利用定量CT 评估淋巴管平滑肌瘤病的肺部损害

宋惜夕 王 坚 蔡 慧 杨琤瑜 墨玉清 朱梦婵 朱桂萍 叶 伶 金美玲

（复旦大学附属中山医院呼吸与危重症医学科 上海 20032）

淋巴管平滑肌瘤病（lymphangioleiomyomatosis，LAM）是一种累及多系统的罕见的低度恶性肿瘤性疾病，主要发生在育龄期女性，也有少数绝经 后 起 病 的 病 例［1-2］。 LAM 分 为 散 发 型 LAM（sporadic LAM，S-LAM）和结节性硬化症（tuberous sclerosis complex，TSC）相关的遗传型LAM（TSC-LAM）［3］。LAM 的发病机制与 TSC 等位基因突变有关，TSCl 或TSC2 的突变导致哺乳类雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）复合体 1（mTOR complex 1，mTORC1）过度活化，进而影响细胞的形态、生长和存活［4］。异常增生的平滑肌样细胞（LAM 细胞）在肺部浸润引起气道阻塞和弥漫性囊泡样改变［5］。患者的临床表现包括进行性加重的呼吸困难、反复发作的自发性气胸、顽固性乳糜胸和咯血等，并最终导致呼吸衰竭［6］。

评估LAM 患者肺部受累严重程度的常用方法有动脉血气分析、肺功能及胸部高分辨率CT（high resolution computer tomography，HRCT）等［7］。血清血管内皮生长因子-D（vascular endothelial growth factor-D，VEGF-D）水平不仅是诊断LAM 的生物标记物，也与LAM 患者病情严重程度有关［8］。其中肺功能是最常用的评估方法［9］。LAM 患者的肺功能通常表现为第一秒用力呼气量（forced expiratory volume in one second，FEV1）和 肺 弥 散 功 能（diffusing capacity of the lungs for carbon monoxide，DLCO）的降低［10-11］。根据美国胸科协会和日本呼吸学会（American thoracic society/the Japanese Respiratory Society，ATS/JRS）2016 年发布的 LAM诊断和管理指南，对于第1 秒用力肺活量占预计值百分比（percentage of predicted forced of expiratory volume in one second，FEV1%pred）<70% 的患者，强烈建议使用西罗莫司治疗［12］。然而，肺功能检测需要患者高度配合才能保证结果的可信性，且合并气胸及巨大肺大泡LAM 患者禁止行使肺功能检测，合并大量乳糜胸的LAM 患者肺功能检测结果可靠度低。胸部HRCT 中特征性的双肺弥漫性薄壁囊性改变对于LAM 的临床诊断具有重要意义［13］。CT 检查是一种非侵入性操作，对患者的配合度要求较低。此前已有几项研究通过对CT 影像结果进行定量分析，评估LAM 病例中肺部囊泡样改变的程度及其与肺功能间的关系［9，14］。但这些研究中大部分受试者招募自欧洲或者美国，目前没有相关研究进行亚洲LAM 患者的定量CT 分析。因此，本研究旨在对中国LAM 患者的囊性变化程度进行量化，并将得到的囊泡评分与肺功能和血清VEGF-D 水平进行比较，还构建了ROC 曲线以探究预测肺损伤严重程度的囊泡评分阈值。

资料和方法

研究对象回顾性收集2012 年至2019 年间于复旦大学附属中山医院就诊的LAM 患者，并排除了未在我院进行CT 检查的患者。最终纳入19 名S-LAM 患者和2 名TSC-LAM 患者，均为女性。其中12 例依据HRCT 特征、血清VEGF-D 水平和临床表现做出诊断［15］。排除肺气肿、朗格汉斯细胞增生症、结缔组织相关性肺间质改变等非LAM 病变引起的肺囊性改变。9 名患者患有肾或腹部血管平滑肌脂肪瘤或淋巴血管平滑肌瘤；5 人合并气胸或乳糜胸，但评估时未有气胸发作；18 例在诊断后接受了雷帕霉素治疗。本研究已通过复旦大学附属中山医院伦理委员会批准（编号：JS-1323），并取得患者知情同意。

