基于計算機輔助測量對慢性阻塞性肺疾病肺內血管體積的定量觀察研究

白利杰，李欣文

（延安市人民醫院CT診斷科，陜西 延安 716000）

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）早已經被人們列為全球高危疾病之一。世界衛生組織預測到2060年死于COPD及相關疾病的患者每年將超過540萬人［1］。2019年，COPD全球倡議指南（Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease，GOLD）已經將COPD由不可逆的氣流受限更新為早期經治療可逆性疾病。當前主要依靠臨床病史及肺功能（pulmonary function test，PFT）作為COPD診斷及嚴重程度的評估標準［2］。然而，只有肺組織破壞＞30%或小氣道阻塞占約75%時，PFT才會出現異常［3］。近年來，利用計算機輔助診斷對COPD的定量研究越來越多，且多集中于小氣道及肺。已有實驗［4-5］證實，COPD患者早期常有輕至中度血管內皮細胞的損傷。目前，國內外基于CT對COPD的肺內血管的研究報道較少，且多為測量COPD患者的局部斷層肺血管的截面積間接評估COPD的嚴重程度［6-9］，缺乏對肺內血管研究的整體性。本研究通過數字肺測試平臺對COPD患者全肺及各肺葉肺內血管體積（intrapulmonary vessel volume，IPVV）的自動量化，較以往研究方法更具系統性和客觀性，且在量化的基礎上，進一步探討COPD患者IPVV與肺氣腫和PFT的相關性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性收集2018年4月至2020年7月在延安大學附屬醫院經過臨床及肺功能檢查確診的COPD患者，同時排除影響最終數據分析的相關病例包括圖像質量差、重度肺炎、肺癌及其他肺內占位等病例。最終收集COPD患者62例，其中男性53例，平均年齡63.98±7.51歲，女性4例，平均年齡70.11±4.76歲。

1.2 CT掃描

采用聯影UCT-760 128層螺旋CT掃描。掃描體位：仰臥位同時雙臂舉動，頭先進，從胸廓入口處掃描至膈肌層面，包括整個肺野。掃描參數：有效管電壓120 kV，自適應動態管電流，掃描準直40 mm，螺距1.0875，0.5 s/r。層厚5 mm，層間距5 mm，圖像后重建層厚1 mm，層間距1 mm。COPD患者均采用深吸氣相掃描。掃描前訓練接受檢者呼吸運動，使其能夠按照語音配合呼吸運動。

1.3 肺功能檢查

采用德國JAGER TOENNIES公司的MS-Body/Diff肺功能測定儀，測定COPD患者的PFT參數包括第1秒用力呼氣容積實測值與預計值百分比（forced expiratory volume in the first second % predicted，FEV1%）、第1秒用力呼氣容積與用力肺活量比（the ratio of forced expiratory volume in the first second over forced vital capacity，FEV1/FVC）、一氧化碳彌散量（diffusion capacity for carbon monoxide of lung，DLCO）。根據指南［10］建議，本研究對DLCO的測量采用DLCO/肺泡容積。

1.4 CT圖像處理

將COPD患者的1 mmCT薄層掃描圖像數據以標準DICOM3.0格式存儲，導入數字肺測試平臺測試工具：自動測量COPD患者全肺（whole lung，WL）、右肺上葉（right upper lung，RUL）、右肺中葉（right middle lung，RML）、右肺下葉（right lower lung，RLL）、左肺上葉（left upper lung，LUL）及左肺下葉（left lower lung，LLL）的IPVV與-950HU密度以下低衰減區體積（low attenuation zone volume-950HU，LAA-950）。

在肺氣腫的研究中，常設定一定的閾值，通過計算肺密度和肺容積，得出低于閾值的肺容積和肺容積占比，因此低密度衰減區肺容積（low attenuation area，LAA）及低密度衰減區肺容積占全肺的百分 比（the percentage of the low attenuation area，LAA%）常作為肺氣腫定量評估的指標。先前研究［11-12］建議，吸氣相采用閾值-950HU，呼氣相采用閾值-910HU，故本研究以LAA-950作為肺氣腫的量化指標。

1.5 統計學方法

采用SPSS18.0統計軟件分析，COPD患者IPVV與肺氣腫和PFT的關系用Pearson相關檢驗分析，檢驗水平（α）為0.05，P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 COPD患者IPVV、肺氣腫及PFT的量化結果

測量62例COPD患者（男性53例，女性9例）的IPVV、肺氣腫及PFT量化指標。IPVV量化指標包括全肺及各肺葉的IPVV，肺氣腫以LAA-950作為量化指標包括全肺及各肺葉的LAA-950，PFT量化指標包括FEV1%、FEV1/FVC及DLCO（表1、表2）。

