問雷濤，沈聰，銀楠，付小江，姚果林，王思，曹盼，張志飛

1.西安交通大學(xué)附屬西安高新醫(yī)院影像科，陜西 西安 710075；

2.西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像科，陜西 西安 710061；

3.西安市胸科醫(yī)院,陜西 西安 710100；

4.陜西省結(jié)核病防治院(陜西省第五人民醫(yī)院)影像中心，陜西 西安 710100

目前國內(nèi)對(duì)支氣管的研究主要集中在成人，多集中在疾病狀態(tài)下支氣管定量參數(shù)與肺功能的相關(guān)性研究及對(duì)慢性阻塞性肺疾病(COPD)、哮喘等疾病病情的評(píng)估，國內(nèi)尚沒有對(duì)各個(gè)年齡段正常健康兒童與青少年各級(jí)支氣管分布狀況在CT 上的定量研究，各種支氣管疾病都需基于正常支氣管比較，了解支氣管異常、正常健康支氣管結(jié)構(gòu)的分布情況顯然是首先要解決的問題。因此本研究回顧性收集胸部容積CT掃描未見異常的0~18 歲正常兒童與青少年胸部CT 圖像，經(jīng)納入、排除標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格篩選后得到較大樣本量(795 例兒童與青少年)，并應(yīng)用“數(shù)字肺平臺(tái)”支氣管自動(dòng)測(cè)量工具對(duì)支氣管進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)及測(cè)量，得到正常0~18歲兒童與青少年兩肺各級(jí)支氣管的定量指標(biāo)支氣管管腔平均內(nèi)直徑(mean lumen diameter，MLD)，為氣道疾病的研究做基礎(chǔ)。兒童與青少年生長發(fā)育較快，各個(gè)年齡段兒童與青少年由于身體發(fā)育不同，支氣管各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)不同，本文就此探討、分析兒童與青少年支氣管的定量指標(biāo)MLD 與年齡相關(guān)性，比較其在不同性別組間的差異性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 嚴(yán)格按照納入與排除標(biāo)準(zhǔn)，回顧性收集西安交通大學(xué)第一附屬醫(yī)院影像科胸部CT檢查正常0~18 歲健康兒童與青少年795 例，其中男童482例(61%)，女童313例(39%)。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)經(jīng)胸部CT 檢查正常，臨床無其他發(fā)育性疾病的兒童與青少年；(2)年齡0~18 歲；(3)營養(yǎng)發(fā)育良好。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)胸部CT 掃描兩肺未包全；(2)呼吸配合欠佳，圖像質(zhì)量差，無法進(jìn)行肺葉分隔及圖像后處理的。以1 歲為界，按年齡分組，共分為19 組，0~1 歲(不包括1 歲)為0歲組，1~2 歲(不包括2歲)為1歲組，2~3歲(不包括3 歲)為2 歲組，以此類推，18~19 歲(不包括19 歲)為18 歲組，見表1。本研究已通過倫理委員會(huì)審核[2013倫審科字第(114)號(hào)~1]，CT 檢查已常規(guī)告知家屬檢查利弊，并取得家屬同意。

表1 不同性別兒童與青少年年齡分組及人數(shù)統(tǒng)計(jì)(例)Table 1 Statistics of age groups and numbers of children and adolescents of different genders(n)

1.2 研究方法

1.2.1 檢查方法及掃描參數(shù) 采用Siemens Somatom Definition Flash 雙源CT 獲取胸部MSCT 容積數(shù)據(jù)，重建層厚1 mm。較小兒童在平靜呼吸下從肺尖至肺底行仰臥位胸部MSCT 全容積掃描，部分幼兒采取鎮(zhèn)靜措施；較大兒童檢查前訓(xùn)練被檢查者呼吸，仰臥位，在深吸氣末從胸廓入口~肋膈角下1 cm 進(jìn)行胸部MSCT 全容積掃描。掃描管電壓為80~100 kV，管電流為30~100 mA(根據(jù)年齡、體型不同自行調(diào)節(jié))。

1.2.2 兩肺及其支氣管的圖像后處理及提取 將所研究?jī)和c青少年胸部MSCT 容積數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)字肺氣管支氣管測(cè)量工具，利用數(shù)字肺氣管支氣管測(cè)量工具進(jìn)行后處理，其中全肺、右肺、左肺用三維邊界自適應(yīng)算法；兩肺葉間裂分割用幾何算法及隱式曲面函數(shù)算法，再進(jìn)行肺部組織可視化。用骨架提取算法提取兩肺各級(jí)支氣管的骨架，形成立體三維支氣管樹樣結(jié)構(gòu)。

