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1 第 39 卷第 6 期 2018 年 11 月西安交通大学学报 ( 医学版 ) JurnX njngunvry ( MdcScnc) V.39N.6 Nv.2018 临床研究基于 CT 定量评估肺气肿肺叶分布特点与肺功能的相关性王雷 1, 沈聪 2, 邹常咏 2, 黄晓旗 1, 赵凡惠 1, 郭佑民 2, 刘敏 3, 王剑 1 (1. 延安大学附属医院影像科, 陕西延安 ;2. 西安交通大学第一附属医院影像科, 陕西西安 ; 3. 北京中日医院影像科, 北京 ) 摘要 : 目的探讨慢性阻塞性肺疾病 (chrncbrucvpumnryd,copd) 患者肺气肿的空间分布特点及其与肺功能参数的相关性方法收集 COPD 患者 61 例及正常对照 91 例, 均行肺功能及 CT 定量扫描, 按 2018 年慢性肺疾病诊断治疗及预防全球策略的诊断标准, 将 COPD 患者分为 4 级所得图像导入数字肺自动检测平台, 计算各肺叶低密度区容积百分比 (wnunrvumprcng,laa%) 分析 COPD 患者肺气肿的空间分布特点及其与肺功能参数的相关性结果各个肺叶中除了右肺中叶 LAA% 和右肺下叶 LAA% 与 DLCO% 预计值 RV/TLC 无相关性外, 其余各肺叶与肺功能各参数均明显相关双肺上叶 LAA% 与肺弥散功能 (DLCO% 预计值 ) 相关性高于双下肺, 双肺下叶与肺气流受限的相关性高于双上肺随着 COPD 分级增高, 肺叶及各肺叶的 LAA% 在一定程度上逐渐增加结论 CT 定量测量低密度区容积百分比 (LAA%) 可以反映肺功能受损的严重程度, 还可反映不用肺叶的肺气肿程度, 在肺减容术的临床评估起到一定临床价值关键词 : 慢性阻塞性肺疾病 ; 低密度区容积百分比 ; 计算机断层成像 ; 肺功能中图分类号 :R 文献标志码 :A DOI: /jdyxb Chrcrcdrbunmphymndcrrnwh pumnryuncnbdnctqunvmurmn WANGL 1,SHEN Cng 2,ZOU Chnḡyng 2,HUANG X-q 1, ZHAOFn-hu 1,GUO Yu-mn 2,LIU Mn 3,WANGJn 1 (1.DprmnRdgy,ThAdHpYn nunvry, Yn n716000;2.dprmnrdgy,thfradhp X njngunvry,x n710061;3.dprmnrdgy, Chn-JpnFrndhp Hp,Bjng100029,Chn) ABSTRACT:Objcv T nvg h p drbun chrcrc mphym n chrnc brucvpumnryd(copd) pnndcrrnwhpumnryuncn (PFT).Mhd Wrcrud61pnwhCOPDnd91nrmubjchrunguncnndprrm CTqunv cnnng.copdpnwrdvddnurgrdbdnhdgnccrr2018gbsrgr ChrncPumnryDDgn,TrmnndPrvnn.Thrmgwrmprdnhdgung prm rny,ndhprcngvum (LAA%)w dnyrchungb w ccud.wnyzdhpdrbunchrcrcmphymncopd pnndcrrn whpumnryuncnprmr.ru ThrwncrrnbwnLAA% hmddrghung bndlaa% hwrrghungb,dlco% ndrv/tlc.thcrrnbwnlaa% huppr bndungdprnuncn (DLCO%)whghrhnhwrb,ndhcrrnbwnh 收稿日期 : 修回日期 : 基金项目 : 基于数字肺的呼吸系统疾病评价体系与诊断标准研究公益性行业科研专项基金 (N ); 北京市自然科学基金资助项目 (N ); 国家重点研发计划 (N.2016YFC ); 延安市科技惠民计划 (N.2017-HM-07-01); 