方 元，管 宇，夏 藝，范 麗，劉士遠(yuǎn)，肖湘生

(第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長(zhǎng)征醫(yī)院影像科，上海 200003)

CT定量評(píng)估肺氣腫的研究進(jìn)展

方 元，管 宇，夏 藝，范 麗，劉士遠(yuǎn)，肖湘生*

(第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長(zhǎng)征醫(yī)院影像科，上海 200003)

肺氣腫是指肺部終末細(xì)支氣管遠(yuǎn)端出現(xiàn)的異常持久擴(kuò)張，伴有肺泡壁和細(xì)支氣管破壞但無(wú)明顯的肺纖維化，晚期時(shí)嚴(yán)重影響呼吸功能，病死率高。目前臨床上常用肺功能檢查(PFT)評(píng)價(jià)肺氣腫，但其具有一定局限性。CT可較好地顯示肺氣腫的分布、程度和范圍，其對(duì)肺氣腫的定量評(píng)估主要有主觀半定量法和客觀法。隨著CT技術(shù)的發(fā)展，其定量評(píng)估肺氣腫的準(zhǔn)確率越來(lái)越高，并與PFT具有良好的相關(guān)性。采取CT定量評(píng)估與PFT相結(jié)合的方式可更加全面地評(píng)價(jià)肺氣腫，更好地指導(dǎo)臨床診治。

體層攝影術(shù)，X線計(jì)算機(jī);肺氣腫；定量；肺功能檢查

肺氣腫是指肺部終末細(xì)支氣管遠(yuǎn)端出現(xiàn)異常持久的擴(kuò)張，伴有肺泡壁和細(xì)支氣管破壞而無(wú)明顯的肺纖維化[1]，是慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease， COPD)的最常見(jiàn)表現(xiàn)。由于肺氣腫破壞肺泡壁局部導(dǎo)致肺泡數(shù)量和肺內(nèi)有效氣體交換面積減小，肺彈性回縮力降低，可引起不可逆的氣流受限，后期嚴(yán)重影響肺功能，病死率較高[2]。因此，早期、準(zhǔn)確地評(píng)估肺氣腫對(duì)改善預(yù)后及降低死亡率具有十分重要的意義。隨著MSCT和高分辨率CT(high resolution CT， HRCT)的出現(xiàn)，CT已成為定量評(píng)估肺氣腫的理想工具[3-4]。本文就CT定量評(píng)估肺氣腫的研究進(jìn)展做一綜述。

1 CT定量評(píng)估肺氣腫

目前臨床常采用肺功能檢查評(píng)估肺氣腫患者的肺功能，但其影響因素眾多，如年齡、性別、體質(zhì)量指數(shù)、測(cè)定時(shí)間及操作手法等，且可重復(fù)性差[5]。因此利用CT定量評(píng)估肺氣腫成為研究熱點(diǎn)。CT不僅能診斷肺氣腫，還能定量分析肺氣腫的分布及范圍[6-7]。

1.1視覺(jué)評(píng)價(jià)及主觀半定量評(píng)分法 最初對(duì)肺氣腫的評(píng)估主要基于影像醫(yī)師對(duì)圖像的主觀評(píng)價(jià)和以視覺(jué)評(píng)分為基礎(chǔ)的主觀評(píng)分半定量法。視覺(jué)評(píng)分即在常規(guī)厚層(5～10 mm)掃描結(jié)束后分別在主動(dòng)脈弓、氣管隆突及下肺靜脈開(kāi)口處層面加掃3層HRCT，代表上、中、下肺野，再根據(jù)低衰減區(qū)(low attenuation area， LAA)的范圍做出評(píng)價(jià)并記分和分級(jí)[8-9]。這種半定量評(píng)分法簡(jiǎn)單易行，且無(wú)需另行購(gòu)買計(jì)算軟件。但也有多項(xiàng)研究認(rèn)為，半定量評(píng)分法評(píng)估肺氣腫的特異度及敏感度有限。如Van Rikxoort等[10]的研究表明，基于HRCT的視覺(jué)評(píng)估法和客觀法在評(píng)估結(jié)果上存在差異；Bankier等[11]也發(fā)現(xiàn)，與大體病理比較，主觀評(píng)分法在多數(shù)患者中作出了過(guò)度估計(jì)，并且閱片者間存在診斷差異?？傊?，由于主觀因素的介入，視覺(jué)評(píng)價(jià)及主觀半定量評(píng)分法或多或少地低估或高估肺氣腫的嚴(yán)重程度，故對(duì)肺氣腫的評(píng)價(jià)價(jià)值有限[6]。