1.2.3 兩肺支氣管代的定義 該軟件把各級(jí)支氣管按代進(jìn)行定義：兩相鄰分叉支氣管中間的一段為一代，認(rèn)為氣管為0代。左主支氣管、右主支氣管為1代，雙肺上葉葉支氣管、右肺中間段支氣管、左肺下葉葉支氣管為2代，右肺中葉及下葉支氣管為3代，依次類推。

1.2.4 支氣管數(shù)據(jù)測(cè)量方法 數(shù)字肺氣管支氣管測(cè)量工具虛擬支氣管內(nèi)窺鏡對(duì)兩肺各代支氣管的MLD進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量(圖1A~1D)，測(cè)量默認(rèn)路徑為該葉支氣管分代最遠(yuǎn)一支支氣管，避免了人為選擇誤差，結(jié)果客觀，每代支氣管測(cè)量范圍包括該代支氣管的起始部到下一代起始處，結(jié)果為該代支氣管所有點(diǎn)的平均值。

圖1 支氣管MLD測(cè)量示意圖Figure 1 Schematic diagram of bronchial MLD measurement

1.2.5 兩肺各葉支氣管MLD 統(tǒng)計(jì)量的選擇 根據(jù)測(cè)量的精確性及研究所需，選取右肺上葉0~3代、右肺中葉0~4代、右肺下葉0~6代、左肺上葉0~4代、左肺下葉0~6代支氣管MLD進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS22.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。支氣管MLD與年齡的相關(guān)性用Spearman相關(guān)性分析；定義微弱相關(guān)r<0.3；低度相關(guān)0.3≥r<0.5；中度相關(guān)0.5≥r<0.8；高度相關(guān)r>0.8。同年齡段不同性別組間兩兩比較，若樣本數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，選擇獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)比較，若樣本數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，選擇Mann-WhitneyU檢驗(yàn)比較。以P<0.05 表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同性別兩肺各代支氣管MLD與年齡的相關(guān)性 0~18 歲兒童與青少年，兩肺各代支氣管MLD與年齡呈低度~高度正相關(guān)(男性|r|：0.437~0.956，P<0.05，女性|r|：0.400~0.951，P<0.05)，整體上隨著支氣管代數(shù)的增加，支氣管MLD 與年齡相關(guān)性呈降低的趨勢(shì)，整體上男性支氣管MLD 與年齡的相關(guān)性大于女性，見表2。

表2 兩肺各代支氣管MLD與年齡的相關(guān)性Table 2 Correlation between bronchial MLD of each generation of two lungs and age

2.2 不同年齡段不同性別兒童與青少年兩肺各代支氣管MLD 比較 按年齡及代依次分層分析0~18 歲兒童與青少年兩肺各代支氣管MLD。結(jié)果顯示，0~13歲各年齡段組，兩肺各代支氣管MLD男女間比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)；14~18歲各年齡段組，氣管(0代)、兩肺葉及葉以上支氣管MLD男女間比較，男性支氣管MLD 大于女性，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05；14~18歲各年齡段組，僅極少部分兩肺葉以下支氣管MLD男女間比較，男性支氣管MLD大于女性，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見表3~表11。

表3 0~18歲不同性別組右肺上葉0~1代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 3 Comparison of bronchial MLD in 0-1 generations of upper lobe of right lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表3 0~18歲不同性別組右肺上葉0~1代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 3 Comparison of bronchial MLD in 0-1 generations of upper lobe of right lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：與女性比較，aP<0.05。Note:Compared with females,aP<0.05.

?

表11 0~18歲不同性別組左肺下葉4~6代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 11 Comparison of MLD of 4-6 generations of bronchus in left lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表11 0~18歲不同性別組左肺下葉4~6代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 11 Comparison of MLD of 4-6 generations of bronchus in left lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：與女性比較，aP<0.05；-表示無數(shù)值(所觀察圖像，年齡小，較遠(yuǎn)代支氣管細(xì)小，測(cè)量軟件精確度不夠)。Note: Compared with females,aP<0.05;-Indicates innumerable values (observed images, young age, small bronchus in distant generation, insufficient accuracy of measurement software).

?