延安市科技攻关计划项目 (N.2018KS-11) SupprdbyhPubcScncndTchngyRrchFundChn (N ),BjngNurScncFundn (N ),hNnKyRrchndDvpmnPn(N.2016YFC ),Yn nscncndtchngyppbnngpn (N.2017-HM-07-01),ndYn nscncndtchngykyprjc(n.2018ks-11) 通信作者 : 王剑, 副主任医师.E-m: @qq.cm 优先出版 :hp :// kn.cnk.n/kcm/d/ r hm( )

2 6 期王雷, 沈聪, 邹常咏, 等. 基于 CT 定量评估肺气肿肺叶分布特点与肺功能的相关性 903 wrbndpumnryrwmn whghrhnhhupprb.whhncrcopd grd,laa% hpumnrybndchpumnrybgrduyncrdcrnxn.cncun Th qunv murmnungvumprcngnw dnyr (LAA%)by CT cnnngrch vryunguncndmgndhdgrmphymwhuungb,whchcrncncvu rhcncvunungvumrducnurgry. KEY WORDS: chrncbrucvpumnryd ;LAA%;cmpudmgrphy ; unguncn 慢性阻塞性肺疾病 (chrncbrucvpumnryd,copd), 简称慢阻肺, 以气流受限不完 [1] 全可逆为主要特点, 常呈进行性加重国内外多项研究表明, 到 2020 年 COPD 可能成为全球死亡原因 [2-3] 的第 3 位, 并成为全球疾病经济负担的第 5 位 [4] 目前肺功能检查是 COPD 诊断的最佳标准但此检查限制因素较多, 如近期内严重的心肌梗死心功 [5] 能不稳定及未控制的高血压等患者近年来, 通过 CT 及其后处理技术对 COPD 患者肺功能进行定量分析具有极大的优势, 通过此方法对肺容积肺密度或像素指数等因素间接分析肺组织的病理及生理改变信息, 可对 COPD 进行早期定量诊断病情及预后 [6] 进行评估本研究通过分析正常人与 COPD 患者各肺叶低密度区容积百分比 (LAA%) 及其肺功能相关参数, 探讨 COPD 各肺叶肺气肿空间分布特点, 评估其肺功能受损及严重程度 1 资料与方法 1.1 一般资料收集 COPD 患者 61 例及正常对照 91 例, 依据 2018 年 GOLD 慢性阻塞性肺疾病诊断治疗及预防全球策略解读将 COPD 患者分为 4 [7] 级 :GOLD1 级 19 例 ;GOLD2 级 21 例 ;GOLD3 级 15 例 ;GOLD4 级 6 例本研究为已在医院内进行伦理委员会的认证 [ 批件号 :2013 伦审科字第 (114 号 )-1], 并获得中国临床实验注册中心批准 (ChCTR-OCH ) 正常对照组纳入标准 : 延安大学附属医院体检正常的健康人群, 无任何肺部疾病临床表现且胸部 CT 表现正常慢性阻塞性肺疾病纳入标准 :1 无其他导致肺容积改变的疾病, 如胸廓畸形 ;2 吸入支气管扩张剂 FEV1/FVC<0.70;3CT 胸部双气象图像清晰完整, 肺组织显示清楚排除标准 : 患者配合差, 图像显示不清 ;4 影响肺容积的病变, 如肺内手术史 ( 肺叶或肺段切除术后 ) 胸口畸形等 ;5 肺内肿瘤或肿瘤样病变 ;6 影响 CT 图像观察的疾病, 如肺大部分感染严重的肺不张及肺实变等 ;7 其他较严重的疾病, 如心脏肝脏肾脏等方面的疾病 1.2 CT 吸气相扫描图像后处理及定量测量 CT 扫描前向被试说明检查方法及目的, 对患者进行深吸气及屏气训练采用 64 层及以上螺旋 CT 进行扫描管电压为 120kV, 管电流为 200mA, 机架旋转一周的时间为 0.5, 螺距为 0.5, 矩阵为入选患者取仰卧位, 双手抱头, 头先进先在深吸气末从肺尖至肺底行全肺扫描重建层厚为 1mm, 重建间隔为 0.625mm, 重建算法为骨算法所得图像导入数字肺测试平台进行肺叶分割, 