研究方法排除CT 检查日期6 个月内未行肺功能或VEGF-D 水平检测的病例。在纳入的21 例受试者中，有 11 例、6 例、3 例和 1 例分别进行了 1 次、2 次、3 次和 4 次 CT 检查，共 36 次 CT 扫描结果，每一张都有同时期（CT 检查日期6 个月内）的肺功能结果与之匹配。有17 例受试者、共24 次CT 扫描有同时期检测的VEGF-D 水平与之匹配。

CT 检查采用德国西门子公司SOMATOM Sensation 系统进行CT 扫描。扫描前对患者进行深吸气末屏气训练，于深吸气末从肺尖至肺底行全肺扫描。CT 扫描的层距为5 mm，层厚为5 mm，共得到40~70 个层面。

图像分析完成CT 扫描后得到DICOM 格式的影像资料，将其导入医学影像量化诊断系统（FACT Medical Imaging System，1.2.0 版，陕西神州德信医学成像技术有限公司），应用软件工作站中“肺部CT 图像CAD 分析-肺密度模块”自动将肺与其他组织分割开，同时完成左右肺及肺叶分割（若有分割偏差及时进行手动校正）［16］。软件自动计算肺密度在选定肺叶上的密度分布百分比和积分。将阈值低于-950HU 的低密度衰减区定义为囊性区域，软件自动显示组织内囊性区域的量化参数［7］。本研究对5 例CT 的结果进行不少于2 次的重复计算，同一CT 影像的结果均一致，验证了该软件的准确性和重复性较好。

肺功能及VEGF-D肺功能测试严格按照2005年美国胸科协会/欧洲呼吸学会指南进行，使用德国耶格高级肺功能仪（Jaeger MasterScreen IOS）。使用Quantikine 系列的人VEGF-D 免疫测定试剂盒（R ＆ D Systems），通 过 酶 ELISA 法 测 量 血 清VEGF-D 水平［17］。

统计学方法使用SPSS 22.0 软件进行统计分析。正态分布的变量用描述，非正态分布的变量以中位数M±IQR，分类变量以［n（%）］描述。计算囊泡评分与肺功能和VEGF-D 水平之间的皮尔逊相关系数，分析其相关性。ROC 曲线用于选择最高的灵敏度和特异性的最佳阈值。P<0.05 为差异有统计学意义。

结 果

一般情况本研究纳入了21 名LAM 患者。症状首发的平均年龄为（38.1±10.2）岁，平均诊断年龄为（44.1±6.6）岁。2 例（9.5%）为TSC-LAM，9 例（42.86%）患者合并肾血管平滑肌脂肪瘤或腹膜后淋巴管肌瘤，1 例（4.8%）有气胸史，4 例（19%）有乳糜胸史。均无吸烟史。18（85.7%）例患者接受西罗莫司治疗。

囊泡评分图1 为1 例LAM 患者的肺密度在左右肺叶即全肺的分布百分比和积分。对其CT 影像进行处理后得到的囊泡评分为22.96%，由软件自动导出结果（图2，表1）。这一数值在图1 的密度分布百分比积分图中也能体现。与肺功能匹配的CT图像中，囊泡占比为18.13%±11.17%，与VEGF-D匹配的CT 图像中，囊泡占比为19.66%±12.26%。

表1 软件自动计算各肺叶及全肺的囊泡占比Tab 1 Software automatically calculates the proportion of cysts in each lung lobe and the whole lungs

图1 LAM 患者的肺密度在全肺的分布百分比和积分Fig 1 Percentage and integral of lung density distribution in bilateral lungs of patients with LAM

图2 原CT 图像（左）与肺段分割后的伪彩图（右）Fig 2 CT image（left）and pseudo-color image（right）with data segmentation

