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1、 慢性阻塞性肺疾病多层螺旋CT表现与肺功能相关性的研究进展 欧阳志成，许 萍(南昌大学第四附属医院呼吸内科， 南昌 330003)慢性阻塞性肺疾病多层螺旋CT表现与肺功能相关性的研究进展欧阳志成，许 萍(南昌大学第四附属医院呼吸内科， 南昌 330003)慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一种可以预防和治疗的疾病，以持续气流受限为特征，其气流受限多呈进行性发展；与气道和肺部对有害颗粒或有害气体的慢性炎症反应增强有关。肺功能检查仍是诊断COPD的金标准，但又受各种客观或主观因素的影响。多层螺旋CT已广泛应用于临床工作，随着定
2、量后处理软件的开发和应用，多层螺旋CT为COPD的诊断、严重程度评估及科研提供了一种新的尝试方法。当前多层螺旋CT分析COPD的方法包括：中小气道的壁厚度及腔面积；CT定量分析肺容量；肺密度定量分析；肺血管的面积及数量等，本文对近年来使用多层螺旋CT分析及评估COPD患者肺功能的研究进展进行了综述。慢性阻塞性肺疾病； 多层螺旋CT； 肺功能慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一种常见的以持续气流受限为特征的可以预防和治疗的疾病，气流受限多呈进行性发展，与气道和肺部对有害颗粒或有害气体的慢性炎症反应增强有关。有害颗粒或气体等慢
3、性刺激物作用于气道，使气道发生异常炎症反应。氧化及抗氧化失衡和肺部的蛋白酶和抗蛋白酶失衡进一步加重COPD肺组织的炎症，这些机制共同促进COPD的病理改变。肺功能检查(pulmonary function tests, PFT)是判断持续气流受限和COPD气流受限严重程度分级的客观指标。使用支气管扩张剂后，第一秒用力呼气容积/用力肺活量(FEV1/FVC)1 小气道壁的厚度、气道腔面积及数量与肺功能参数的相关性COPD的特征是气道慢性炎症反应引起气道缓慢阻塞的过程。病理生理学观点认为，小气道(气道直径2 mm)是COPD固定累及的解剖单位2。长期持续性的炎症刺激气道，可引起气道的反复破坏和修复
4、，导致组织增生而发生气道重塑。气道重塑的病理改变表现为平滑肌细胞增生肥大和基底膜的增厚，故可导致气道壁增厚和气道腔变窄，所以可以通过测量气道壁的厚度和腔面积来评估气道重塑。如果气道炎症持续而未消除，则会导致小气道不可逆性的闭塞，引起小气道数量的减少。近年来，许多研究3-8开始关注小气道CT图像与肺功能之间的关系。Tho等3-4研究发现气道壁面积的平方根(选取第35级支气管中气道壁内径周长为10 mm的小气道)、气道壁厚度(WT)和气道腔面积与肺功能的FEVI/FVC、FEV1呈显著相关性。Kambara等5研究对比了67个COPD患者，计算出第1到第6级支气管管腔测管腔在呼气(E)和吸气(I)
5、状态下的气道腔面积为Ai(E/I)，与PFT对比，他们的结论提示在第3级到第6级的Ai(E/I)与第一秒用力呼气容积百分比预计值(FEV1%预计值)呈显著相关性。阎超群等6计算出右上叶尖段第5级支气管管壁厚度(T)、外径(D)和伴行肺动脉直径(PA)、支气管壁厚直径比(T/PA)、气道壁面积百分比(WA%)、管腔面积百分比(Ai%)，认为PA、T/PA、WA%及Ai%与FEV 1/FVC、FEV1%具有相关性。Kurashima等7通过CT重建计算出中小气道数量，与肺功能对比后，最终得出结论：中小气道的数量与FEV1呈正相关；外周区小气道数量的减少和25%肺活量最大呼气流量(MEF25%)、5
6、0%肺活量最大呼气流量(MEF50%)呈正相关。Mc Donough等8联合应用高分辨率CT、显微CT及组织病理学技术，对不同GOLD分级的COPD患者的离体肺组织进行分析，结果显示：随着GOLD级别增高，慢性阻塞性肺疾病患者的中小气道数量进一步减少。2 肺密度定量分析相关参数与肺功能参数的相关性COPD以肺气肿表型和支气管炎表型为主。肺气肿表型的特点是肺泡的永久性破坏，CT图像上表现为密度相对较低。而支气管炎表型的特点是气流受限，造成气体潴留，最终也会导致肺密度的减低。张利华等9分别测量和计算COPD组与正常对照组深吸气末、深呼气末上、中、下肺区及全肺的各密度指标：深吸气末密度(Din)、深
7、呼气末密度(Dex)、密度差(Dex-Din)、密度比(Dex/Din)、密度变化百分比(Din-Dex)/Din。最终结果：DIN、DEX-DIN、DIN-DEX/DIN及DEX与FEV1/FVC呈正相关。DEX/DIN与FEV1/FVC及FEV1%呈负相关；DIN与FEV1/FVC呈强正相关。Hersh等10进行了类似的研究，结果表明平均肺密度(MLD)与FEV1/FVC、FEF 25-75和FRC/TLC相关性好。肺气肿或者是气体潴留所致的CT图像上的低密度区，可以用低衰减区(LAA)进行量化。有文献11提示，基于肺密度的测量，当肺容量低于一个临界值时(CT值-950 HU)，肺密度的的
8、测量值与肺功能有显著的相关性，但是肺密度测量值的误差有多大，测量值误差与COPD的严重程度是否有关联，Gu等12选择600例COPD患者，随机选择其中400例患者行CT检查，并测量肺容量(LVOL)、低衰减区(LAA-950、LAA-910、LAA-950%、LAA-910%)，其他200例患者行肺功能及疾病严重程度评估，并计算它们的绝对误差和误差百分比(The Percentage Prediction Errors)。结果显示,LAA-950%、LAA-910%能很好地预测FEV1和FEV1/FVC,而误差百分比能很好地预测COPD的严重程度。Garfield等13后处理对照组和COPD组
