趙凡惠，王 雷，朱彥瑾，李建龍，郭佑民，黃曉旗

（延安大學(xué)附屬醫(yī)院影像科，陜西 延安 716000）

慢性阻塞性肺疾?。–hronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種氣流受限不完全可逆，以小氣道慢性炎癥和肺實(shí)質(zhì)破壞為主的慢性疾病，2020 年將成為世界上第三大死亡原因[1]，因其高患病率、高死亡率受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[2-3]。目前COPD 的診斷金標(biāo)準(zhǔn)為肺功能測(cè)定（Pulmonary function test，PFT），但無法檢出早期病變，只有當(dāng)破壞達(dá)30%以上才會(huì)出現(xiàn)臨床癥狀和PFT 異常[4]。高分辨率CT 對(duì)肺氣腫病變具有較高的診斷價(jià)值，然而對(duì)小氣道病變的診斷價(jià)值仍有待提高，且少有呼、吸雙相支氣管參數(shù)的對(duì)比研究。本研究通過對(duì)COPD 患者行呼、吸雙相CT 掃描，利用三維支氣管分割技術(shù)對(duì)支氣管進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)右肺下葉可測(cè)得的代數(shù)最遠(yuǎn)，遠(yuǎn)端支氣管管徑最細(xì)，因此選取右肺下葉支氣管各參數(shù)進(jìn)行定量分析，以探討這種新檢測(cè)方法的可行性及優(yōu)勢(shì)，并進(jìn)一步應(yīng)用于COPD患者小氣道病變的形態(tài)分析及定量檢測(cè)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集我院2017 年11 月—2018 年11 月47 例COPD 患者的呼、吸雙相CT 數(shù)據(jù)。納入標(biāo)準(zhǔn)：①符合文獻(xiàn)[5]中COPD 的診斷標(biāo)準(zhǔn)：吸入支氣管擴(kuò)張劑后1 s 末用力呼氣容積實(shí)測(cè)值（Forced expiratory volume in one second，F(xiàn)EV1）占用力肺活量的百分比（Attenuation volume index forced vital capacity residual volume，F(xiàn)EV1/FVC）＜0.70；②胸部呼、吸雙相CT 圖像清晰完整，肺組織顯示清楚。排除標(biāo)準(zhǔn)：①胸廓畸形，肺內(nèi)手術(shù)史（肺葉或肺段切除術(shù)后）；②患者配合差，圖像偽影明顯；③肺部大范圍病變；④其它較嚴(yán)重的心臟、肝臟、腎臟等方面的疾病。

1.2 呼、吸雙相CT 掃描、圖像后處理及定量測(cè)量

1.2.1 呼、吸雙相CT 掃描

應(yīng)用上海聯(lián)影科技有限公司生產(chǎn)的uCT-760 128 層螺旋CT 機(jī)進(jìn)行掃描。掃描前對(duì)患者進(jìn)行反復(fù)呼吸訓(xùn)練，所有患者分別在深吸氣末與用力呼氣末屏住呼吸的同時(shí)進(jìn)行全肺掃描。掃描體位：患者仰臥位，頭先進(jìn)，雙手上舉并抱頭。掃描范圍：胸廓入口水平及后肋膈角（包全肺組織）。掃描參數(shù)：管電壓120 kV，uDose 智能動(dòng)態(tài)管電流，準(zhǔn)直40 mm，螺距1∶0.875，0.5 s/r，掃描層厚5 mm。重建算法為骨算法，層厚1 mm，F(xiàn)OV 35 mm，矩陣1 024×1 024。

1.2.2 圖像后處理及定量測(cè)量

將原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入“Dexin-FACT”三維支氣管自動(dòng)分析軟件，對(duì)兩肺各級(jí)支氣管進(jìn)行定量分析及測(cè)量。采用隱式曲面函數(shù)確定個(gè)別葉裂；采用骨架提取算法進(jìn)行支氣管的三維分割，自動(dòng)提取各級(jí)支氣管骨架，提取的支氣管以支氣管樹的形式表現(xiàn)；采用CT 定量分析軟件的虛擬支氣管內(nèi)窺鏡對(duì)各級(jí)支氣管的定量參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，分別測(cè)量平均壁厚度（Mean wall thickness，MWT）、平均內(nèi)直徑（Mean lumen diameter，MLD）、平均壁面積（Mean wall area，MWA）和管壁面積占支氣管斷面總面積的百分比的平均值（Mean wall ratio，WA%）。