1.2 客觀量化評(píng)估 CT客觀定量分析肺氣腫的指標(biāo)主要有像素指數(shù)(pixel index， PI)、平均肺密度值和肺容積指標(biāo)[12]，因此肺氣腫的客觀定量方法也主要有三大類：PI法、密度分析法和容積測(cè)定法。

1.2.1 PI法 PI法也稱密度屏蔽法或閾值限定法，即選取特定閾值，使低于該閾值的LAA發(fā)亮，由計(jì)算機(jī)計(jì)算LAA所占全肺容積的百分比，稱為PI，也稱肺氣腫指數(shù)(emphysema index， EI)。閾值的選取是PI法定量分析的關(guān)鍵，不同的研究運(yùn)用了不同的閾值。Müller等[13]選取10 mm層厚的圖像進(jìn)行定量分析，并將結(jié)果與大體病理進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)閾值取-910 HU時(shí)，所得結(jié)果與病理具有良好的相關(guān)性(r=0.89)。Gevenois等[14]則采用1 mm層厚，在吸氣末對(duì)肺氣腫患者進(jìn)行掃描，并選取不同閾值(-900～-970 HU，每間隔10 HU設(shè)定1個(gè)閾值)進(jìn)行定量評(píng)估，同樣將結(jié)果與病理標(biāo)本進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)閾值為-950 HU時(shí)所得EI值與病理相關(guān)性好。Gu等[15]設(shè)定層厚及層間隔均為0.625 mm，于吸氣末對(duì)肺氣腫患者進(jìn)行掃描，采取-910 HU和-950 HU兩個(gè)閾值進(jìn)行量化分析，并與肺功能進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者在預(yù)測(cè)肺功能參數(shù)方面并無(wú)明顯差異(P>0.1)。因此，關(guān)于肺氣腫閾值的選定目前尚無(wú)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)根據(jù)不同的掃描設(shè)備及掃描參數(shù)(如層厚、層間隔、重建算法等)進(jìn)行選擇，合適的閾值是準(zhǔn)確評(píng)估肺氣腫的前提和基礎(chǔ)。目前的研究多采用吸氣末-950 HU(薄層)和-910 HU(厚層)兩種閾值[16-17]。

1.2.2密度分析法 主要有平均肺密度(mean lung desity， MLD)法和直方圖法。肺密度指給定肺野內(nèi)所有像素的平均CT值。隨著容積CT的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)可以對(duì)選定層面或特定肺葉乃至全肺進(jìn)行MLD定量，從而更好地指導(dǎo)臨床[18]。由于肺組織的CT值是由肺內(nèi)氣體、血液和肺組織的含量比所決定[19]，因此MLD反映肺通氣狀態(tài)、血液量、血管外液體量及肺組織的綜合密度。呼吸狀態(tài)和肺野的變化均會(huì)導(dǎo)致MLD的變化，故MLD在鑒別肺內(nèi)不均一病變中存在很大局限性。李而周等[20]利用Pulmo計(jì)算機(jī)軟件對(duì)130例肺氣腫患者及80例對(duì)照組進(jìn)行肺密度測(cè)定，分別選取3個(gè)代表性層面(肺尖、肺門及橫膈)的平均CT值作為全肺MLD，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組比較，肺氣腫組的MLD有不同程度減低(2=49．884，P<0．001)，且以彌漫性肺氣腫的減低幅度最為明顯；而對(duì)于局限性肺氣腫或一些單純性肺大皰患者，其MLD未見(jiàn)明顯減低。因此，MLD量化評(píng)估肺氣腫具有一定的局限性。MLD常需與密度直方圖法相互配合。直方圖法又稱百分率法，即計(jì)算機(jī)對(duì)CT圖像進(jìn)行分析后，將肺內(nèi)所有像素CT衰減值的分布情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以直方圖的形式表現(xiàn)，并在直方圖上選定某個(gè)點(diǎn)或范圍，低于這個(gè)點(diǎn)或范圍的區(qū)域即定義為肺氣腫[21]。正常肺的直方圖曲線為正態(tài)或近似正態(tài)分布的曲線。研究[8]認(rèn)為，正常的肺密度直方圖曲線為-750～-850 HU；Hayhurst等[22]研究表明，肺氣腫患者的肺密度直方圖分布曲線較正常曲線明顯“左移”，為-900～-1 000 HU。此外，Johnson 等[19,23]的研究表明，肺大皰患者的密度直方圖呈雙峰樣改變，與正常曲線的單峰有明顯差異。這些均說(shuō)明密度直方圖和肺氣腫病變具有相關(guān)性。由于低于閾值的區(qū)域定義為肺氣腫，因此直方圖閾值的取值是關(guān)鍵。Dirksen等[24]以第1～50百分位數(shù)作為閾值進(jìn)行評(píng)估,發(fā)現(xiàn)第10～20百分位數(shù)的閾值在肺氣腫密度的縱向研究中的變異度最低、相關(guān)性最強(qiáng)，故目前研究通常采用第15百分位數(shù)作為直方圖閾值。