表1 COPD患者IPVV與肺氣腫量化指標（mL，±s）

表1 COPD患者IPVV與肺氣腫量化指標（mL，±s）

部位WL RUL RML RLL LUL LLL男性（n=53）IPVV 200.1±43.9 37.5±13.1 15.1±6.0 48.3±13.9 43.5±13.3 47.4±15.5 LAA-950 2 837.0±935.8 694.4±260.0 246.8±107.8 548.5±292.2 792.8±246.7 554.3±276.2女性（n=9）IPVV 135.0±16.1 31.6±5.8 15.1±3.8 49.8±9.6 41.0±11.8 46.1±13.5 LAA-950 1 169.0±401.1 286.8±152.3 126.5±55.35 208.8±91.1 349.2±125.9 197.8±81.2總量（n=62）IPVV 190.6±47.0 36.6±12.4 15.1±5.7 48.6±13.3 43.2±13.1 47.2±15.1 LAA-950 2 595.0±1 058.0 635.2±285.7 229.3±110.2 449.2±297.4 728.4±280.7 502.6±286.2

表2 COPD患者PFT量化指標（%，±s）

表2 COPD患者PFT量化指標（%，±s）

項目FEV1 FEV1/FVC DLCO男性（n=53）55.8±26.5 50.3±12.1 0.9±0.3女性（n=9）70.7±14.8 63.8±9.9 1.1±0.3總量（n=62）58.0±25.6 52.3±12.6 0.8±0.3

2.2 COPD患者IPVV與肺氣腫的相關性

右肺上葉IPVV與肺氣腫參數相關性較差，僅與左肺上葉及右肺上葉肺氣腫有相關性（分別r=0.499，P＜0.05；r=0.427，P＜0.05）。左肺上葉IPVV與左肺下葉肺氣腫無相關性（P＞0.05）。全肺及各肺葉IPVV與肺氣腫具有相關性。各肺葉肺氣腫嚴重程度依次為LUL＞RUL＞LLL＞RLL＞RML（表1），而各肺葉IPVV與相應肺氣腫的相關系數依次是RLL（r=0.619）＞RML（r=0.539）＞LLL（r=0.484）＞RUL（r=0.427）＞LUL（r=0.376）（表3）。

表3 COPD患者IPVV與肺氣腫的相關性

2.3 COPD患者IPVV與PFT的相關性

全肺IPVV與FEV1%和FEV1/FVC均呈弱負相關（分別r=-0.262，P=0.039；r=-0.272，P＜0.05），全肺IPVV與DLCO無相關性。左肺上葉及右肺上葉IPVV與DLCO均呈弱負相關（分別r=-0.302，P=0.017；r=-0.301，P＜0.05），與FEV1%和FEV1/FVC無相關性。右肺中葉、右肺下葉及左肺下葉IPVV與PFT無相關性（表4）。

表4 COPD患者IPVV與肺功能的相關性

3 討論

本研究基于數字肺測試平臺，對COPD患者全肺及各肺葉IPVV自動分割和提取，具有較高的系統性和靈敏性。通過研究發現COPD患者的IPVV與肺氣腫有明顯的相關性，且不同肺葉有一定的差異，同時IPVV與PFT也存在一定相關性。

本研究顯示COPD患者的全肺及各肺葉IPVV與肺氣腫呈正相關，且各肺葉之間存在差異性。有研究［13］已經證實肺氣腫嚴重程度與肺動脈重塑有關。肺動脈內膜、中膜和外膜共同增厚構成肺血管重塑的病理學過程，且內膜增厚是COPD的早期改變［14-15］。由于COPD患者肺血管的內皮功能障礙及血管重塑，導致管腔狹窄，繼而肺內血液循環障礙，最終引起IPVV的改變。對于COPD患者的肺實質及肺血管而言，不同肺葉肺血管重塑存在差異［16］，以上因素的影響造成了IPVV與肺氣腫呈正相關，且各肺葉的相關性亦存在差異。

臨床中，吸入支氣管舒張劑后FEV1/FVC＜70%是判斷COPD的PFT標準，且以FEV1%來評價其嚴重程度［17］。FEV1%越低，肺氣腫越重，二者呈負相關性，研究［18-19］已經證實該結論。于楠等［20］研究發現，肺血管數量與肺氣腫呈負相關性。COPD患者的血管重塑主要發生在較小的遠端肺血管，受累的肺血管體積減小，血管數量減少，導致肺灌注改變，最終影響肺功能。本實驗結果顯示，全肺IPVV與FEV1%、FEV1/FVC存在弱負相關性，該結果與文獻研究［21-22］結論相似。有學者發現［23］，采用呼氣相的掃描方法能更好地評估PFT。DLCO已廣泛應用于COPD、間質性肺病以及死亡風險的評估［24-25］，本實驗結果發現，雙肺上葉IPVV與DLCO存在一定的弱相關性，與Cho等［26］的研究結果相一致。因此，IPVV可以成為反映COPD患者PFT變化的新指標之一。

由于樣本量有限，未能深入分析IPVV與不同GOLD分級的COPD患者相關性，結論有一定的局限性。其次，本研究是基于CT圖像的測量，因此，對COPD肺血管組織學的研究非常有限。

綜上所述，對IPVV定量分析可以作為COPD患者的一種新型、快捷的診斷技術。COPD患者的IPVV與肺氣腫有明顯的相關性，與PFT存在弱相關，這一研究為COPD的早期診斷提供了一定的參考，在未來的臨床工作中具有應用前景。