該軟件對(duì)支氣管代的定義為：兩分叉支氣管中間的一段為一代，主支氣管為0 代，兩肺上葉支氣管為2 代，右肺中葉支氣管為3 代，左肺下葉支氣管為3 代，依次類推，測(cè)量默認(rèn)路徑為該葉支氣管最遠(yuǎn)一代的支氣管，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分叉處，結(jié)果為該代支氣管所有點(diǎn)的平均值。三維支氣管自動(dòng)分析效果圖見圖1。

1.2.3 肺功能檢查

圖1 COPD 患者，男，54 歲，“Dexin-FACT”三維支氣管自動(dòng)分析效果圖。圖1a：呼氣相；圖1b：吸氣相。Figure 1.A 54-year-old man with COPD,automated 3D CT analysis for the bronchial tree by Dexin-FACT.Figure 1a:expiratory phase;Figure 1b:inspiratory phase.

患者需在CT 檢查后1 周內(nèi)且癥狀穩(wěn)定的條件下進(jìn)行PFT 檢查。采用美國(guó)Sensor medics Vmax 299 肺功能儀?；颊呷∽?，分別測(cè)量吸入沙丁胺醇（400 μg）前、后的PFT。大氣道功能觀察指標(biāo)選用FEV1占預(yù)計(jì)值的百分比（FEV1%）、FEV1/FVC；小氣道功能觀察指標(biāo)選用力呼氣25%肺活量時(shí)流量實(shí)測(cè)值占預(yù)計(jì)值的百分比（Mid-expiratory flow curve of 25% vital capacity，MEF25%）。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

應(yīng)用SPSS 22.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件，計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（）表示。支氣管MWT、MLD、MWA、WA%呼、吸雙相差異用配對(duì)t 檢驗(yàn)；MWT、MLD、MWA、WA%與PFT 的相關(guān)性采用Preason 相關(guān)性分析法。均以P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 患者基本情況及各級(jí)支氣管顯示情況

本研究共47 例COPD 患者，男31 例，女16 例，年齡41～79 歲（中位年齡63 歲）。右肺下葉呼氣相最遠(yuǎn)測(cè)量到9 代支氣管，所測(cè)支氣管最小MWT、MLD 和MWA 分別為0.54 mm、1.11 mm 和3.00 mm2，最大WA%為0.85；吸氣相最遠(yuǎn)測(cè)量到12 代支氣管，所測(cè)支氣管最小MWT、MLD 和MWA 分別為0.80 mm、1.06 mm 和4.89 mm2，最大WA%為0.85。

2.2 呼、吸雙相氣道各參數(shù)差異

右肺下葉1～9 代支氣管雙相MWT、MLD 和MWA 差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），呼氣相MWT大于吸氣相，吸氣相MLD、MWA 大于呼氣相；0～3代支氣管呼、吸雙相WA%差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05），吸氣相WA%大于呼氣相，4～9 代WA%差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表1，2）。

2.3 呼、吸雙相氣道各參數(shù)與PFT 的相關(guān)性

右肺下葉9 代支氣管雙相MWT、MLD、MWA、WA%與FEV1%、FEV1/FVC、MEF25%均有相關(guān)性（P＜0.05）；8 代支氣管呼氣相MWT 與FEV1%，雙相MWT 與MEF25%，雙相MLD 與MEF25%，雙相WA與FEV1%、MEF25%，呼氣相WA 與FEV1/FVC，雙相WA%與FEV1%、FEV1/FVC、MEF25%均有相關(guān)性（P＜0.05）；7 代支氣管雙相WA%與FEV1%、FEV1/FVC、MEF25%均有相關(guān)性（P＜0.05）。各支氣管定量參數(shù)與各PFT 均呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)性隨代數(shù)的增加逐漸升高，呼氣相與PFT 的相關(guān)性較吸氣相更高，其中9代支氣管呼氣相WA%與MEF25%相關(guān)性最高（|r|=0.697，P＜0.05）。余各代支氣管定量參數(shù)與PFT 均無相關(guān)性（P＞0.05）。

