管政，夏藝，劉士遠(yuǎn)

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慢性阻塞性肺疾病患者及健康志愿者氣管指數(shù)與肺功能的相關(guān)性研究

管政，夏藝，劉士遠(yuǎn)

【摘要】目的：分析慢性阻塞性肺疾病（COPD）患者及正常志愿者的上氣道CT定量參數(shù)的差異，探討COPD患者及健康志愿者氣管指數(shù)（TI）與肺功能參數(shù)的相關(guān)性。方法：對(duì)54例COPD患者和57例健康志愿者進(jìn)行肺功能檢查和胸部CT檢查。按照COPD GOLD分期將COPD患者分為Ⅰ～Ⅳ級(jí)，根據(jù)COPD高危因素（吸煙＞10包年）將健康志愿者分為吸煙組和非吸煙組，測(cè)量主動(dòng)脈弓上緣1 cm氣管和左、右主支氣管開(kāi)口處的前后徑（APD）和橫徑（TRD），并計(jì)算TI（TI= TRD/APD）。分析COPD患者和健康志愿者的氣道CT定量參數(shù)的差異，同時(shí)評(píng)估TI與肺功能的相關(guān)性。結(jié)果：COPD組和對(duì)照組間年齡、身高、體重及BMI差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。COPD組和對(duì)照組在左、右主支氣管開(kāi)口處TI差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.001、0.002），在主動(dòng)脈弓上緣1 cm水平TI差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.134）。COPD組和對(duì)照組的右主支氣管TI分別與FEV1（r=0.345，P=0.000），與FVC（r=0.277，P=0.002），與FEV1/FVC（r=0.339，P=0.000）有一定的相關(guān)性。左主支氣管TI與FEV1（r=0.233，P=0.008）、FVC（r=0.184，P=0.039）、FEV1/FVC（r=0.218，P=0.014）有一定的相關(guān)性。而主動(dòng)脈弓上緣1 cm水平TI與FEV1、FVC、FEV1/FVC均無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）。COPD各級(jí)主支氣管TI、左主支氣管TI、右主支氣管TI差異均無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）；對(duì)照組內(nèi)吸煙組和非吸煙組主支氣管TI，左、右主支氣管TI差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)論：COPD組左、右主支氣管TI值均低于對(duì)照組（P＜0.05），且COPD左、右主支氣管的TI值與肺功能參數(shù)（FEV1、FVC、FEV1/FVC）具有一定的相關(guān)性，因此TI可作為評(píng)價(jià)COPD肺功能的量化指標(biāo)。

【關(guān)鍵詞】慢性阻塞性肺疾病；體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī)；肺功能；氣管指數(shù)

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種臨床常見(jiàn)的異質(zhì)性肺疾病，其特點(diǎn)是不完全可逆的、進(jìn)行性的氣流受限，慢性炎癥導(dǎo)致的氣道重塑和狹窄，最終使肺的形態(tài)及功能發(fā)生改變，其病理學(xué)改變存在于中央氣道、外周氣道、肺實(shí)質(zhì)和肺的血管系統(tǒng)［1］。目前，利用CT對(duì)COPD形態(tài)及功能評(píng)估是研究的熱點(diǎn)，很多學(xué)者在尋找能反映COPD肺功能改變的放射學(xué)參數(shù)，如利用平均肺密度，氣道管壁的面積評(píng)估COPD肺氣腫在全肺比例及氣道疾病等，這些指標(biāo)同肺功能參數(shù)存在顯著的相關(guān)性［2］。但關(guān)于氣道形態(tài)改變和COPD肺功能關(guān)系尚未有定論［3］。氣管指數(shù)（trachea index，TI）是反映氣道形態(tài)改變的一個(gè)定量參數(shù)，本實(shí)驗(yàn)擬通過(guò)分析COPD患者及健康志愿者的氣道CT定量參數(shù)間是否存在差異，同時(shí)分析COPD患者及健康志愿者CT定量參數(shù)與肺功能參數(shù)的相關(guān)性，探討CT定量分析在COPD評(píng)估中的價(jià)值。

材料與方法

1.研究對(duì)象

搜集2014年3月-2015年5月在本院呼吸科就診，臨床及肺功能檢查確診為COPD的54例患者的病例資料，其中男44例，女10例，年齡44～83歲，平均64.8歲。病例入選標(biāo)準(zhǔn)：符合慢性阻塞性肺疾病全球倡議（GOLD）診斷標(biāo)準(zhǔn)，有胸廓畸形、肺部手術(shù)病史、大面積肺部感染、哮喘、肺間質(zhì)纖維化、大量胸水、肺內(nèi)病灶直徑＞3 cm等影響肺功能的則予以排除。每位受試者均簽署知情同意書(shū)，并進(jìn)行胸部CT和肺功能檢查。對(duì)照組為57例健康志愿者，男40例，女17例，年齡45～78歲，平均51歲。有呼吸系統(tǒng)疾病、外傷史、手術(shù)史及會(huì)導(dǎo)致胸廓改變及肺功能異常的其他胸部疾病予以排除。根據(jù)COPD高危因素（吸煙＞10包年）將對(duì)照組分為吸煙組和非吸煙組。