9、的患者的CT图像，将像素为-950HU和-910HU的区域计算出来，与肺总体积进行比较，得出像素指数(也称肺气肿百分比)，发现他们均与FEV1%、FEV1/FVC有良好相关性。3 肺容积相关参数与肺功能参数的相关性肺脏作为高弹性的脏器，它能进行有效的氧气交换和二氧化碳的排出。肺脏由多种组织组成，包括：肺实质、气道及脉管系统，它的本质就是为了气体的有效交换。肺脏的生理功能和它的解剖结构密切相关，疾病能够使肺的解剖结构发生改变引起肺功能的改变。如气道的阻塞、肺泡的破坏、气道壁的增厚等都可以引起吸入及呼出的气体减少，而导致COPD的进展。相似的，肺弹性(肺的萎缩程度)的下降和肺容量的改变也可以反应肺
10、功能紊乱情况。王晓华等14分别测定对照组和COPD组的最大吸气末(Vin)及最大呼气末(Vex)全肺容积，并以CT值-850 Hu为阈值测定最大呼气末肺内气体潴留体积(Vtrap)及所占百分比(Vtrap%)，并将双相CT扫描成像指标与肺功能(PFT)相关指标进行相关性分析，得出结论如下：Vin与肺总量(TLC)呈增相关；Vex与残气量(RV)呈正相关；Vtrap及Vtrap%与FEV1/FVC呈负相关。Kundu等15选取180例COPD患者行双向CT扫描，并计算全肺和肺叶的萎缩量inspiration(I)、expiration(E)、平均绝对萎缩量(I-E)及容量改变比例测量值(I-E)
11、/I，与肺功能参数对比结果：全肺萎缩量和左下肺萎缩量和肺功能参数成高度的相关性。随着COPD分级的级别增加，(I-E)及(I-E)/I逐渐减小。同时下叶肺萎缩量更能反映COPD的分级改变。4 肺血管相关参数与肺功能的相关性尽管COPD的主要改变是肺泡的破坏和外周气道的改变，但肺血管的重塑也是疾病发展的一个重要组成部分。肺内及肺外血管的重塑与内皮细胞功能紊乱密切相关。血管内皮细胞在调节血管舒缩和控制血管细胞生长起着重要的作用，内皮细胞功能紊乱的肺动脉的舒张功能被削弱，最终导致肺血管床的减少和血管结构的改变，晚期甚至可引起肺动脉高压。Matsuura等16-17选取COPD患者行CT及肺功能检查。
12、通过CT图像测量次亚段肺小血管的横截面积5及CSA5-10与总面积的比值为%CSA5及%CSA5-10。他们得出的结论：%CSA5 肺叶的CT参数与肺功能的相关性Kim等20收集了200名参与者进行对比研究，发现以肺气肿表型的患者，各肺叶的肺气肿指数(也称像素指数)与FEV1/FVC及FEV1呈显著相关；支气管炎表型的CT图像提示，支气管壁明显增厚，第5级支气管壁面积百分比独立且显著与FEV1/FVC及FEV1相关。Kundu等15也分析了每个肺叶在吸气及呼气的CT图像变化，认为左下肺叶的肺萎缩量(吸气相肺容量I-呼气相肺容量E)与肺功能指数最显著相关，平均绝对肺萎缩量(I-E)及相对萎缩量(
13、I-E/I)随着COPD分级升高而降低。6 总结与展望随着多排螺旋CT的发展及后处理软件的不断进步，对COPD患者的肺脏的形态学及功能学的纵向和横向评估也就出现了长足的发展。目前CT技术可以测量肺气肿、气道阻塞的程度及气道壁的大小，这使得CT在COPD研究中越来越受欢迎，希望在临床工作和科研学习中能深入认识和研究这些工具，并利用好这些工具，来协助COPD的诊断及治疗，为改善COPD患者的生活质量及预后提供帮助。目前COPD的CT定量分析诊断仍缺乏详细的量化参数，需要继续补充和丰富；并且CT的后处理软件还未普及，为COPD的CT诊断、严重程度评估及科研带来了困难。1 Matsuoka S,Yam
14、ashiro T,Washko G R,et al.Quantitative CT assessment of chronic obstructive pulmonary diseaseJ.Radiographics,2010,30(1):55-66.2 Timmins S C,Diba C,Farrow C E,et al.The relationship between airflow obstruction,emphysema extent,and small airways function in COPDJ.Chest,2012,142(2):312-319.3 Tho N V,Le
15、 T H T,Murakami Y,et al.Airway wall area derived from 3-dimensional computed tomography analysis differs among lung lobes in male smokersJ.PLoS One,2014,9(5):e98335.4 Koyama H,Ohno Y,Nishio M,et al.Three-dimensional airway lumen volumetry:comparison with bronchial wall area and parenchymal densitome
16、try in assessment of airway obstruction in pulmonary emphysemaJ.Br J Radiol,2012,85(1020):1525-1532.5 Kambara K,Shimizu K,Makita H,et al.Effect of lung volume on airway luminal area assessed by computed tomography in chronic obstructive pulmonary disease.J.Eur J Radiol,2015,84(6):113-129.6 阎超群,张攀,史达,等.基于高分辨率CT对慢性阻塞性肺疾病的定量测量与临床肺功能对照研究J.实用医学杂志,2016,32(8):12
