朱彥瑾 黃曉旗 王 雷 趙凡惠 李建龍

延安大學(xué)附屬醫(yī)院影像科，陜西省延安市 716000

隨著全球工業(yè)化、城市化、環(huán)境污染、氣候變化以及人們的生活方式、飲食習(xí)慣的改變，哮喘的患病率在明顯的升高，目前全球哮喘患者約有2.35億人，中國(guó)約有3 000萬人[1]。哮喘得不到控制將造成患者巨大的醫(yī)療經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，影響日常生活，甚至危及生命[1]。哮喘發(fā)病具有遺傳因素，可出現(xiàn)家族聚集現(xiàn)象；發(fā)病變應(yīng)原有室內(nèi)變應(yīng)原、職業(yè)變應(yīng)原、食物、藥物等；促發(fā)因素有大氣污染、吸煙、肥胖、運(yùn)動(dòng)等。哮喘的癥狀表現(xiàn)為反復(fù)發(fā)作的喘息、氣急、咳嗽、胸悶等，有20%的6～7歲哮喘兒童在1年內(nèi)經(jīng)歷了嚴(yán)重的喘息發(fā)作[2],癥狀的發(fā)作與肺內(nèi)的廣泛易變的氣流阻塞有關(guān)[1]。定量CT(Quantitative CT，QCT)具有可重復(fù)檢測(cè)、測(cè)出疾病在肺中的位置、量化肺部疾病的程度和總體嚴(yán)重性的優(yōu)點(diǎn)[3]，在臨床診斷中發(fā)揮著重要的作用。

1 支氣管哮喘病理生理

1.1 氣道重塑 哮喘的反復(fù)發(fā)作和慢性炎癥過程導(dǎo)致氣道上皮細(xì)胞損傷，引起氣道壁的平滑肌增生肥大、黏液腺增生、網(wǎng)狀基底膜增厚、細(xì)胞外基質(zhì)沉積、血管增生、上皮下纖維化等一系列修復(fù)過程，進(jìn)而導(dǎo)致氣道壁結(jié)構(gòu)改變，稱為氣道重塑。QCT上氣道重塑表現(xiàn)為氣道壁增厚，被認(rèn)為是嚴(yán)重哮喘的標(biāo)志[4]。氣道重塑是不可逆性氣流阻塞和氣道高反應(yīng)性的亞表型，并且與疾病嚴(yán)重程度增加有關(guān)。哮喘患者的亞組發(fā)展為不可逆或僅可部分可逆的氣流阻塞，并且肺功能減低的速度加快。哮喘患者氣道的收縮性或擴(kuò)張性較差，氣道重塑可導(dǎo)致哮喘患者中央氣道壁的動(dòng)態(tài)彈性變硬[5]。

1.2 空氣潴留 空氣潴留是指在呼氣時(shí)，由于小氣道遠(yuǎn)端狹窄或阻塞導(dǎo)致肺內(nèi)殘留過多的氣體。呼氣相 HRCT可表現(xiàn)為斑片狀不均勻分布透亮影，有時(shí)可累及到一個(gè)肺段以上，吸氣相圖像上可未發(fā)現(xiàn)異常表現(xiàn)?？諝怃罅舴从承獾来嬖谧枞?，呼氣相CT掃描所顯示的一種征象，CT圖像上顯示該區(qū)域較正常肺實(shí)質(zhì)更加透亮[6]。呼吸雙氣相對(duì)比可發(fā)現(xiàn)彌漫性空氣潴留。肺功能正常的無癥狀人群在CT掃描中也顯示出空氣潴留，但哮喘患者的空氣滯留明顯更多，這與肺功能異常密切相關(guān)[7]。

