劉士遠 夏藝 管宇 范麗

慢性阻塞性肺疾病CT與MRI影像學現(xiàn)狀及研究進展

劉士遠 夏藝 管宇 范麗

劉士遠 教授

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一組以不可逆的氣道阻塞為特征的氣道慢性炎癥病變，是全球死亡及致殘的主要原因之一，在老年患者中尤為顯著。早期診斷早期干預是改善預后降低死亡率的關(guān)鍵。目前，肺功能檢查（PFT）仍是COPD的診斷及臨床分級的金標準。然而，肺功能檢查不能反映局部肺功能變化，早期COPD患者其結(jié)果多為正常，而此時有些患者小氣道功能（直徑＜2 mm的氣道）已發(fā)生異常。其次，PFT為一個動態(tài)的檢查，需要患者配合，受患者年齡及健康因素的限制，誤差較大。所以COPD的早期診斷受到制約，晚期COPD病人的生活質(zhì)量極差，病死率高。隨著計算機及其軟件不斷發(fā)展，影像學可以較敏感地早期發(fā)現(xiàn)病變，其中現(xiàn)代影像學技術(shù)在COPD的早期診斷及預后評估方面起到非常重要的作用。本文主要針對CT與MRI形態(tài)及功能成像在COPD中的應用和研究進展進行闡述。

1 胸部CT檢查

1.1 COPD的高分辨CT（HRCT）表現(xiàn) HRCT能夠先于PET發(fā)現(xiàn)肺解剖結(jié)構(gòu)的異常，幫助確定COPD的病變是以肺氣腫為主還是氣道病變?yōu)橹鳎?］。COPD患者的HRCT形態(tài)學表現(xiàn)呈多樣性。

1.1.1 中央氣道病變：表現(xiàn)為：（1）支氣管壁增厚及管腔狹窄；（2）劍鞘樣氣管，一般選用主動脈弓上1 cm層面來測量氣管冠狀徑與矢狀徑的比值，即氣管指數(shù)。若氣管指數(shù)＜0.67；同時氣管的橫斷直徑＜正常的60%，稱之為劍鞘樣氣管［2］；（3）氣管軟化，呼氣時氣道直徑減?。?0%定義為氣道軟化。

1.1.2 外周氣道病變：表現(xiàn)為細支氣管壁增厚與管腔狹窄。一些病理學研究表明COPD患者的氣道梗阻一般發(fā)生在直徑＜2 mm的小氣道里［3］，一般呼氣相HRCT易發(fā)現(xiàn)早期小氣道病變，在HRCT上可觀察到“樹芽征”。樹芽征反映的是擴張的小葉中心型細支氣管管腔內(nèi)充滿黏液或膿液；通常伴隨著細支氣管炎癥［4］，并伴有細支氣管擴張、細支氣管壁增厚及細支氣管周圍炎。氣道壁增厚是繼發(fā)于慢性炎癥的過程。

1.1.3 實質(zhì)病變：一般表現(xiàn)為肺氣腫改變及肺間質(zhì)纖維化，已經(jīng)證實了CT比肺功能檢查對于探測早期肺氣腫更加敏感。有相當數(shù)量的COPD患者沒有肺氣腫的臨床癥狀，而且其PET也并沒有達到診斷COPD的標準，但是卻具有肺氣腫的CT特征［5］，即在HRCT上表現(xiàn)為密度減低及沒有完整壁的區(qū)域；區(qū)域性的空氣滯留反映的是過多氣體的存留，間接地反映出外周氣道的阻塞，這種現(xiàn)象在呼氣相中更容易觀察到［6］，所以肺氣腫呼氣相HRCT的重要征象是空氣潴留征，表現(xiàn)為局灶性的低密度［7］?？諝怃罅粼贖RCT上可以呈“馬賽克灌注”。在COPD早期階段，即1和2級時已經(jīng)開始出現(xiàn)肺間質(zhì)纖維化，可將小葉間隔增厚和肺內(nèi)異常線影視為COPD合并肺間質(zhì)纖維化的早期表現(xiàn)［8］；小葉間隔增厚，是因為間質(zhì)增生和淋巴管擴張以及成纖維細胞和膠原纖維增生所致；肺內(nèi)異常線影則為肺泡隔纖維增生。

1.1.4 肺血管病變：在COPD患者中肺血管的改變包括血管稀疏及血管扭曲。COPD另一個常見并發(fā)癥是肺動脈高壓，HRCT和螺旋CT肺動脈造影可以幫助診斷。有一部分COPD患者合并有肺栓塞。