1.2.3容積測(cè)定法 隨著CT技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)能夠利用閾值設(shè)定、分割技術(shù)和VR等后處理方法對(duì)肺部容積進(jìn)行測(cè)定，測(cè)量指標(biāo)通常包括深吸氣末肺容積(Vin)、深呼氣末肺容積(Vex)、容積差(Vin-ex)及容積比(Vex/in)[25-27]。鄒利光等[28]通過(guò)對(duì)正常人及肺氣腫患者進(jìn)行CT肺容積測(cè)定并與肺功能檢查指標(biāo)進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)Vin和Vex分別與肺功能檢查中的肺總量(total lung capacity，TLC)、殘氣量(residual volume， RV)有良好的相關(guān)性(r均=0．89)，而Vin-ex則與用力肺活量(forced vital capacity，F(xiàn)VC)的相關(guān)性較好(r=0．64)。其他研究[29-31]也表明，容積測(cè)定參數(shù)與肺功能參數(shù)間具有較好的相關(guān)性(r=0.59～0.92)。而B(niǎo)rown等[32]除了對(duì)兩者的相關(guān)性進(jìn)行研究外，還對(duì)CT容積測(cè)量參數(shù)和肺功能檢查的TLC、RV進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較，發(fā)現(xiàn)CT容積測(cè)量參數(shù)較肺功能檢查具有更好的可重復(fù)性。需要注意的是，CT容積測(cè)量參數(shù)并不等同于肺功能所測(cè)得的容積參數(shù)，由于體位的不同(肺功能檢查為坐位，CT檢查為仰臥位，仰臥位時(shí)肺容量可減少約500 ml)，以及CT在容積測(cè)定時(shí)自動(dòng)去除大氣道內(nèi)約100 ml的容積，因此CT測(cè)定值實(shí)際上小于肺功能檢查的測(cè)定值[12]，但由于兩者間具有良好的相關(guān)性，而CT適用于某些不耐受肺功能檢查的人群，且具有很好的可重復(fù)性，因此目前CT容積測(cè)定越來(lái)越多地用于臨床作為PFT的補(bǔ)充[33]。

2 CT量化評(píng)估肺氣腫的影響因素

2.1呼吸狀態(tài) 不同的呼吸狀態(tài)導(dǎo)致肺組織舒縮以及通氣、血流狀況不同，相應(yīng)的肺密度也不同。Lamers等[34]利用呼吸門控(肺活量觸發(fā))技術(shù)進(jìn)行掃描，發(fā)現(xiàn)對(duì)于肺氣腫患者，其吸氣水平的不同并不顯著影響肺密度的測(cè)定，但對(duì)于健康人群，不同的呼吸狀態(tài)其平均肺密度參數(shù)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。隨著研究的深入，雙氣相(吸氣-呼氣相)掃描技術(shù)開(kāi)始出現(xiàn)，其對(duì)于空氣潴留的顯示具有重要意義。由于正常人肺組織在吸氣末和呼氣末時(shí)衰減值相差約200 HU，因此呼氣相肺密度增加在100 HU以內(nèi)，則提示有空氣潴留。Lee等[35]的研究認(rèn)為，雙氣相肺密度差值取60 HU是提示空氣潴留的最佳閾值。其他多項(xiàng)研究[36-38]也證實(shí)利用雙氣相掃描技術(shù)進(jìn)行定量評(píng)估與肺功能檢查參數(shù)具有很高的相關(guān)性。