肺 功 能 和 VEGF-D 水 平FEV1%pred 和DLCO/VA% pred 的平均值分别为70.37%±18.14% 和61.10%±26.67%。血清VEGF-D 水平中位数为1 077（727~1 777）pg/mL。

囊泡评分与其他变量的关系囊泡评分与FEV1%pred（r=-0.716，P<0.000 1）和 DLCO/VA%pred（r=-0.821，P<0.000 1）呈显著相关（图3），与血清VEGF-D 水平无明显相关关系（r=-0.143，P=0.506）（图 4）。图 5 为计算并绘制得到的ROC 曲线，FEV1%pred<70%被定义为肺功能受损（状态变量=1）。当囊泡评分为15.80%时，灵敏度为94.44%，特异性为72.22%，约登指数最高（0.667）。

图3 囊泡评分与FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 的相关关系Fig 3 Correlation between cyst scores and FEV1%pred（A）and DLCO/VA%pred（B）

图4 囊泡评分与VEGF-D 的相关关系Fig 4 The correlation between cyst scores and VEGF-D

图5 囊泡评分评估肺功能受损的的ROC 曲线Fig 5 ROC curve of cyst scores in evaluating the lung damage

讨 论

本研究关注了LAM 病例中肺部囊性损害的程度，并探究了囊泡评分与肺功能和血清VEGF-D 水平之间的相关性。本研究发现：（1）肺部囊性损害程度与FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 呈负相关关系；（2）LAM 患者的 VEGF-D 水平与肺部囊性损害之间无明显相关关系；（3）囊泡评分可能是肺部囊性损伤程度的新指标，囊泡评分15.8%可能是协助判断是否开启西罗莫司治疗的阈值。

此前的研究表明，CT 影像的定量分析可能协助评估LAM 患者的疾病严重程度［18］。我们的研究测试并验证了囊泡评分与肺功能FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 之间具有很好的相关性，这与其他研究的结果相似［7］。在LAM 患者的随访中，HRCT 检查非常重要，可直接显示出肺部囊泡的破坏情况，但直观下影像显示的进展往往很难判断。通过对CT 扫描结果的定量分析，可以更好地识别和量化肺部囊泡的变化。因此，定量的CT 分析可能有评估LAM 患者的肺功能和肺损伤程度的潜力。由于研究前期，电子病历系统中的患者并非全部进行薄层扫描，而大部分接受了普通CT 扫描，所以我们在研究中采用了普通CT 扫描的参数。虽然这是我们研究的不足之处，但我们使用普通CT 扫描来计算囊泡评分时，得到结果显示该评分与肺功能密切相关。虽然普通CT 扫描对观察囊泡的细微结构有一定影响，但进行功能评估还是可行的。

除了计算囊泡评分来评估肺损伤程度，还有研究者应用基于肺纹理的影像学技术对囊泡外周的肺实质进行研究。Yao 等［9］通过对 LAM 病例肺 CT中囊泡及其周围肺纹理的研究，发现气肿样改变也存在于囊泡周围，并在病理切片中证实了这一特征［9］。肺纹理的改变在囊泡周围与正常肺实质之间的差异有统计学意义。在此基础上研究了使用西罗莫司对肺纹理和囊泡评分的影响：使用西罗莫司后，部分肺纹理类型的变化明显趋于稳定，且用药前后部分纹理类型的量化指数都与囊泡评分、FEV1%pred 和 DLCO/VA%pred 显著相关［19］。这种基于肺纹理的技术有评估LAM 的病情严重程度和对药物反应的潜力，较囊泡评分更为精细，并且关注到囊泡以外的肺组织，将潜在的病变纳入分析。但肺纹理种类多，且存在个体差异，临床实际运用时囊泡评分更为直观和方便。