表4 0~18歲不同性別組右肺上葉2~3代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 4 Comparison of bronchial MLD in 2-3 generations of upper lobe of right lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表4 0~18歲不同性別組右肺上葉2~3代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 4 Comparison of bronchial MLD in 2-3 generations of upper lobe of right lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：與女性比較，aP<0.05。Note:Compared with females,aP<0.05.

?

表5 0~18歲不同性別組右肺中葉2~4代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 5 Comparison of MLD of 2-4 generations bronchus in the middle lobe of right lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表5 0~18歲不同性別組右肺中葉2~4代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 5 Comparison of MLD of 2-4 generations bronchus in the middle lobe of right lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：與女性比較，aP<0.05；-表示無數(shù)值(所觀察圖像，年齡小，較遠(yuǎn)代支氣管細(xì)小，測(cè)量軟件精確度不夠)。Note: Compared with females,aP<0.05;-Indicates innumerable values (observed images, young age, small bronchus in distant generation, insufficient accuracy of measurement software).

?

表6 0~18歲不同性別組右肺下葉3~4代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 6 Comparison of MLD of 3-4 generations of bronchus in right lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表6 0~18歲不同性別組右肺下葉3~4代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 6 Comparison of MLD of 3-4 generations of bronchus in right lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：與女性比較，aP<0.05；-表示無數(shù)值(所觀察圖像，年齡小，較遠(yuǎn)代支氣管細(xì)小，測(cè)量軟件精確度不夠)。Note: Compared with women,aP<0.05;-Indicates innumerable values (observed images, young age, small bronchus in distant generation, insufficient accuracy of measurement software).

?

表7 0~18歲不同性別組右肺下葉5~6代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 7 Comparison of MLD of 5-6 generations of bronchus in right lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表7 0~18歲不同性別組右肺下葉5~6代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 7 Comparison of MLD of 5-6 generations of bronchus in right lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：與女性比較，aP<0.05；-表示無數(shù)值(所觀察圖像，年齡小，較遠(yuǎn)代支氣管細(xì)小，測(cè)量軟件精確度不夠)。Note: Compared with women,aP<0.05;-Indicates innumerable values (observed images, young age, small bronchus in distant generation, insufficient accuracy of measurement software).

?

表8 0~18歲不同性別組左肺上葉0~2代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 8 Comparison of bronchial MLD in 0-2 generations of upper lobe of left lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表8 0~18歲不同性別組左肺上葉0~2代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 8 Comparison of bronchial MLD in 0-2 generations of upper lobe of left lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：與女性比較，aP<0.05；-表示無數(shù)值(所觀察圖像，年齡小，較遠(yuǎn)代支氣管細(xì)小，測(cè)量軟件精確度不夠)。Note: Compared with females,aP<0.05;-Indicates innumerable values (observed images, young age, small bronchus in distant generation, insufficient accuracy of measurement software).

?

表9 0~18歲不同性別組左肺上葉3~4代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 9 Comparison of bronchial MLD in 3-4 generations of upper lobe of left lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表9 0~18歲不同性別組左肺上葉3~4代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 9 Comparison of bronchial MLD in 3-4 generations of upper lobe of left lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：與女性比較，aP<0.05；-表示無數(shù)值(所觀察圖像，年齡小，較遠(yuǎn)代支氣管細(xì)小，測(cè)量軟件精確度不夠)。Note: Compared with females,aP<0.05;-Indicates innumerable values (observed images, young age, small bronchus in distant generation, insufficient accuracy of measurement software).

?

表10 0~18歲不同性別組左肺下葉2~3代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 10 Comparison of MLD of 2-3 generations of bronchus in left lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

表10 0~18歲不同性別組左肺下葉2~3代支氣管MLD比較(±s，mm)Table 10 Comparison of MLD of 2-3 generations of bronchus in left lower lobe of lung between different gender groups in the age group of 0-18(±s,mm)

注：與女性比較，aP<0.05；-表示無數(shù)值(所觀察圖像，年齡小，較遠(yuǎn)代支氣管細(xì)小，測(cè)量軟件精確度不夠)。Note: Compared with females,aP<0.05;-Indicates innumerable values (observed images, young age, small bronchus in distant generation, insufficient accuracy of measurement software).

?

