慢性阻塞性肺疾病的CT定量测量研究进展

张春霞 董萍 张美乐 刘丽 杨伟振

[摘要]慢性阻塞性肺疾病是一种临床常见病，肺功能检查作为诊断慢性阻塞性肺疾病（COPD）的金标准，存在重症患者配合欠佳难以完成检查等问题。CT检查具有较高分辨率，能较好显示COPD患者肺部的主要病变及其继发征象，然而，常规CT检查主要依靠放射科医生主观评估，受个人经验等影响较大，且无法对COPD患者肺气肿等病变进行具体量化，随着影像学检查技术及计算机后处理技术的不断发展，越来越多学者对CT定量测量展开了研究，CT定量测量在显示肺气肿病变及小气道方面具有独特优势，并能对患者的并发症进行详细评估，实现了从肉眼观察到定量评估的转换，本文将从CT定量测量在COPD中的应用展开综述，探讨其诊断及临床应用价值。

[关键词]慢性阻塞性肺疾病;CT定量;肺气肿;小气道;小血管截面积

[中图分类号]R563    [文献标识码]A    [文章编号]2095-0616（2022）02-0054-04

Research progress of quantitative computed tomographic measurement in chronic obstructive pulmonary disease

ZHANG Chunxia1    DONG Ping1    ZHANG Meile1    LIU Li2    YANG Weizhen2

l.Mudanjiang Medical University，Heilongjiang，Mudanjiang 157011，China;2. Department of Radiology，Hongqi Hospital Afiliated to Mudanjiang Medical University，Heilongjiang，Mudanjiang 157000，China

[Abstract] Chronic obstructive pulmonary disease （COPD）is a common clinical disease. As a gold standard for diagnosing COPD，pulmonary function examination has some problems，such as poor cooperation of severe patients and difficulty in completing the examination. CT examination has high resolution，which can better display the main pulmonary lesions and their secondary signs in patients with COPD. However，conventional CT examination mainly relies on subjective evaluation of radiologists，which is greatly influenced by personal experience，and cannot quantify emphysema and other lesions in patients with COPD. With the continuous development of imaging examination technology and computer post-processing technology，more scholars have studied the quantitative computed tomographic （QCT）measurement，which has unique advantages in displaying emphysema and small airway，and can evaluate the complications of patients in detail，thus realizing the transition from naked eye observation to quantitative evaluation. This article will summarize the application of QCT measurement in COPD and discuss its diagnostic and clinical application value.

[Key words] Chronic obstructive pulmonary disease;CT quantification;Emphysema;Small airway;Minimum cross-sectional area of blood vessel

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種常见的异质性疾病，一般是由长期接触有毒颗粒或气体引起的气道和/或肺泡异常所致，并受到宿主因素（如肺发育异常）的影响，以持续的呼吸道症状为主要特征[1]。COPD患者严重的症状及并发症使其致残率及病死率进一步增加。GOLD 2020版指出随着发展中国家吸烟率升高和高收入国家老龄化加剧，预计COPD的发病率在未来40年仍会继续上升，至2060年每年可能有超过540万人死于COPD及其相关疾病[2]。因此，COPD 的早期诊断及治疗尤为重要。随着影像学技术及计算机后处理技术不断发展，加上CT定量测量具有客观性及无创性等优点，越来越多的学者进行了CT定量测量的研究。

COPD的主要病理改变包括两个方面：①外周气道的反复损伤、修复以及气道重构。②COPD炎症损伤导致肺实质破坏，并进一步降低肺弹性回缩能力[3]，而肺实质的破坏形成肺气肿[4]。气道的反复损伤、修复以及肺实质的破坏是导致患者气流受限的主要原因，疾病后期，随着病情逐渐加重及血流动力学改变，患者常会发生一系列并发症，肺动脉高压是COPD病程中常见的并发症之一，严重威胁着患者的生命健康，与生存期缩短和医疗需求增加直接相关联[5]。CT定量测量可以用来评估肺气肿病变、气道重构以及肺心病的病变，对临床COPD的诊治具有重要价值。

