有使用其他气体行肺MRI成像的研究，如增强氧和氟化气体等[28-29]。

2.1 MRI用于评价通气缺陷

目前，3He最常用于肺部惰性气体吸入。由受试者从一个混合了超极化3He和医用氮的袋子中吸入气体，屏息8～15 s并立即MRI成像。健康者吸入超极化3He后行MRI会产生均匀的信号，这表明肺部所有区域都参与了同等的通气，而在哮喘患者的肺部可观察到相对于周围区域信号减弱或没有信号的区域，即为局灶性通气缺陷[30]。传统的观点认为哮喘是一种具有高度可逆性气道阻塞的动态疾病，但观察哮喘进展性和持续性的研究[30-32]表明，随着时间推移，患者许多气道缺陷在同一部位持续出现。在一项跨度为6年的随访中[30]，73%(11例中的8例)参与者通气缺陷在肺的同一位置，其他3例参与者相同位置MRI通气缺陷也表现出加重；55%(11例中的8例)参与者的出现肺功能不可逆，这提示哮喘患者肺部由于气道重塑肺内的某些通气缺陷可能长期存在。

2.2 MRI用于评价肺的微观结构

受试者吸入的超极化惰性气体在肺部会发生弥散运动，这种弥散运动可用表观弥散系数(ADC)来衡量。正常肺泡壁限制气体的扩散，而肺泡增大或肺泡壁破坏的区域则允许扩散增加，ADC值较高。多数哮喘患者可有局灶性ADC值升高，这提示哮喘患者肺内局部的肺泡或末端支气管的破坏[29,33]。

2.3 MRI用于指导哮喘的治疗

气道炎症和平滑肌功能障碍均可导致局灶性通风缺陷，可单独或同时发生。通过吸入支气管扩张剂(如沙丁胺醇)前后3He MRI成像对比可特异性识别呼吸道疾病的平滑肌功能障碍部位，平滑肌功能障碍部位的通气缺陷多数对是支气管扩张剂反应性的，而气道炎症未控制的部位则对支气管扩张剂反应较差。通过MRI提供的炎性与非炎性成分区域信息，可指导抗炎治疗到达特定气道，而观察到的平滑肌功能障碍的区域则可被用来指导支气管热成形术[34-35]。通气缺陷可用于评估哮喘的控制程度和哮喘患者的生活质量，通气缺陷百分比(VDP)在哮喘未控制时增加，在哮喘控制时减少[36-37]。SVENNINGSEN等[38]报道了1例严重哮喘患者，在Dupilumab(一种可以阻断IL-4/IL-13的信号转导的单克隆抗体)治疗后，3He MRI通气缺陷显著改善并恢复正常。另一项实验中使用3He MRI来量化严重哮喘患者在支气管热成形术后的局部通气变化，通气缺陷在支气管热形成术后较早时间呈现增加状态，但经过一段时间后，通气缺陷减少[39]。

3 结语

CT和MRI已被证明在评估哮喘中是有效的，两种成像方式都有其优点和缺点。具体而言，CT可提供更高的图像分辨率和以HU为单位易于解释的X射线衰减，通过肺部组织的密度差异，可识别局部的空气滞留和黏液阻塞；且可以利用CT的后处理重建支气管树的三维成像，易于评价气道重塑，但它会使患者暴露于电离辐射下。MRI的分辨率通常略低，但它可以用作为CT成像的替代品，以限制电离辐射对患者的照射；同时可较好地反应局部气道的通气异质性；利用ADC也可评价哮喘患者局部微观结构变化；并且随着对129Xe超极化的研究进展，肺部MRI或可实现肺部气体弥散功能的可视化呈现。