3 討論

肺的形成開始于胚胎的第4 周，在妊娠第4 周時(shí)，胚胎的中前腸腹側(cè)正中發(fā)生一縱形淺溝，被稱為喉氣管溝。喉氣管溝逐漸變深，并從尾側(cè)逐步愈合，形成一長形盲囊，稱為喉氣管憩室。喉氣管憩室的末端逐漸增大并向兩側(cè)分支，形成肺芽。肺芽分為兩個(gè)原始支氣管芽，即左右肺的前體。原始支氣管在第5周時(shí)分開，形成葉支氣管，第6周末形成段支氣管(右側(cè)10個(gè)，左側(cè)8~9 個(gè))。在妊娠6~16 周這10 周的時(shí)間里，所有傳導(dǎo)氣道通過重復(fù)支氣管芽的分支而形成，隨后這些氣道僅在大小方面發(fā)生變化[1]，出生后，在兒童青少年階段氣道大小持續(xù)發(fā)生變化，直至成人。

本研究結(jié)果顯示，0~18歲兒童與青少年兩肺段以上及所研究段以下各代(0~6代)支氣管MLD與年齡呈低度~高度正相關(guān)(男性|r|：0.437~0.956，P<0.05；女性|r|：0.400~0.951，P<0.05)，隨著支氣管代數(shù)的增加，支氣管MLD 與年齡的相關(guān)性呈降低的趨勢(shì)，與0~18 歲兒童與青少年正處于身體發(fā)育階段，支氣管管腔隨著身體發(fā)育的需要，不斷生長擴(kuò)大相一致；整體上男性兩肺各代(0~6代)支氣管MLD與年齡的相關(guān)性大于女性，提示在0~18 歲年齡段男性兒童與青少年支氣管MLD的生長發(fā)育要比女性快。

本研究0~13歲各年齡段組兩肺各代(0~6代)支氣管MLD 男女間比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。14~18歲各年齡段組氣管(0代)、左、右主支氣管(1代)、兩肺葉水平支氣管(2/3代)MLD男女間比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，男性支氣管MLD 大于女性，與吳博云等[2]研究的氣管(0代)，葉靖等[3]研究的氣管(0代)、左右主支氣管、右中間段支氣管內(nèi)徑及右肺上葉支氣管開口內(nèi)徑男性均大于女性(P<0.05)相一致，其揭示了隨著年齡的增長，自14歲起氣管(0代)、兩肺葉及葉以上支氣管MLD 男女間開始出現(xiàn)顯著性差異，一直持續(xù)到成人，該時(shí)間點(diǎn)男女間支氣管MLD 出現(xiàn)顯著性差異與人體青春期發(fā)育期時(shí)間段一致，可能與男女性別不同激素水平對(duì)氣管影響有關(guān)或與男女運(yùn)動(dòng)量不同有關(guān)。

14~18 歲各年齡段組，極少部分兩肺葉以下水平支氣管MLD男女間出現(xiàn)顯著性差異，僅是個(gè)例，且在年齡及各代上呈分散無規(guī)律性，還不能據(jù)此推測(cè)出，隨著年齡的增長至成人，兩肺段及段下水平支氣管MLD男女間一定會(huì)出現(xiàn)顯著性差異，還需多收集數(shù)據(jù)研究是否存在規(guī)律性。

綜上，整體趨勢(shì)上0~18歲兒童與青少年兩肺各代支氣MLD隨年齡增長而增長，隨年齡增長，自14歲起兩肺葉及葉以上支氣管MLD男女間開始出現(xiàn)顯著性差異，男性大于女性。

計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量支氣管結(jié)構(gòu)尚處于初步階段，目前研究多集中在疾病狀態(tài)下支氣管壁厚、管腔內(nèi)直徑、管壁面積、管腔面積及WA%等支氣管定量參數(shù)與肺功能的相關(guān)性研究及對(duì)COPD、哮喘等疾病病情的評(píng)估[4-9]。也有文獻(xiàn)報(bào)道支氣管內(nèi)直徑、壁厚、WA%的變化與藥物療效相關(guān)[10-11]，提示支氣管的定量測(cè)量可用于某些藥物對(duì)氣道疾病治療的敏感性的評(píng)估。但目前對(duì)于正常人群，尤其是兒童與青少年的支氣管結(jié)構(gòu)定量參數(shù)的研究較少，國內(nèi)外少有文獻(xiàn)報(bào)道，本文研究?jī)和c青少年兩肺各代支氣管MLD的分布狀態(tài)和特點(diǎn)，為各類氣道疾病的研究做基礎(chǔ)，是很有意義的。

本研究的局限性在于是回顧性研究，部分年齡段組兒童與青少年的樣本量仍需增加；數(shù)據(jù)中缺少身高、體質(zhì)量指標(biāo)，故而，本研究未研究支氣管MLD 與身高、體質(zhì)量的關(guān)系。