1    肺气肿的CT定量测量

1.1    视觉评估法

COPD患者肺实质的破坏主要包括细胞外基质破坏，末梢细支气管远端空腔样扩大以及肺泡壁的广泛破坏[6]，这在CT上表现为肺实质内的低衰减区。早期，有国外学者采用视觉评估法来评估肺气肿及肺实质的破坏程度[7-8]，认为视觉评估与肺功能检查及病理分级存在相关关系，可以作为是否存在肺气肿的筛查工具。但视觉评估往往因人而异，具有较强的主观性并受到放射科医生工作经验的影响。

1.2    阈值法

随后有学者根据肺气肿在CT上表现为低衰减区这一原理，采用阈值法对肺气肿进行了定量测量，认为低于阈值的区域为肺气肿区并计算肺气肿体积占全肺体积的百分比（low attenuation area percentage，LAA%）。目前，多数学者采用-950HU 作为阈值[9-10]，研究表明LAA%与COPD肺功能指标具有较好的相关性[11-12]。

1.3    体素法

在阈值法的基础上又提出采用体素法测量肺气肿，体素法相较于阈值法不仅能够进行肺气肿的CT定量测量，同时能够获得功能性小气道疾病（functional small airways disease，FSAD）和肺气肿在每个患者中所占的具体比重，并能诊断疾病的严重程度和表型。Galban等[13]在对194名患者的数据进行研究后得出结论，认为在COPD的疾病进展过程中，小气道功能疾病的出现早于肺气肿。

总之，CT定量测量不断发展，为临床医生提供更丰富的信息，在COPD的诊断、分期以及随诊中起到重要作用。

2    支气管病变的CT定量测量

2.1    小气道概念及病理改变

COPD支气管的改变主要发生在小气道，小气道这一概念最早由加拿大病理学家Hogg等[14]提出，Hogg等认为COPD的阻塞主要发生在2 mm以下的（即小气道）气道内，其形态学上表现为不同程度的阻塞、纤维化及黏液栓形成。崔立伟等[4]提出对小气道病变的影像学研究主要包括：直接測量气道壁厚度以及通过测量气体潴留间接反映小气道病变情况，采用呼气相与吸气相平均肺密度比值（E/I MLD）可以更好地鉴别导致气体潴留的原因。

2.2    气道壁测量从二维向三维的转换

随着CT技术及计算机技术不断发展，气道壁厚度的测量也得到了越来越广泛的应用。气道壁厚度的测量最早是在二维图像上进行，且早期测量多集中在大气道的研究上，国内学者较多测量右肺上叶尖段支气管及其亚段支气管的管壁厚度[11，15]，原因之一是右肺上叶支气管走行较为垂直且受呼吸及心脏搏动伪影影响较小。目前多采用三维支气管树重建进行小气道的自动测量，它可以实现第5级乃至第6级支气管的测量，然而，不同学者描述气道壁尺寸采取的方法不同，导致出现的结果并不一致[9，16]。为了规范，后又提出了Pi10的标准化测量参数，Pi10是测量内周长为10 mm的气道面积的平方根[17]。气道壁厚度随着疾病的加重也会变化，钟景良等[18]对59例COPD急性加重期患者进行了小气道结构及功能的研究，分别于入院24 h内、出院前1 d、出院后8 d及出院后21 d进行了气道壁厚度测量及气道功能检查，认为脉冲震荡、高分辨CT代表的小气道功能、结构指标随病情恢复而明显改善，可以更好地评价急性加重期的治疗策略。

随着CT技术不断发展，气道的测量实现了从二维到三维的转换，克服了二维测量截面与被测支气管不垂直从而引起测量误差的问题，能够在软件辅助的情况下进行支气管任意位置且垂直于气道的自动测量，测量的气道级别可以达到5级甚至6级，更能真实反映COPD小气道的变化。

