廣東省茂名市人民醫(yī)院放射科(廣東 茂名 525000)

王文尚

CT肺小血管與肺截面積比值與COPD患者肺功能指標(biāo)的相關(guān)性分析

廣東省茂名市人民醫(yī)院放射科(廣東 茂名 525000)

王文尚

目的 探討基于CT定量分析的肺小血管與肺截面積比值(%CSA)與慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者肺功能指標(biāo)的相關(guān)性。方法 回顧性分析80例行CT胸部平掃的COPD患者及40名正常對照者的資料。所有COPD患者均行肺功能檢查，并根據(jù)肺功能指標(biāo)將COPD患者分為輕度組(26例)、中度組(27例)、重度組(27例)3個亞組。采用ImageJ圖像后處理軟件測量基于CT下的%CSA(肺小血管的截面積＜5mm2和5-10mm2分別標(biāo)記為%CSA＜5和%CSA5-10)數(shù)據(jù)。采用單因素方差分析比較COPD各亞組間及其與對照組的%CSA＜5、%CSA5-10以及肺功能指標(biāo)，采用Spearman相關(guān)分析%CSA＜5和%CSA5-10與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性。結(jié)果 COPD輕度組、中度組以及重度組的%CSA＜5，顯著低于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，且不同程度COPD患者之間的%CSA＜5值均存在顯著性差異(P＜0.05)；COPD中度組、重度組的%CSA5-10，顯著低于對照組和輕度組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)；COPD患者的%CSA＜5與FEV1%、FEV1/FVC%呈顯著正相關(guān)(r=0.982，0.988 P=0.018，0.012)，與RV和RV/TLC%呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.946，-0.962 P =0.044，0.028)；COPD患者的%CSA5-10與FEV1%、FEV1/FVC%呈顯著正相關(guān)(r=0.963，0.975 P=0.037，0.025)，與FVC、RV和RV/TLC%無顯著相關(guān)性。結(jié)論 基于CT定量分析的%CSA＜5和%CSA5-10與COPD患者的肺功能有一定的相關(guān)性，且在評估COPD患者肺功能及疾病嚴(yán)重程度方面%CSA＜5優(yōu)于%CSA5-10。

肺疾病，慢性阻塞性；呼吸功能試驗；體層攝影術(shù)，X線計算機(jī)

慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)是一種常見的呼吸系統(tǒng)慢性疾病，嚴(yán)重地危害了人類的健康，其具有氣流受限不完全可逆的特征，且呈進(jìn)行性發(fā)展,最終導(dǎo)致患者呼吸功能的嚴(yán)重受損[1]。因此早期診斷以及對疾病嚴(yán)重程度的評估對于COPD患者治療方案的選擇和預(yù)后有著十分重要的作用。目前COPD診斷及疾病嚴(yán)重程度的評估主要依靠肺功能檢查，但是肺功能檢查受主觀影響較大，亦存在一定的局限性。隨著高分辨率螺旋CT定量分析技術(shù)的不斷進(jìn)步，其不僅能反映肺組織結(jié)構(gòu)的改變，還能定量分析患者肺小氣道及血管改變的程度，從而對COPD的嚴(yán)重程度進(jìn)行評估[2-6]。COPD患者由于肺氣腫致肺小血管受到擠壓、破壞以及缺氧等因素所致的肺小血管收縮使得肺小血管截面積(cross-sectional area,CSA)相應(yīng)的減小。多項研究[7-9]證實COPD患者的肺小血管截面積可在高分辨率螺旋CT下進(jìn)行定量分析，但是其與患者嚴(yán)重程度及肺功能指標(biāo)的關(guān)系，目前國內(nèi)報道并不多見。本研究擬通過CT下定量分析肺小血管與肺截面積的比值與COPD患者肺功能指標(biāo)的相關(guān)，以探討CT定量分析肺小血管在評估COPD嚴(yán)重程度中的作用。