2.肺功能檢查

采用Jaeger Toennies肺功能儀器，檢查時(shí)取坐位。測(cè)定的主要指標(biāo)包括：用力肺活量（forced vital capacity，F(xiàn)VC）、第1秒用力呼氣量（forced expiratory volume in 1 second，F(xiàn)EV1）、第1秒率（FEV1/FVC）。

3.COPD分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［4］

1級(jí)：FEV1/FVC＜70%，F(xiàn)EV1≥80%FEV1預(yù)計(jì)值。2級(jí)：FEV1/FVC＜70%，50%≤FEV1＜80% FEV1預(yù)計(jì)值。3級(jí)：FEV1/FVC＜70%，30%≤ FEV1＜50%FEV1預(yù)計(jì)值。4級(jí)：FEV1/FVC＜70%，F(xiàn)EV1＜30%FEV1預(yù)計(jì)值。

4.CT檢查及圖像分析

采用Philips Brilliance 256層螺旋CT機(jī)吸氣末掃描。患者均取仰臥位、雙臂上舉、頭先進(jìn)，掃描范圍從肺尖至肺底，兩側(cè)包括胸壁腋窩。掃描參數(shù)：管電壓：120k V，有效管電流100 m A，掃描準(zhǔn)直128× 0.625 mm，轉(zhuǎn)速0.5 s/r，掃描層厚5 mm，層間距5 mm，重建層厚1 mm，層間距1 mm，窗寬360 HU，窗位60 HU。

重建數(shù)據(jù)均傳至Philips星云工作站統(tǒng)一進(jìn)行圖像處理，在主動(dòng)脈弓上緣1 cm水平測(cè)量氣管的前后徑（anteroposterior diamete，APD）和橫徑（transverse diameter，TRD）及在氣管分叉處左右主支氣管的內(nèi)徑（APD和TRD），APD定義為經(jīng)過(guò)氣管中心前后徑的最大值，TRD為垂直于APD的最大值。主動(dòng)脈弓上緣1 cm處TI計(jì)算公式為T(mén)I=TRD/APD，氣管分叉處左、右主支氣管的TI分別為左TI和右TI（圖1）。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 21.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，符合正態(tài)分布數(shù)據(jù)采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，偏態(tài)分布數(shù)據(jù)則采用中位數(shù)（四分位間距）表示，COPD組和對(duì)照組組間比較采用Mann-Whitney U檢驗(yàn)法進(jìn)行分析，COPD組和對(duì)照組組內(nèi)比較采用Kruskal-Walls法檢驗(yàn)，采用Spearman相關(guān)系數(shù)分析TI和肺功能參數(shù)的相關(guān)性。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.一般臨床資料

COPD組和對(duì)照組的年齡、身高、體重及體重指數(shù)差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表1）。

表1　COPD組和對(duì)照組的基本信息

2.COPD組與對(duì)照組TI的比較

COPD組的左、右主支氣管TI較和對(duì)照組降低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），兩組的氣管TI間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.134），見(jiàn)表2。

3.COPD組及對(duì)照組TI與肺功能參數(shù)的相關(guān)性

表2　COPD組與對(duì)照組TI的比較

氣管的TI與肺功能參數(shù)之間沒(méi)有相關(guān)性（P＞0.05，表3），而左、右主支氣管的TI則與肺功能參數(shù)具有相關(guān)性（P＜0.05），它提示氣管的形態(tài)改變可成為評(píng)價(jià)肺功能的一個(gè)指標(biāo)。

4.COPD組與對(duì)照組組內(nèi)TI的比較

COPD組內(nèi)主TI及左、右主支氣管TI均沒(méi)有明顯的差異，隨著COPD患者疾病嚴(yán)重程度的增高，TI有逐漸變小的趨勢(shì)。對(duì)照組內(nèi)吸煙組和非吸煙組之間TI及左、右主支氣管TI差異均沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表4、5）。