分割步骤如下 :1 通过自适应边界行进法提取全肺组织 ;2 使用计算几何法来检测和分割叶间裂 ( 图 1 图 2), 少数叶间裂的分割采用隐式函数法目前多采用吸气末 -950 Hu( 薄层 ) 和 -910( 厚层 ) 两种阈 [8] [9] 值,WANG 等研究发现 -950 为阈值相对较好故本研究定量测量以 -950Hu 为阈值, 小于 -950Hu 的范围是肺气肿区域, 以此测量双肺左肺右肺及各肺叶低密度衰减区占整个肺体积的百分比 (LAA%) 1.3 肺功能测量采用德国耶格公司体积描记仪 Mrb (Jgr,Grmny), 患者症状稳定且配合较好时, 取坐位测定肺功能, 测量参数包括第 1 秒用力呼气容积 (FEV1) 的实测值与预计值的比值 (FEV1%) FEV1 与用力肺活量 (FVC) 的比值 (FEV1/FVC) 一氧化碳的弥散量 (DLCO) 残气量与肺总量的比值 (RV/TLC) 等 1.4 统计学方法应用 SPSS20.0 进行统计分析, 被检者年龄性别及体质量的多组间比较采用单因素方差分析不同肺叶肺气肿严重程度之间的相关性采用 Prn 相关分析方法不同组间肺气肿程度的差异采用协方差分析, 以性别年龄作为协变量 P<0.05 为差异有统计学意义 2 结果 2.1 人口统计学采集正常对照与 COPD 患者 CT 胸部吸气相数据, 按照纳入与排除标准, 最终结果分析得出 ( 表 1), 所有被检查者年龄性别及体质量等基本情况的差异无统计学意义 (P>0.05)

20 GOLD1 GOLD2 GOLD3 GOLD4 男/女 19 16/3 15 12/3 6 4/2 年龄(岁) 2 BMI( kg/m ) 组别 55. 43±8. 40 21. 20±10. 33 59. 10±8. 24 20. 34±10. 52 62. 40±10. 25 21. 62±6. 72 2.

3 西安交通大学学报 (医学版 ) 904 第 39 卷图 1 数字肺测试平台肺叶分割 F 1Lung b gmn nn hd ung p rm g. g 图 2 数字肺测试平台肺部组织可视化结果 F 2Lung uv u z nr u hd ung p rm g. g 表 1 各组基本情况 Tb. 1 B c n rm n hr r chub c j 人数正常对照组 91 55/ ± ± / ± ± GOLD1 GOLD2 GOLD3 GOLD4 男/女 19 16/ /3 6 4/2 年龄(岁) 2 BMI( kg/m ) 组别 ± ± ± ± ± ± CT 定量参数 LAA% 与肺功能参数的相关性研究各肺叶 CT 定量参数 LAA% 与肺功能相关参数的相关性发现,各个肺叶中除了右肺中叶和右肺下叶与 DLCO% 预计值 RV/TLC 无相关性,其余各肺及肺叶与肺功能各参数均明显相关,双肺上叶 LAA% 主要与肺弥散功能( DLCO% 预计值)相关性较高(左肺上叶 r =0. 382, P =0. 001;右肺上叶 r = , P =0. 004),双肺下叶主要与肺气流受限相关性更高(表 2) //yxxb. h x u. du. cn p: j

4 6 期王雷, 沈聪, 邹常咏, 等. 基于 CT 定量评估肺气肿肺叶分布特点与肺功能的相关性 905 表 2 CT 定量参数 LAA% 与肺功能参数的相关性 Tb.2 CrrnbwnCTqunvprmrLAA% ndpumnryuncnprmr CT 参数均值 ± 标准差 FEV1(%) FEV/FVC(%) DLCO(%) RV/TLC(%) r P r P r P r P 总肺 LAA% 40.09± < < 右肺 LAA% 21.15± < < 左肺 LAA% 19.15± < < 右上肺 LAA% 10.63± < < 右中肺 LAA% 3.84± < < 右下肺 LAA% 8.59± < < 左上肺 LAA% 12.23± < < 左下肺 LAA% 8.66± < < 正常对照组与 COPD 定量参数 LAA% 与肺功能参参数 (RV/TLC 除外 ) 