1 資料和方法

1.1 臨床資料將2014年05月至2016年5月于我院門診及住院部收治的80例慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者納入研究。納入標(biāo)準(zhǔn)：1)COPD診斷標(biāo)準(zhǔn)與《慢性阻塞性肺疾病(COPD)診治指南》[1]一致；2)年齡＜80歲，3)均在治療前行肺部CT及肺功能檢查。剔除標(biāo)準(zhǔn)：1)既往有支氣管哮喘、肺癌病史，2)存在先天性胸廓畸形，3)肺部合并大面積感染甚至實變、嚴(yán)重肺間質(zhì)纖維化及大量胸腔積液者，4)CT圖像質(zhì)量不佳者，5)肺功能檢查配合度差，結(jié)果可信度差者。根據(jù)肺功能中兩項指標(biāo)FEV1/FVC、FEV1%及癥狀對COPD患者的嚴(yán)重程度進(jìn)行分級，輕度COPD其FEV1/FVC＜70%，而FEV1%≥80%預(yù)計值，伴或者不伴慢性癥狀；中度COPD其FEV1/FVC＜70%，而50%≤FEV1%＜80%預(yù)計值，伴或者不伴有慢性癥狀；重度COPD其FEV1/FVC＜70%，而30%≤FEV1%＜50%預(yù)計值，伴或者不伴有慢性癥狀。 輕度COPD患者(輕度組)共26例，其中男23例，女3例，平均年齡(66.46±8.75)歲，中度COPD患者(中度組)共27例，其中男22例，女3例，平均年齡(67.15±8.42)歲，重度COPD患者(重度組)共27例，其中男23例，女4例，平均年齡(66.83±8.29)歲。對照組匹配選擇同期在我院體檢中心行體檢的40例體檢者，其中男32例，女8例，平均年齡(65.15±8.23)歲，四組患者在性別、年齡等方面差異無統(tǒng)計意義(P＞0.05)，具有一定的可比性。

1.2 CT檢查方法采用Philips Brilliance64排螺旋CT掃描儀進(jìn)行患者的胸部CT掃描。檢查前向患者詳細(xì)講解最大吸氣末方法,并對其進(jìn)行訓(xùn)練以達(dá)到最佳狀態(tài)。在患者最大吸氣末時機(jī)行肺尖到肺底的迅速掃描。掃描參數(shù)設(shè)定：電壓為120kV，電流為250mA，層厚為1mm，螺距為0.813：1，X線球管的轉(zhuǎn)速為0.42s/轉(zhuǎn)，F(xiàn)OV為350 mm×350mm，采集矩陣為512×512，掃描采集的層厚為0.75mm，圖像重建層厚和層距均為1mm。

1.3 %C S A的C T測量方法%CSA的CT測量方法參照文獻(xiàn)[10]：選取3個掃描層面，上層為主動脈弓上緣1cm層面，中層為氣管隆凸下方1cm層面，下層為右下肺靜脈下方1cm層面。采用一種半自動化的圖像處理軟件(Image J Version 1.48g, Java處理程序，網(wǎng)絡(luò)共享，鏈接地址http∶//rsb.info.nih.gov/ ij/)進(jìn)行圖像分析。首先在上述每一層面上，用“Analyze Particles”這一功能獲得肺小血管的CSA。采用“Circularity”這一功能分析垂直或者近乎垂直于掃描層面的血管，將其值設(shè)定在0.9～1.0之間。%CSA的具體測定方法如下：1)首先采用“Gaussian Blurring”這一功能將圖像噪聲進(jìn)行消除；2)然后采用“threshold technique”功能將圖像中肺野的像素轉(zhuǎn)化為-1024～-500HU之間(圖1)；3)接著將轉(zhuǎn)化好的肺野圖像再次轉(zhuǎn)化為窗位為-720 HU的二進(jìn)制影像圖像(圖2)。分別在肺亞段及亞段以下水平測量肺小血管的CSA，同時將CSA＜5mm2定為亞段以下水平的血管，而CSA在5～10mm2之間的定為亞段水平的血管(圖3)；4)然后計算出上述3個層面上的CSA總和，并將亞段以下水平肺小血管的CSA總和標(biāo)記為CSA＜5，亞段肺小血管的CSA總和標(biāo)記為CSA5-10；5)最后規(guī)定圖像的臨界值在-1024～-500HU之間，通過3層的肺截面積之和計算出CSA＜5及CSA5-10與肺截面積之和的百分比(標(biāo)記為%CSA＜5和%CSA5-10)。上述測量由2名具有5年以上胸部CT診斷經(jīng)驗的影像科醫(yī)師進(jìn)行(均不知曉本研究內(nèi)容)，并取平均值作為最終值。