表3　COPD組及對(duì)照組TI與肺功能參數(shù)的相關(guān)性

討 論

COPD是一種以不完全可逆氣流受限為特征的疾病，COPD患者支氣管壁較正常人增厚，且隨著病情加重，管壁增厚、管腔變窄這一特征越來(lái)越明顯［5-6］。近年來(lái)，關(guān)于COPD的研究主要集中在COPD肺功能方面，以往研究更多的是關(guān)注小氣道改變，而GOLD指南指出慢性咳嗽、咳痰等是由于氣管、支氣管和細(xì)支氣管（內(nèi)徑＞2～4 mm）等結(jié)構(gòu)異常造成的。有學(xué)者通過(guò)比較大氣道測(cè)量徑線和實(shí)體標(biāo)本測(cè)量的小氣道徑線，認(rèn)為可通過(guò)測(cè)量大氣道來(lái)評(píng)估并間接反映小氣道病變情況，但是其敏感性及特異性有待進(jìn)一步研究［7］。本研究中，相對(duì)于對(duì)照組，COPD組的TI及左、右主支氣管TI均減低，COPD組和對(duì)照組的左、右主支氣管TI具有顯著的差異，左、右主支氣管的TI和肺功能參數(shù)有一定的相關(guān)性，可作為評(píng)價(jià)COPD肺功能的一個(gè)指標(biāo)。同時(shí)TI隨著COPD患者疾病嚴(yán)重程度的增高有逐漸減小的趨勢(shì)。

有學(xué)者［8］利用胸部X片測(cè)量氣管TI與肺功能參數(shù)之間的關(guān)系，得出氣管TI與肺功能有顯著的相關(guān)性的結(jié)論。本研究氣管TI與肺功能參數(shù)并沒(méi)有明顯的相關(guān)性，而左、右主支氣管TI與肺功能參數(shù)有一定相關(guān)性，這可能是由于測(cè)量選擇標(biāo)準(zhǔn)不同造成的。有兩個(gè)關(guān)于TI和肺功能參數(shù)關(guān)系的小樣本研究，得到了截然相反的結(jié)論，Muro等［9］對(duì)35例COPD患者的CT圖像研究發(fā)現(xiàn)在主動(dòng)脈弓上緣2 cm處測(cè)得TI和肺功能參數(shù)之間沒(méi)有相關(guān)性，Trigaux等［10］對(duì)20例COPD患者和20例正常志愿者CT圖像對(duì)比發(fā)現(xiàn)主動(dòng)脈弓上緣1 cm處TI和肺功能參數(shù)有一定的相關(guān)性，認(rèn)為T(mén)I降低是肺過(guò)度通氣的表現(xiàn)。后來(lái)Eom等［4］對(duì)比以往測(cè)量方法發(fā)現(xiàn)，氣管TI與肺功能有一定的相關(guān)性。但上述研究均未對(duì)COPD的GOLD分期及左、右主支氣管TI的情況進(jìn)行說(shuō)明，本研究在主動(dòng)脈弓上緣1 cm處測(cè)得TI結(jié)果并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯著的相關(guān)性；但是，左、右主支氣管開(kāi)口處TI結(jié)果則和后者一致，這表明在COPD階段，肺內(nèi)氣管形態(tài)改變同肺功能有一定的相關(guān)性；同時(shí)本研究按照COPD的GOLD分期及COPD高危因素分別對(duì)COPD組和對(duì)照組進(jìn)行組內(nèi)分析，發(fā)現(xiàn)各組內(nèi)主TI及左、右主支氣管TI均沒(méi)有明顯的差異。此外，在COPD中常見(jiàn)的氣管“劍鞘樣”形態(tài)改變?cè)谘芯恐幸脖话l(fā)現(xiàn)，國(guó)外有研究認(rèn)為當(dāng)TI小于2/3時(shí)認(rèn)定氣管為“劍鞘樣”氣管（saber-sheath trachea，SST）［4］，本研究中，COPD組中的SST較對(duì)照組明顯增多，同時(shí)以COPD IV級(jí)組內(nèi)SST居多，這說(shuō)明SST改變?cè)谥兄囟菴OPD中可能更常見(jiàn)，在輕中度COPD較少見(jiàn)。

表4　COPD組內(nèi)TI的比較

表5　對(duì)照組內(nèi)TI的比較

利用放射學(xué)方法測(cè)量胸腔體積時(shí)，胸廓變形或胸壁活動(dòng)均會(huì)對(duì)最后的測(cè)量結(jié)果造成誤差。Trigaux等［10］認(rèn)為慢性持續(xù)增加的胸腔內(nèi)壓力還會(huì)導(dǎo)致氣管軟骨環(huán)彈性的減低和軟骨環(huán)的二次軟化，這種由于氣管軟骨軟化導(dǎo)致的氣管形態(tài)學(xué)改變?cè)贑OPD患者中相當(dāng)常見(jiàn)。Bosiselle等［11］發(fā)現(xiàn)過(guò)度呼氣造成氣管塌陷占其所研究COPD患者的20%，但是氣管塌陷程度與肺功能參數(shù)無(wú)關(guān)；Sverzellati等［12］發(fā)現(xiàn)其研究中53%的COPD患者有氣管軟化，同時(shí)與管壁的增厚具有相關(guān)性，但是并沒(méi)有評(píng)估其與肺功能參數(shù)間關(guān)系。