均逐渐变低, 差异有统计学意义数比较结果显示,COPD 患者肺功能相关参数均较正 (P<0.05), 而随着 COPD 分级增高, 肺叶及各肺叶的常对照组低, 且随着 COPD 分级增高, 相对应的肺功能 LAA% 在一定程度上逐渐增加 ( 表 3) 表 3 正常人与 COPD 各组定量参数 LAA% 与肺功能参数的比较 Tb.3 CmprnqunvprmrLAA% ndpumnryuncnprmrbwnnrmubjcndcopdgrup CT 参数正常对照组 (n=40) GOLD1 (n=19) GOLD2 (n=21) GOLD3 (n=15) GOLD4 (n=6) 总肺 LAA% 0.24± ± ± ± ±0.20 右肺 LAA% 0.09± ± ± ± ±0.10 左肺 LAA% 0.05± ±0.28 * 0.33± ± ±0.15 右上肺 LAA% 0.01± ± ± ± ±0.23 右中肺 LAA% 0.01± ±0.10 * 0.06± ± ±0.14 右下肺 LAA% 0.02± ± ± ± ±1.10 左上肺 LAA% 0.01± ±0.10 * 0.22± ± ±0.34 左下肺 LAA% 0.01± ± ± ± ±0.54 FEV1(% 预计值 ) ± ± ± ± ±21.20 FEV/FVC(%) 80.53± ± ± ± ±14.23 DLCO(% 预计值 ) 91.23± ± ± ± ±19.27 RV/TLC(%) 43.12±9.54 * 45.71±19.20 * 57.13±26.34 * 62.91±15.89 * 69.10±21.90 * 与正常对照组相比, * P> 讨论慢阻肺是主要以不完全可逆的气流受限为特点的疾病, 常呈进行性加重, 随着疾病的进展, 气流受限逐渐增重虽然目前肺功能检查是诊断最佳标准, 但由于其存在较多限制, 实施存在较多困难, 准确性亦难以评估近年来, 随着影像技术的迅猛发展及成熟,CT 定量扫描与后处理软件结合进行肺容积定量分析的方法已逐渐成为定量评估肺功能的方法, 且其 [10] 具有较广泛非侵袭性的优点肺气肿的空间分布特点反映了不同肺叶气流受限的严重程度, 国内外研究者对于不同肺叶肺气肿对肺功能的影响进行了相关性研究本文通过 CT 定量参数 LAA% 与肺功能参数的相关性研究得出双肺上叶 LAA% 主要与肺弥散功能 (DLCO% 预计值 ) 相关性较高 ( 左肺上叶 r =0.382,P =0.001; 右肺上叶 r =0.360,P =0.004), 双肺下叶主要与肺气流受限相关性更高, 可能原因是由于重力作用, 引起双肺下叶气道在呼气时关闭较早, 进而引起气流受限 ; 同时导致呼出的气体大多数为双肺下叶的气体, 因此, 弥散功能主要由双肺上叶引起通过对正常对照组与 COPD 各组定量参数 LAA% 与肺功能参数比较发现,COPD 的 GOLD1 患者中除右肺上叶 LAA% 无统计学意义, 其余各肺叶 LAA% 均有统计学意义, 同时 COPD 患者中 GOLD1 与正常健康组比较主要差异在右肺上叶, 另外, 对照组及 COPD 患者 GOLD1 分级中, 双肺上叶较双肺下叶的 LAA% 比重高, 且随着 GOLD 分级增加, 各肺叶的 LAA% 逐渐以双肺下叶较高为主因此, 提示说明 COPD 最先发生在右肺上叶, 同时, 随着肺功能

5 906 西安交通大学学报 ( 医学版 ) 第 39 卷严重程度加重,COPD 亦逐渐向双肺下叶发展相关研究者通过分析发现慢阻肺首先从两肺上叶开始, 逐渐向两肺下叶发展 [11], 与本研究结果一致其主要原因可能与右主支气管解剖有关 ( 粗短及走形陡直 ); 同时随着 COPD 分级增高, 对应的肺功能参数 ( 除了 RV/TLC 外 ) 均逐渐变低, 差异具有统计学意义 (P<0.05), 说明随着 COPD 分级增高, 肺功能逐渐加重 ; 肺叶及各肺叶的 LAA% 在一定程度上逐渐增加, 提示肺气肿病变在一定程度上可以反映肺功能的变化因此, 通过 CT 定量分析 LAA% 