2.2 CT掃描參數(shù) CT掃描參數(shù)如管電壓、管電流、層厚、層間隔及重建算法等[39]也可影響CT定量評(píng)價(jià)肺氣腫。由于肺氣腫分布的不均一性，某些小范圍或局限性肺氣腫直徑常<5 mm，因此較大的層厚及層間隔難以對(duì)早期或局限性肺氣腫進(jìn)行定量評(píng)估[40]。Mishima等[41]研究認(rèn)為，掃描層厚為2 mm，管電流≥200 mAs評(píng)估肺氣腫最適合。隨著迭代重建技術(shù)的出現(xiàn)，利用低劑量、甚至超低劑量對(duì)肺氣腫進(jìn)行量化評(píng)估也成為可能。Nishio等[42]研究表明，利用迭代重建技術(shù)進(jìn)行超低劑量掃描(120 kV，10 mA)，所得到的CT定量參數(shù)與常規(guī)劑量掃描所得的CT定量參數(shù)具有較好的一致性。Hochhegger等[43]研究發(fā)現(xiàn)，與首次評(píng)估對(duì)比，隨訪時(shí)以標(biāo)準(zhǔn)算法及高分辨率重建算法定量評(píng)估肺氣腫患者會(huì)增加CT定量測(cè)量中EI的變異性。其他研究[39]也表明不同的重建算法會(huì)影響肺氣腫CT定量評(píng)估的準(zhǔn)確率和一致性。

2.3 年齡 Soeijima等[44]研究表明，隨受檢者年齡的增加，其CT圖像上低于-960 HU的區(qū)域明顯增加，尤其在中、下肺野。

3 小結(jié)

肺功能檢查作為傳統(tǒng)肺功能的評(píng)價(jià)方式，有其自身優(yōu)勢(shì)，但也存在局限性，而CT定量評(píng)估在一定程度上彌補(bǔ)了肺功能檢查的不足，對(duì)肺氣腫的定量評(píng)估有巨大潛力。隨著研究的不斷深入，CT定量評(píng)估的準(zhǔn)確性率也將會(huì)越來(lái)越高，從而能更好地運(yùn)用于臨床，與肺功能檢查相互配合，準(zhǔn)確、全面地評(píng)估肺氣腫，指導(dǎo)臨床個(gè)性化診療和隨訪觀察。

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Research progresses in CT quantitative assessment of emphysema

FANGYuan，GUANYu，XIAYi，F(xiàn)ANLi，LIUShiyuan，XIAOXiangsheng*

(DepartmentofRadiology，ChangzhengHospitaloftheSecondMilitaryMedicalUniversity，Shanghai200003，China)

Emphysema is the abnormal expansion of the terminal bronchioles, and accompanied by the destruction of alveolar walls and bronchioles with no obvious pulmonary fibrosis. The mortality of emphysema is extremely high with the impairment of respiratory function in advanced stage. Pulmonary function test (PFT) has some limitations in assessment of emphysema. CT scan shows a good reflection in distribution, degree and scope of emphysema. The methods of CT quantitative assessment are divided into subjective semi-quantitative method and objective method. With the improvement of CT technology, the accuracy of CT quantitative assessment is higher, and has a good correlation with PFT. CT quantitative assessment combined with PFT can make a more comprehensive evaluation of emphysema and can guide clinical diagnosis and treatment.

Tomography, X-ray computed; Emphysema; Quantification; Pulmonary function test

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(81230030)、國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81370035)、國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(81501470、81501618)、上海市浦江人才計(jì)劃(15PJD002)。

方元(1986—)，男，云南昭通人，碩士，醫(yī)師。研究方向：胸部影像診斷。E-mail： yuanfangderen159@163.com

肖湘生，第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長(zhǎng)征醫(yī)院影像科，200003。

E-mail： cjr.xiaoxiangsheng@vip.163.com

2016-07-08

2016-10-26

R563.3; R814.42

A

1003-3289(2017)01-0132-05

10.13929/j.1003-3289.201607039