表1 不同程度COPD患者之間%CSA的比較（）

表1 不同程度COPD患者之間%CSA的比較（）

注：*代表與對照組比較P＜0.05，#代表與輕度組比較P＜0.05，&代表與中度組比較P＜0.05

組別 例數(shù) %CSA＜5 %CSA5-10對照組 40 0.84±0.13 0.32±0.14 COPD組輕度組 26 0.68±0.11* 0.28±0.08中度組 27 0.56±0.12*# 0.19±0.09*#重度組 27 0.42±0.10*#& 0.18±0.06*# F 3.11 2.85 P 0.038 0.046

1.4 肺功能檢測采用肺功能測試系統(tǒng)[丹麥產(chǎn)Quark PFTl型]測定患者的肺功能，主要測量的指標(biāo)為第1秒用力肺呼氣量占預(yù)計值百分比(forced expiratory volume in one second，F(xiàn)EV1%)、用力肺活量(forced vital capacity, FVC)、第1秒用力肺呼氣量占用力肺活量百分比(FEV1/FVC%)、殘氣量(residual volume,RV)、殘氣量占最大肺總量的百分比(residual volume/ total lung capacity，RV/ TLC%)。同一患者的肺功能測定均在患者治療前進(jìn)行。

表2 不同程度COPD患者之間肺功能指標(biāo)的差異（）

表2 不同程度COPD患者之間肺功能指標(biāo)的差異（）

注：*代表與對照組比較P＜0.05，#代表與輕度組比較P＜0.05，&代表與中度組比較P＜0.05

組別 例數(shù) FEV1% FVC FEV1/FVC% RV RV/TLC%對照組 40 92.67±4.86 3.74±0.41 78.26±10.53 1.13±0.12 30.41±5.84 COPD組輕度組 26 82.16±2.11* 3.41±0.48 63.34±8.27* 1.31±0.28* 36.62±5.62*中度組 27 62.34±10.33*# 2.83±0.34*# 51.72±6.34*# 1.54±0.24*# 42.41±3.22*#重度組 27 41.27±8.24*#& 2.69±0.37*# 37.29±8.88*#& 1.78±0.22*#& 53.20±4.67*#& F 3.975 3.86 3.24 3.91 3.37 P 0.012 0.016 0.034 0.014 0.022

表3 COPD患者%CSA與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法采用SPSS20.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析，用()代表計量資料，多組計量資料間比較采用單因素方差分析，兩組計量資料間比較采用LSD-t檢驗，采用Pearson直線相關(guān)分析CT肺小血管與肺截面積比值與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性，以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 不同程度COPD患者之間%CSA的比較COPD輕度組、中度組以及重度組的%CSA＜5為(0.68±0.11)、(0.56±0.12)、(0.42±0.10)，顯著低于對照組的(0.84±0.13)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，且不同程度COPD患者之間的%CSA＜5值均存在顯著性差異(P＜0.05)；COPD中度組、重度組的%CSA5-10為(0.19±0.09)、(0.18±0.06)，顯著低于對照組和輕度組的(0.32±0.14)、(0.28±0.08)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，見表1。

2.2 不同程度COPD患者之間肺功能指標(biāo)的差異COPD患者與健康人肺功能指標(biāo)的比較見表3。

四對照組與COPD組患者的通氣功能指標(biāo)差異有統(tǒng)計學(xué)意義，COPD組的FEV1%、FEV1/FVC%降低，且不同程度患者之間存在顯著性差異(P＜0.05)，提示COPD患者均存在不同程度的阻塞性通氣功能減退；COPD組的RV、RV/TLC%顯著增加，且不同程度患者之間存在顯著性差異(P＜0.05)，提示COPD患者存在不同程度的肺氣腫，見表2。