的变化在一定程度上可以预估肺功能的严重程度, 进而为近年来开展的肺减容手术提供一定的临床价值顾亚律 [12] 等对 16 例肺减容手术患者分别进行术前与术后 CT 定量测量, 结果发现, 此方法可直观定量地评价病变范围程度及位置等信息, 并可更好的预测术后肺功能综上所述,CT 定量测量低密度区容积百分比 (LAA%) 在一定程度上可以分析肺气肿具体在不同肺叶的严重程度, 进而为临床更好的提供病变主要位置及其引起的原因另一方面, 其可为肺减容术的术前评估起到一定的临床价值通过 CT 定量测量低密度区容积百分比 (LAA%) 也可以直观反映肺功能严重程度参考文献 : [1] 陈荣昌. 慢性阻塞性肺疾病最新诊治和研究进展 [J]. 华西医学,2018(1): [2]SAKURAIIESATO Y,KAWATAN,TADA Y,.Thr- nhpbnmnrdnynmnwhchrncbruc- vpumnrydcdccrdnghgbn- vrchrncbrucvungd (GOLD)cmbnd chrncbrucvpumnryd(copd)mnym[j].inmd,2017,56(14): [3]VOGELEMEIERCF,CRINERGJ,MARTINEZFJ,.Gbrgyrhdgn,mngmn,ndprvnnchrncbrucvungd2017Rpr:GOLDExcuvSummry [J].AMJRpCrCr,2017,195(5):557. [4]TAO LI,LIANG WH,RprryDO.Vuunguncnvuchrncbrucvpumnryd[J].J Cn Md,2018,23(02): [5]RODRIGUE C,BEAUCHESNE MF,MALLETTE V,. Chrcrznhm-chrncbrucvpumnrydvrp yndrm:a quv ny[j].copd, 2017,14(2):1-1. [6]CHEN H,CHEN RC,GUAN YB,.Crrnpumnryuncnndxdrmndbyw-d MDCT whprmrcpumnryuncnnpnwhchrnc brucvpumnryd[j].ajr,2014,202(4):711. [7] 陈亚红.2018 年 GOLD 慢性阻塞性肺疾病诊断治疗及预防全球策略解读 [J]. 中国医学前沿杂志 ( 电子版 ),2017,9(12): [8]MATSUOKAS,YAMASHIROT,MATSUSHITA S,.QunvCTvunnpnwhcmbndpumnrybr ndmphym:crrn whpumnryuncn[j].acd Rd,2015,22(5): [9]WANG Z,GUS,LEADERJK,.CT 量化肺气肿的最优阈值 [J]. 国际医学放射学杂志,2013,36(03):298. [10]LEEYK,OH YM,LEEJH,.Qunvmn mphym,rrppng, ndrwyhcknngncmpud mgrphy [ J].Lung, 2008,186(3):157. [11]KITANO M,IWANOS,HASHIMOTON,.Lbrnȳ cpbyndcuncnungvumn COPDpn[J].InJChrnObrucPumnD,2014,9: [12] 顾亚律, 陆信, 凌锋, 等.MSCT 对肺减容术肺形态及功能预测的临床应用研究 [J]. 中国 CT 和 MRI 杂志,2015,13(4): ( 编辑卓选鹏 )

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第 39 卷第 6 期 2018 年 11 月西安交通大学学报 ( 医学版 ) JournalofXi anjiaotonguniversity ( MedicalSciences) Vol.39No.6 Nov.2018 临床研究戒烟后 COPD 患者肺气肿 CT 定量指标变化的纵向研究李艳 1, 代永亮 2, 沈聪 1, 银楠 1, 王君 1, 郭佑民 1, 马光明 3, 于楠 3 (1.