3 討論

小氣道是指內(nèi)徑2 mm 以下的氣道，數(shù)量及分支多，總截面積大，且對(duì)氣流阻力影響較小，故病變?cè)缙诓粫?huì)導(dǎo)致通氣功能的改變，COPD 患者的小氣道慢性炎癥引起氣道壁損傷和修復(fù)過程反復(fù)發(fā)生，導(dǎo)致小氣道重塑、氣流受限，最終影響患者的PFT[6]。國(guó)內(nèi)外已有定量CT 用于評(píng)估COPD 患者小氣道病變的研究[7-10]，F(xiàn)ernandes 等[9]指出吸氣相CT用于評(píng)估肺氣腫病變，呼氣相CT 用于評(píng)估空氣潴留，可反映小氣道病變。呼氣時(shí)小氣道的狹窄包括由于管壁增厚和管腔塌陷造成的狹窄，較吸氣時(shí)狹窄更為明顯[11]，因此雙相CT 可更全面地反應(yīng)COPD 患者小氣道的病變情況。本研究應(yīng)用聯(lián)影128 排螺旋CT 機(jī)，成像速度快、呼吸運(yùn)動(dòng)偽影少，其KARL 迭代重建技術(shù)聯(lián)合低劑量胸部CT 掃描，在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)，合理控制兩次掃描的輻射劑量。既往研究采用的支氣管面積及徑線的定量測(cè)量法[7-8]，需手動(dòng)勾畫徑線，主觀差異較大，“Dexin-FACT”三維支氣管分割及分析軟件可自動(dòng)識(shí)別異常支氣管，并進(jìn)行量化分析，其值客觀、準(zhǔn)確，不受人為因素干擾。對(duì)于氣道測(cè)量部位的選擇，既往多數(shù)研究者[7]選擇垂直起源的右肺上葉尖段支氣管，但有研究表明下葉支氣管數(shù)量最大，與PFT 的相關(guān)性更高[8]，本研究首先統(tǒng)計(jì)了各肺葉最遠(yuǎn)可測(cè)得的支氣管代數(shù)，發(fā)現(xiàn)右肺下葉代數(shù)最遠(yuǎn)，遠(yuǎn)端支氣管管徑最細(xì)，因此選取右肺下葉支氣管進(jìn)行分析，以評(píng)估COPD 的氣道病變。

表1 雙相支氣管壁厚度及內(nèi)直徑

表2 雙相支氣管壁面積及WA%

表3 呼、吸雙相6～9 代支氣管各參數(shù)與PFT 的相關(guān)性（r 值（P 值））

本研究發(fā)現(xiàn)，1～9 代支氣管呼、吸雙相MWT、MLD 和MWA 均有差異，與暴銳等[8]的研究結(jié)果一致。4～9 代支氣管雙相WA%無差異，與PFT 的相關(guān)性較高，且為4 項(xiàng)定量參數(shù)中唯一一項(xiàng)在7 代支氣管即與PFT 有相關(guān)性的指標(biāo)，因此WA%是反映COPD 患者氣道重塑情況最敏感的CT 指標(biāo)[7，12]。1～7代支氣管定量參數(shù)與PFT 無相關(guān)性，8 代支氣管部分參數(shù)與PFT 有相關(guān)性，9 代支氣管各參數(shù)均與PFT 有相關(guān)性，因此，代數(shù)越高、管徑越細(xì)的支氣管對(duì)氣流受限的影響越大。各定量參數(shù)與小氣道功能參數(shù)MEF25%的相關(guān)性較其余2 項(xiàng)大氣道功能參數(shù)更高，表明氣流受限與小氣道病變密切相關(guān)，可能是因?yàn)镃OPD 患者細(xì)支氣管管腔細(xì)小，小氣道炎性病變所致的氣流阻塞較段支氣管更加明顯，長(zhǎng)期、反復(fù)的慢性炎癥導(dǎo)致小氣道重塑、支氣管壁增厚，管腔狹窄，WA%增加，小氣道的狹窄和閉塞即導(dǎo)致COPD患者氣流受限、PFT 下降。

本研究還存在以下不足：①老年人呼吸控制能力差，影響氣道結(jié)構(gòu)的顯示；②軟件無法識(shí)別所有支氣管，會(huì)對(duì)結(jié)果造成一定影響；③未考慮先天性解剖差異對(duì)氣道分析的影響[13]。

綜上所述，隨著影像技術(shù)及人工智能的發(fā)展，三維支氣管分割及分析軟件、虛擬內(nèi)窺鏡技術(shù)在支氣管的定量測(cè)量中有明顯優(yōu)勢(shì)，基于呼、吸雙相CT 掃描對(duì)COPD 患者小氣道疾病的診斷具有重要意義，從而指導(dǎo)患者進(jìn)行個(gè)體化治療。