2.3 COPD患者%CSA與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性COPD患者的%CSA＜5與FEV1%、FEV1/FVC%呈顯著正相關(guān)(r=0.982，0.988 P=0.018，0.012)，與RV和RV/TLC%呈顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.946，-0.962 P=0.044，0.028)；COPD患者的%CSA5-10與FEV1%、FEV1/FVC%呈顯著正相關(guān)(r=0.963，0.0.975 P=0.037，0.025)，與FVC、RV和RV/TLC%無顯著相關(guān)性。見表3。

3 討 論

肺血管的異常是COPD或者肺氣腫患者進(jìn)展到嚴(yán)重階段的重要特點之一[11]，內(nèi)皮細(xì)胞功能的異常在肺血管的改變以及肺氣腫的形成過程中具有重要作用[12]。此外長期的慢性COPD和嚴(yán)重肺氣腫患者常常伴有肺動脈壓力的增高以及右心功能不全。肺間質(zhì)組織的破壞導(dǎo)致的肺血管床的損毀以及缺氧、酸中毒引起的肺血管收縮亦可能是COPD患者肺動脈壓力增加的主要原因之一[13]。對COPD患者肺血管改變的定量分析也有可能預(yù)測肺動脈壓力的變化。因此對于CT下定量分析肺血管的變化來評估COPD患者肺功能以及疾病嚴(yán)重程度具有一定的病理生理學(xué)基礎(chǔ)。

從本研究結(jié)果來看，COPD患者的%CSA＜5和%CSA5-10與健康對照組存在差異，不同程度的%CSA＜5隨著疾病嚴(yán)重程度的增加而減小，說明隨著疾病的進(jìn)展，COPD患者的肺小血管床的破壞越嚴(yán)重，肺小血管的數(shù)量以及截面積越小，因此使用CT定量分析測量%CSA＜5在一定程度上可以評估COPD的嚴(yán)重程度，但%CSA5-10的變化卻不顯著。說明在評估COPD疾病嚴(yán)重程度方面%CSA＜5優(yōu)于%CSA5-10。這是由于CT定量分析中定義的截面積小于5mm2的肺小血管包括肌性血管和彈性血管，而5～10mm2之間的肺小血管基本上都是彈性血管，通常COPD患者肺血管形態(tài)的改變主要影響的是亞段以下的肌性血管[14]。小氣道的狹窄或阻塞是COPD病理生理學(xué)上的重要特征之一，其中的小氣道指的就是小于2mm的氣道，因而與之伴行的肺小血管截面積一般都小于5mm2，因此%CSA＜5在反映COPD患者肺小血管的改變上較%CSA5-10明顯。多項研究[8-9,15]證實在評估肺氣腫、肺動脈高壓、肺灌注等方面%CSA＜5優(yōu)于%CSA5-10，與本研究結(jié)果相類似。

圖1-3 使用Image J Version軟件測量肺小血管的截面積（%CSA）。圖1∶將CT圖像中肺野的像素轉(zhuǎn)化為～1024HU—－500HU之間。圖2：將轉(zhuǎn)化后的CT圖像再次轉(zhuǎn)化為窗位－720HU的二進(jìn)制圖像，在二進(jìn)制圖像上，肺血管顯示為黑色。圖3：分別在肺亞段及亞段以下水平測量肺小血管的CSA，同時將CSA＜5mm2定為亞段以下水平的血管，而CSA在5～10mm2之間的定為亞段水平的血管。