本研究使用的技术也被用于评估其他类型的肺囊性病变，以慢性阻塞性肺病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）最为常见。有研究者通过定量CT 技术对不同分型的COPD 病例进行评估，发现GOLD 分级后肺气肿型和支气管炎型的各级患者中，-950 HU 低密度衰减区（low-at-tenuation area，LAA）占两肺体积百分比（%LAA）与FEV1/FVC 紧密相关，但与 FEV1%pred 不相关，这提示%LAA-950 可能不能完全反映COPD 患者的气流受限程度［20］。另一项研究发现，深呼气末的CT影像以-910 HU 作为阈值时，计算得到的%LAA 与肺功能指标有良好的相关性，并能评估COPD 的病情严重程度［21］。

随着人工智能技术的迅速发展，计算机越来越多地参与到临床各项研究中。由于HRCT 是LAM诊断的重要检查手段，研究计算机对CT 影像定量分析具有重要临床意义。随着技术迭代，影像分析趋于精细化，对CT 影像层数和清晰度的要求更高。关于肺部囊性区域的密度值，目前没有公认的阈值，这也是推广该技术的阻碍之一。

本研究评估了囊泡评分协助制订治疗方案的可能性。西罗莫司是目前被FDA 批准的治疗LAM的一线用药，我国也有专家共识详细指导西罗莫司的 使 用［15，22］。 ATS/JRS 发 布 的 指 南 强 烈 建 议FEV1%pred<70% 的LAM 患者使用西罗莫司治疗［12］。从本研究收集的病例资料发现，当囊泡评分>15.80%时约登指数最高，预测FEV1%pre<70%的敏感性和特异性分别为94.44%和72.22%。因此，囊泡评分>15.80%时肺功能已经降低。对于有复发性气胸风险的LAM 患者，肺功能检查受到限制，而囊泡评分有助于评估肺损伤程度并决定患者是否应接受西罗莫司治疗。但是，本研究样本量较小，约登指数仅为0.667，因此，仍需要质量更高的研究证据。

本研究发现血清VEGF-D 水平与囊泡评分之间无明显相关性。尽管这可能是由于样本量大小所致，但也在一定程度上显示这种重要的诊断指标并不适合评估LAM 病例肺部囊性损害程度。之前的研究也尚未证明血清VEGF-D 水平与肺功能参数 FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 之间的相关性［8，23-24］。LAM 患者中，伴有淋巴系统受累的病例VEGF-D 水平升高更明显［8，23］。本研究中，合并有乳糜胸/腹或淋巴管平滑肌瘤的患者仅7 例（33.3%）。这可能是囊泡评分与VEGF-D 水平相关性不显著的原因。然而，半定量CT 分析认为，肺部囊性损害较大的患者伴有更高的血清VEGF-D 水平［25］。因此，仍然需要进一步研究血清VEGF-D 水平在评估LAM 病情方面的作用。

本研究存在局限性是：小样本量和回顾性的研究方法降低了结果的可信度。尽管我们发现囊泡评分与肺功能参数之间存在显著相关性，但并未将囊泡评分与其他评估肺功能和活动耐力的常用方法（例如血气分析，六分钟步行试验和圣乔治呼吸问卷等）进行比较。另一个局限性在于，我们用于重建肺组织的影像资料由普通CT 扫描，更理想的数据应来源于具有200 多层面的薄层CT 扫描。

在本研究中，我们发现定量CT 分析得到的肺部囊泡评分与FEV1%pred 和DLCO/VA%pred 显著相关，与血清VEGF-D 水平无明显相关性。囊泡评分>15.80%时提示肺功能损害明显，建议患者接受西罗莫司治疗。本研究还需要扩大样本以验证结果。

作者贡献声明宋惜夕，王坚 数据分析，论文撰写和修订。蔡慧，杨琤瑜，墨玉清，朱梦婵，朱桂萍 文献查阅和整理，统计分析。叶伶，金美玲论文构思和指导。

利益冲突声明所有作者均声明不存在利益冲突。