3    小血管面积的CT定量测量

3.1    COPD小血管病理改变

肺血管改变是COPD特征性改变。COPD患者肺血管改变与内皮功能障碍密切相关。在烟雾、炎症、低氧等因素刺激下，肺血管内皮细胞功能紊乱，发生平滑肌细胞增生肥大，成纤维细胞表型改变等，导致肺血管结构重塑、管壁增厚、管腔狭窄甚至闭塞[19]。Jo等[20]研究发现吸烟与肺小血管横断面积百分比（percentage of cross-sectional area of small pulmonary vessels for the lung area，%CSA）及动脉粥样硬化之间存在因果关系，动脉粥样硬化、年龄、吸烟年限以及轻度气流受限等是吸烟者小肺血管破坏的独立预测因素。

3.2    小血管横截面积对COPD及肺动脉高压的评估

国内外学者对COPD小血管横截面积进行了研究，王之悦等3采用了ROC曲线评估%CSA<5和%CSA 5～10在诊断COPD方面的预测效果，认为%CSA<5在诊断COPD方面具有更好的预测效果（当%CSA<5取最佳阈值为0.65%时，敏感度和特异度分别为88%和71%）。Jo等[20]通过比较COPD吸烟组和健康对照非吸烟组之间的%CSA，认为吸烟者和非吸烟者平均%CSA<5有明显差异，且每年吸烟的包数与%CSA<5显著相关。Rahaghi等[22]研究表明，CT测量的吸烟者肺部小血管的丧失与组织学定量的血管横截面积的减少有显著相关性。袁小涵等[23]将123例COPD患者分为肺动脉高压组以及无肺动脉高压组，并进行了两组的%CSA比较，认为COPD合并肺动脉高压组的%CSA<5小于不合并肺动脉高压组，差异有统计学意义，%CSA<5可以作为评估COPD患者是否合并肺动脉高压的一个指标。以上学者均采用二维方法进行了肺小血管横断面积的CT定量测量，与三维血管测量方法相比，缺乏整体性及三维观。曹宪宪等[24]采用了基于三维定量算法自动提取并分割肺血管，计算COPD患者肺内血管体积（intrapulmonary vascular volume，IPVV），并进行了呼吸双相IPVV与肺功能的相关性分析，认为全肺及各肺叶吸气相IPVV与第一秒用力呼气容积（FEV）/用力肺活量（FVC）呈负相关，呼气相IPVV与FEV/FVC及FEFV%呈负相关，双气相CT可用于定量评估COPD患者IPVV及呼吸状态下肺血管的变化量，同时可为评估COPD呼气气流阻塞程度提供更多信息。

国内外也有学者[25-26]通过CT测量大血管直径相关参数来评估COPD患者是否伴发肺动脉高压，Wells等[27]通过一项多中心的观察性试验得出结论：肺动脉直径与主动脉直径之比（PA：A）>1与严重的COPD急性加重相关。Kayawake等[28]通过比较肺动脉高压组与对照组的肺动脉直径以及平均肺动脉压，认为肺动脉高压患者主肺动脉直径增宽，且与平均肺动脉压相关。由此可见CT在COPD相关肺动脉高压的诊断中发挥着重要作用。

采用测量%CSA评估COPD是否合并肺动脉高压具有潜在价值，可能的生理机制如下：①COPD 患者肺实质破坏，肺组织过度膨胀，导致肺泡伴行的肺小血管受到挤压、破坏，使肺小血管受到挤压、破坏，肺小血管数量减少[29]。②COPD患者肺部反复炎症刺激、慢性缺氧、酸中毒导致血管内皮功能失调，使肺小动脉痉挛、破坏及重塑[30]。COPD患者伴发的往往是轻到中度的肺动脉高压[31]，此时肺大血管的变化尚不明显，因此有学者[23囱认为肺小血管的变化理论上可以更早期对COPD是否伴发肺动脉高压进行诊断与评估。

肺小血管横断面积的测量由二维测量逐渐转向三维测量，作为COPD病变中的一种特征性改变，%CSA可以间接评价肺血管床的改变。外周肺血管横截面积%CSA的测量不需要特殊的CT技术，也不需要特殊的计算机图像分析软件。因此，临床上可以利用常规肺CT图像进行肺小血管改变的评估。

总之，CT定量测量可以有效的对肺实质破坏、小气道的改变以及肺小血管的改变进行评估，从而帮助临床医生及时发现病变并及早干预及治疗。

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