1.2 COPD的HRCT定量分析

1.2.1 HRCT對肺氣腫的定量評估：HRCT對于COPD的定量評估方法主要包括：肺密度測定、肺容積測定及像素指數(shù)測定。

肺密度定量分析：利用CT數(shù)字成像的特點將像素圖經(jīng)專門軟件進行自動評估，計算出平均肺密度（MLD）。CT的MLD值反映的是通氣狀況、血流量、血管外液量及肺組織的綜合密度，且受到呼吸、膈肌運動、重力因素的影響。COPD患者與正常人的平均肺密度差異具有統(tǒng)計學意義，且與肺功能具有一致性［9］，目前COPD的HRCT肺密度定量研究中尚沒有明確的肺密度測量指標，一般認為薄層平掃CT預測肺氣腫最恰當?shù)呐R界值為－850 HU，大于此數(shù)值認為是正常的［10］，吸煙會對肺密度存在一定影響，有吸煙史的COPD患者在戒煙后肺密度會相應降低［11］。對肺密度進行測量時應使用CT平掃技術(shù)，而不能應用造影劑，否則會導致肺密度增加，影響肺氣腫的評價［12］。

肺容積定量分析：用HRCT分別在呼、吸氣相對全肺進行連續(xù)掃描，然后用自動化軟件測定肺容積的各項指標，肺容積指標包括最大吸氣末容積（Vin）、最大呼氣末容積（Vex）和容積比（Vex／in）。HRCT測定肺容積值小于PFT測定的值，這與患者HRCT檢查時為仰臥位，而在PFT檢查時是坐位有關(guān)，仰臥位時肺容積可減少500 ml，且HRCT測定肺容積時還剔除了大氣管內(nèi)約100ml的容積。

像素指數(shù)（PI）、體素指數(shù)（VI）：PI是指某一閾值內(nèi)像素的體積占單位體積的百分比。典型的肺組織CT值范圍應是－900～－600 HU。一般以－910 HU為閾值，將肺組織劃分為4個區(qū)間A：－1024～－901 HU；B：－900～－801 HU；C：－800～－701 HU；D：≥－700 HU。A區(qū)間代表呼氣受阻部分的肺實質(zhì)；B區(qū)間代表正常通氣的肺實質(zhì)部分；C區(qū)間、D區(qū)間代表吸氣減少的肺實質(zhì)部分。Müller等［13］首先采用密度蒙片的方法將＜－910 HU的像素增亮，從而將肺氣腫較為直接地顯示出來，計算肺氣腫區(qū)域和正常肺組織區(qū)域比例，得出肺氣腫的定量診斷，其結(jié)果與肺氣腫的病理級別是密切相關(guān)的。對于薄層掃描最常用的閾值為－950 HU。VI是指單位體積內(nèi)某一閾值以下的體素個數(shù)所占百分數(shù)。關(guān)于判定空氣潴留或肺氣腫的VI閾值不盡相同，吸氣相－950 HU、－900 HU、－930 HU，呼氣相－910 HU不等。

1.2.2 HRCT對于氣道壁的定量評估：HRCT的應用為COPD氣道重塑評價提供了無創(chuàng)和定量的方法。Nakano等［14］首次對COPD患者進行支氣管壁厚度的定量測量，表明右肺上葉尖段支氣管壁厚度與FEV1%預計值之間有明顯相關(guān)性。在HRCT尚未能對小氣道進行精確測量的前提下，利用CT測量大氣道壁面積占氣道總截面積的百分比（WAP）及氣道壁厚度與氣道管腔外徑之比值（TDR）來預測小氣道的改變也是有一定臨床價值的［15］。此外氣道軟化與COPD密切相關(guān)，將近一半的COPD患者存在氣道軟化［16］。

COPD患者由于氣道反復慢性炎癥，存在一定比例的支氣管擴張［17］。支氣管擴張會對氣道的定量測量產(chǎn)生影響，所以WAP、TDR雖是反映氣流受限和氣道功能較敏感的指標，但不能準確地對其進行分級，僅能在一定程度上反映肺功能受損的程度。

1.3 CT功能成像評估COPD 肺的CT功能成像主要有通氣成像及灌注成像。

為了能夠用CT進行通氣成像，必須使用氣體對比劑。目前報道的肺通氣對比劑為非放射性的氙氣和碘對比劑。在吸入及呼出氣體對比劑的過程中，通過CT值改變測量區(qū)域通氣情況。目前CT在肺部通氣方面的研究主要在動物實驗方面［18］。CT在肺通氣方面臨床應用仍在探索階段，已有CT通氣成像技術(shù)初步應用于正常志愿者的報道。

肺部CT灌注成像是指對比劑首次通過肺循環(huán)時快速掃描獲得肺組織血流灌注狀態(tài)，同時得到時間密度曲線（time-density curve，TDC）及各灌注參數(shù)值，灌注參數(shù)包括血流量（blood flow，BF）、血容量（blood volume，BV）、對比劑的平均通過時間（mean transit time，MTT）、對比劑峰值時間（time to peak，TTP）、表面通透性（permeability surface，PS）等，以此來評價組織器官的灌注狀態(tài)。