本研究在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究COPD患者的%CSA＜5和%CSA5-10與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性，結(jié)果顯示%CSA＜5和%CSA5-10與COPD患者的FEV1% 和FEV1/FVC%均呈正相關(guān)，同時%CSA＜5與RV和RV/TLC%呈負(fù)相關(guān)。隨著COPD疾病的進(jìn)展，患者的外周小氣道病變加重致氣流受限、肺泡過度充氣形成肺氣腫；同時肺氣腫形成時大量的肺泡周圍的的小血管受膨脹的肺泡擠壓出現(xiàn)退化和大量減少，因此COPD患者出現(xiàn)阻塞性通氣功能降低，殘氣量增加、氣道阻力增大。而FEV1%和FEV1/FVC%是評估肺通氣功能的重要指標(biāo)，RV和RV/TLC%是評估殘氣量的重要指標(biāo)。說明肺小血管的減少與COPD患者肺功能指標(biāo)密切相關(guān)。王之悅等[16]通過CT定量分析166例COPD患者的%CSA＜5和%CSA5-10并與其肺功能指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表明COPD患者的%CSA＜5和%CSA5-10與肺功能的FEV1%和FEV1/FVC%均呈正相關(guān)，與本研究結(jié)果一致。本研究將對照組的研究對象均進(jìn)行肺功能檢查，因此對%CSA＜5和%CSA5-10與肺功能指標(biāo)的相關(guān)性分析結(jié)果相對較為可靠；而且本研究不僅探討了肺功能指標(biāo)中的FEV1%和FEV1/FVC%，同時也探討了RV和RV/TLC%等指標(biāo)與%CSA＜5和%CSA5-10的相關(guān)性，較為全面。此外，廖藝璇等[17]通過高分辨CT定量分析肺血管指標(biāo)，認(rèn)為COPD患者CT定量下肺小血管橫截面積和肺動脈直徑與患者的肺功能以及加重頻率等臨床指標(biāo)密切相關(guān)，可以為COPD患者的病情評估提供新的評估依據(jù)。因此利用CT定量分析肺小血管的截面積有可能作為評估COPD患者肺功能及嚴(yán)重程度的新的無創(chuàng)性指標(biāo)。

綜上所述，COPD患者的%CSA＜5和%CSA5-10與COPD患者的肺功能有一定的相關(guān)性，且在評估COPD患者肺功能及疾病嚴(yán)重程度方面%CSA＜5優(yōu)于%CSA5-10，利用CT定量分析肺小血管的截面積有可能能準(zhǔn)確的評估COPD患者的嚴(yán)重程度，具有重要的臨床應(yīng)用價值。

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(本文編輯： 劉龍平)

Relationship Between the Percentage of the Totalcross-sectional Area of Smallpulmonary Vessels for the Lung Area in MSCT and Pulmonary Function Test in Chronic Obstructive Pulmonary Disease

WANG Wen-shang. Department of Radiology, Maiming People's Hospital, Maoming 525000, Guangdong Province, China

Objective The relationship between the percentage of the total cross-sectional area (%CSA) of small pulmonary vessels for the lung area in MSCT and pulmonary function test(PET) in chronic obstructive pulmonary disease(COPD). Methods 80 COPD patients and 40 normal subjects underwent chest MSCT scans and all clinic data were analyzed retrospectively. All COPD patientsunderwentPFT were classified into mild group (n=26), moderate group (n=27), severe group (n=27) according to PET resultsrespectively. The %CSA＜5mm2and 5-10 mm2for the lung area (called % CSA＜5and % CSA5-10) of small pulmonary vessels were measured with Image J image-processing program. Comparison between the COPD subgroups and control group were carriedout with ANOVA test. The relationship between %CSAand PFT results was carriedout with the Spearman rankcorrelation test. Results The % CSA＜5in mild, moderate and severe COPD group were (0.68±0.11)%, (0.56±0.12)%, (0.42±0.10)%, which were lower than that in control group (0.84±0.13)%, and the difference were statistically significant (P＜0.05). The difference were statistically significant among the COPD subgroups(P＜0.05). The % CSA5-10in moderate and severe COPD group were (0.19±0.09)%, (0.18±0.06)%, which were lower than that in control and mild group [(0.32±0.14)%,(0.28±0.08)%], and the difference were statistically significant (P＜0.05). %CSA＜5in COPD patients correlatedpositively with both FEV1% and FEV1/FVC(r=0.982,0.988 P=0.018,0.012), and negatively with both RV and RV/TLC%(r=-0.946,-0.962 P=0.044,0.028). %CSA5-10in COPD patients correlatedpositively with both FEV1% and FEV1/ FVC(r=0.963,0. 0.975 P=0.037,0.025), and no correlation with RV and RV/TLC%. Conclusion The measurement of %CSA＜5and %CSA5-10in MSCT images were correlated with PFTs, and %CSA＜5was better than %CSA5-10which may play the role in evaluating the PFTs and severity of COPD patients.

Pulmonary Disease; Chronic Obstructive; Respiratory Function Tests; Tomography, X-ray Computed

R563.3；R445.3

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2017.07.017

2017-06-07

王文尚