本研究的局限性在于：第一，本研究獲得的圖像取自受試者吸氣末CT掃描，因此，呼氣末的情況并未進(jìn)行研究。第二，本次研究所采集的圖像均為靜態(tài)圖像，對(duì)于氣道彈性或塌陷情況等只能在動(dòng)態(tài)圖像上觀察到并未涉及。第三，本研究只有54例COPD患者，樣本量相對(duì)較少，可能會(huì)帶來(lái)統(tǒng)計(jì)偏差。

綜上所述，左、右主支氣管的TI與肺功能參數(shù)有一定的相關(guān)性，且TI隨著COPD患者疾病嚴(yán)重程度的增高有逐漸變小的趨勢(shì)，提示其可作為評(píng)價(jià)肺功能的一個(gè)指標(biāo)，盡管其對(duì)于評(píng)價(jià)肺功能的準(zhǔn)確性還需要進(jìn)一步的探討，但是其對(duì)COPD的診斷、評(píng)估和治療已經(jīng)用于臨床實(shí)踐中。

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·胸部影像學(xué)·

A study of the correlation between tracheal index and pulmonary function in patients with chronic obstructive pulmonary disease and healthy volunteers

GUAN Zheng，XIA Yi，LIU Shi-yuan.Department of Radiology，Changzheng Hospital，the Second Military Medical University，Shanghai 200003，China

【Abstract】Objective：The aims of this study were to analyze the differences of CT quantitative parameters in upper airway in all COPD patients and healthy volunteers，and to quantitatively evaluate the correlation between tracheal index and pulmonary function.Methods：54 COPD patients and 57 healthy volunteers were undertaken both pulmonary function test and chest CT scan.The COPD patients were classified asⅠ～Ⅳgrades according to GOLD staging system；the healthy volunteers were divided into smoking group and non-smoking group according to COPD high risk factors（cigarette smoking＞10 pack years）.The antero-posterior diameter（APD）and transverse diameter（TRD）of the trachea at 1cm above the aortic arch and the openings of left and right main bronchi were measured，and the tracheal index（TI）was further calculated（TI =TRD/APD）.The differences of CT quantitative parameters between COPD patients and healthy volunteers were analyzed.The correlation between TI and lung function were also evaluated.Results：There was no significant difference in age，height，weight and BMI between COPD group and control group（P＞0.05）.There was a significant TI difference at the openings of left and right main bronchi（P=0.001，P=0.002），and there was no significant difference in TI 1cm above the aortic arch（P=0.134）between COPD group and the control group.There was direct relationship between TI and FEV1 （left main bronchus：R=0.345，P=0.000，right main bronchus：R=0.233，P=0.008），F(xiàn)VC（left main bronchus：R= 0.277，P=0.002），right main bronchus：R=0.184，P=0.039），F(xiàn)EV1/FVC（left main bronchus：R=0.339，P=0.000，right main bronchus：R=0.218，P=0.014，respectively.But there was no significant difference between TI and FEV1，F(xiàn)VC，F(xiàn)EV1/FVC（P＞0.05）.There was no significant correlation in main bronchus TI，left main bronchus TI，right main bronchus TI of various levels of COPD and control group（P＞005）.Conclusions：The TIs of the left and right main bronchus in COPD group were smaller than that in control group（P＜0.05）.And there was a significant difference between two groups.The left and right main bronchus TI had significant correlation with pulmonary function parameters（FEV1，F(xiàn)VC，book=233,ebook=46FEV1/FVC），which could be an indicator of the evaluation of pulmonary function.

【Key words】Chronic obstructive pulmonary disease；Tomography，X-ray computed；Pulmonary function；Trachea index

收稿日期：（2015-09-16）

基金項(xiàng)目：上海市生物醫(yī)藥處重大專項(xiàng)（13411950100）

通訊作者：劉士遠(yuǎn)，E-mail：cjr.liushiyuan＠vip.163.com

作者簡(jiǎn)介：管政（1988-），男，河南平頂山人，碩士，住院醫(yī)師，主要從事胸部影像診斷工作。

DOI：10.13609/j.cnki.1000-0313.2016.03.009

【中圖分類號(hào)】R814.42；R563.9；R443.6

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1000-0313（2016）03-0232-05

作者單位：200003 上海，上海長(zhǎng)征醫(yī)院影像科