肺氣腫以肺內(nèi)進展性不均質(zhì)的灌注表現(xiàn)為特征，國外已有用CT灌注成像定量評價COPD的報道［19］，定量分析一般應用時間-密度曲線（TDC）和CT的灌注參數(shù)進行評價。COPD患者TDC較正常人平直，表現(xiàn)為緩慢上升的過程，沒有明顯峰值［20］，這是因為肺毛細血管網(wǎng)的破壞，使對比劑擴散成為一個緩慢過程。CT灌注參數(shù)主要包括BF、BV、PS和MTT。BF反映血流量即組織器官內(nèi)血流的速率；BV反映血容量即有功能的毛細血管量；BV、BF與血管的管徑、數(shù)量、血管通暢程度有關(guān)。動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，肺血管阻力增加可引起B(yǎng)F、BV值的明顯減?。?1］。PS反映毛細血管的通透性。COPD患者由于毛細血管網(wǎng)破壞，通透性降低，對比劑不易經(jīng)毛細血管基底膜進入組織間隙，導致COPD患者PS值明顯低于正常人，但數(shù)值交叉較多，對COPD的診斷無明顯價值，這可能與毛細血管網(wǎng)破壞程度有關(guān)［22］。MTT指血液流經(jīng)血管的平均時間。COPD患者由于毛細血管破壞、重建及側(cè)支循環(huán)形成，造成對比劑通過時間延長，導致COPD患者MTT時間高于志愿者。

2 胸部MRI檢查

2.1 MRI形態(tài)成像 與CT相比，MRI由于受肺質(zhì)子密度低、血流信號丟失等因素的影響對肺部形態(tài)學的評價不甚理想，在COPD患者中尤為明顯。Ley-Zaporozhan等［23］學者對22名肺氣腫患者進行1.5 TMRI的T1-GRE（VIBE）、T2-HASTE等不同序列的掃描及與MSCT的對照研究，結(jié)果表明HASTE序列可顯示炎性支氣管壁增厚，增強VIBE序列適用于縱隔及肺結(jié)節(jié)的評估診斷，但MRI僅能顯示一半病例的肺氣腫分型及嚴重程度。所以質(zhì)子MRI在臨床上可能不適用于肺氣腫的診斷、分型及支氣管壁增厚的顯示。

2.2 MRI功能成像

2.2.1 MRI灌注成像：MRI在肺功能成像方面有很大優(yōu)勢，可提供灌注、通氣和呼吸動力學等方面的功能信息。而MRI灌注成像與放射性核素閃爍灌注成像相比，具有無放射性輻射、較高的空間和時間分辨力，且在檢測灌注異常方面有較高的診斷準確度（90%～95%）［24］。

MRI灌注成像的主要方法為首過對比劑技術(shù)和動脈自旋標記技術(shù)（arterial spin labeling，ASL）。首過對比劑技術(shù)是采用快速成像序列，靜脈團注對比劑后將組織毛細血管水平的血液灌注情況顯示出來。隨著MR技術(shù)的進步，可進行多平面的3D容積灌注成像，能獲得局部肺灌注缺損區(qū)域準確的解剖學定位，從而可以在葉和段水平評估COPD。Ley-Zaporozhan等［25］對45例重度COPD患者（GOLDⅢ和Ⅳ）在肺葉水平上對肺實質(zhì)破壞與肺灌注缺損的相互關(guān)系進行評估。該研究將每側(cè)肺分為3葉，分別在CT和MRI上采用4分法分級。分析的270個肺葉中有213個葉（79%）的肺實質(zhì)破壞與灌注缺損相匹配；44個葉在CT上具有相對較高的評分，13個葉在MRI上具有相對較高的評分；CT與MRI相比，CT關(guān)于嚴重程度的評分較高。重度肺氣腫患者CT上的氣腫區(qū)和MRI上的灌注缺損高度一致。

以上為肺灌注成像用于COPD患者局部肺灌注的視覺的半定量評估，此外，3D MR灌注技術(shù)可對局部肺血流量進行量化分析。Ohno等［26］用3D MRI灌注定量評估肺動脈高壓病人與健康志愿者，發(fā)現(xiàn)COPD患者的肺血流量（pulmonary blood flow，PBF）和肺血容量（pulmonary blood volume，PBV）均減少，平均通過時間（mean transit time，MMT）顯著降低。近年，Jang等［27］運用MRI灌注定量評估了14例COPD患者，并與肺功能指標及HRCT容積參數(shù)進行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)PBF（r＝0.49，P＝0.044）、PBV（r＝0.69，P＝0.006）及MMT（r＝0.76，P＝0.002）均與FEV1／FVC呈正性相關(guān)，MTT（r＝0.76，P＝0.002）與FEV1正相關(guān)；PBV與V-950呈負相關(guān)性（r＝－0.61，P＝0.020）。因此，對局部肺實質(zhì)進行定量分析，可深入地理解COPD的病理生理學。

動脈自旋標記技術(shù)（ASL）是利用磁化標記的血液作為內(nèi)源性的對比劑，在肺灌注成像中用來檢測信號的變化，其優(yōu)點是無需使用外源性對比劑，而仍保持較高的對比噪聲比。Fan等［28］將ASL應用于肺實質(zhì)的灌注成像，在對正常志愿者的研究中證明了ASL肺灌注成像方法的可行性和可重復性，同時研究了影響肺灌注成像的幾種影響因素，如呼吸、體位及不同的掃描參數(shù)等。上述研究均證實ASL用于COPD的肺實質(zhì)灌注成像是可行的，且具有無需對比劑和無輻射優(yōu)點，前景是可觀的。

2.2.2 MRI通氣成像：MRI肺通氣成像由于沒有輻射，空間分辨率較高，正越來越受重視。MRI肺通氣成像的方法主要有超極化惰性氣體（3He、129Xe）成像；氧增強質(zhì)子成像等。

近10年內(nèi)，使用3He和129Xe超極化惰性氣體的MRI肺通氣成像已廣泛用于動物及部分臨床實驗。許多研究者已經(jīng)成功使用3He MRI對COPD患者在容積、形態(tài)及通氣缺損分布的基礎(chǔ)上進行嚴重度分級和疾病特點描述［29］。van Beek等［30］用超極化3He MRI在COPD早期診斷中的應用開展了前瞻性多中心研究，超極化3He MRI的彌散加權(quán)成像表明COPD患者表觀彌散系數(shù)（apparent diffusion coefficient，ADC）平均值和標準差均比正常個體高，即超極化3He MRI方法可以正確區(qū)分COPD患者和健康人。與3He相比，129Xe具有較高的可利用性和較低的成本。2011年，Kaushik等［31］學者研究健康志愿者與COPD患者的超極化129Xe MRI彌散加權(quán)成像，結(jié)果表明129Xe MR彌散成像在臨床上是可行的，在區(qū)分健康志愿者和肺氣腫方面具有足夠的敏感性。但吸入超極化129Xe的副作用較大且129Xe的極化率低，目前臨床應用不多。

激光超極化惰性氣體的高成本是非質(zhì)子MR成像的主要缺點，阻礙了其更廣闊的臨床應用。氧增強MR成像技術(shù)成本低，無需重調(diào)MR系統(tǒng)，在常規(guī)氫質(zhì)子頻率即可完成成像，使其具有更好的應用前景。Hatabu等［32］在動物實驗（豬）及志愿者的研究表明，吸氧后肺實質(zhì)的T1值變短、信號強度增加，可以動態(tài)的觀察吸氧后圖像信號的變化過程；1／T1值與動脈血氧濃度之間存在線性相關(guān)性，可以同時分析通氣與血液灌注情況。肺氣腫患者與健康志愿者相比，吸入氧氣后有不均勻的信號強度的增加［33］。Ohno等［34］對COPD患者進行量化氧增強MRI通氣成像，研究表明其所顯示的局部通氣改變可反映局部的肺功能，其中最大平均相對增強率（mean relative enhancement ratio，MRER）與一氧化碳彌散量有極好的相關(guān)性，相對增強的平均斜率與FEV1有很強的相關(guān)性，最大平均相對增強值和CT量化參數(shù)有很好的相關(guān)性。此外，Ohno等［35］又用氧增強MRI研究吸煙相關(guān)COPD患者，結(jié)果表明氧增強MRI與吸煙相關(guān)COPD患者的肺功能及CT量化參數(shù)具有相關(guān)性，并可用于COPD的臨床分級。

綜上所述，COPD在其疾病發(fā)展過程中累及肺的不同部位，且此病變具有不同的嚴重程度，若想全面了解COPD需要形態(tài)學及功能學的結(jié)合。隨著計算機軟件技術(shù)的不斷完善和信噪比的不斷提高，在未來可以評價局部肺功能，并對COPD的早期診斷及早期治療發(fā)揮重要的作用。

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［中圖分類號］R 563；R 814.42

［文獻標識碼］A

doi：10.3969／j.issn.1003-9198.2012.04.004

收稿日期：（2012-05-20）

基金項目：上海市自然科學基金（10zr1438900）；國家自然科學基金青年基金（81000602）

作者單位：200003上海市，上海長征醫(yī)院影像醫(yī)學與核醫(yī)學科