2 臨床肺功能測(cè)定法

臨床常通過用肺功能監(jiān)測(cè)哮喘患者的氣流受限程度來間接評(píng)估哮喘患者的氣道炎癥和重塑程度，常用肺功能測(cè)定指標(biāo)有第1秒用力呼氣容積(Forced expiratory volume in one second，F(xiàn)EV1)、FEV1實(shí)測(cè)值占預(yù)計(jì)值百分比(FEV1%)、用力肺活量(Forced vital capacity，F(xiàn)VC)、FEV1/FVC、殘氣量(Residual volume，RV)、或 RV/肺總量(Total lung capacity，TLC)和呼氣峰值流量(Peak expiratory flow，PEF)從25%～75%(PEF 25%～75%)等。倪良軍等[8]研究40例中度哮喘患者中發(fā)現(xiàn)FEV1、FEV1/FVC、PEF、FEF 25%～75%、RV/TLC低于其他系統(tǒng)疾病的對(duì)照組。Shifren等[4]研究發(fā)現(xiàn)住院兒童哮喘患者的FEV1、FVC和FEF 25%～75%較未住院兒童低。賀蓉等[9]對(duì)54例哮喘患者研究中發(fā)現(xiàn)不同病情患者，肺功能存在差異，隨著病情的加重，肺功能FEV1、FEV1/FVC、PEF和RV/TLC值均逐漸降低。哮喘臨床肺功能檢查是一種粗略的估計(jì)方法，不能直接顯示病變，且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

3 CT定量方法

3.1 氣道測(cè)量 現(xiàn)如今，CT在肺部和支氣管的評(píng)估中已成為一種有效而敏感的非侵襲性手段，通過利用專用軟件采集亞毫米單位的全肺體積而進(jìn)行三維重建、定量評(píng)估和全自動(dòng)測(cè)量[3]。CT掃描和先進(jìn)的后處理軟件可以獲得直到第9代支氣管的氣道定量數(shù)據(jù)[10]，選取不同的肺葉、肺段對(duì)支氣管進(jìn)行測(cè)量，常用的測(cè)量參數(shù)有支氣管管腔內(nèi)徑(Internal diameter,ID)、管腔外徑(Outer diameter, OD)、管壁厚度(Wall thickness,WT)=(OD-ID)/2、管壁厚度/管腔外徑(WT/OD)、WT占管壁總面積百分比WT%、氣道壁面積(Wall area,WA)、WA占?xì)獾揽偯娣e百分比(WA%)、假定氣道內(nèi)周徑為10mm時(shí)的管壁面積(Pi10WA)、假定氣道內(nèi)周徑為10mm時(shí)的管壁面積的平方根(Pi10)等指標(biāo)。Pi10是許多COPD和哮喘表型研究中最常用的氣道壁增厚度量指標(biāo)，Pi10可以被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)化的氣道壁厚測(cè)量值，并與小氣道的組織學(xué)測(cè)量值顯著相關(guān)[11]。賀蓉等[9]研究還發(fā)現(xiàn)支氣管哮喘患者WT/OD和WA%明顯高于健康對(duì)照組，而重度支氣管哮喘患者WT/OD和WA%高于輕度和中度支氣管哮喘患者，表明支氣管壁隨著病情的加重逐漸增厚；WT/OD和WA%與FEV1呈負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)r分別為-0.392、-0.368。其他大量研究在哮喘患者中使用WA%和WT%進(jìn)行氣道評(píng)估,表明氣道增厚程度與病程，疾病嚴(yán)重程度和氣流受限水平有關(guān)[8、12-13]。夏婷婷等用CT定量氣道測(cè)量方法[14-15]得出哮喘患者較COPD患者存在明顯的氣道重塑，且重癥哮喘患者較非重癥哮喘患者氣道重塑更加明顯。

3.2 空氣潴留測(cè)量

3.2.1 閾值法：低衰減區(qū)域百分比(The low attenuation areas percent，LAA%)是肺密度的度量，定義為低于特定閾值的肺中體素的百分比。已經(jīng)研究的幾個(gè)閾值，包括呼氣末CT圖像上的低于-856HU肺容積的百分比Exp LAA%-856、呼氣末CT圖像上的低于-850HU肺容積的百分比Exp LAA%-850和呼氣末CT圖像上的低于-900HU肺容積的百分比Exp LAA%-900 ，最常使用Exp LAA%-856 評(píng)估空氣潴留?？諝怃罅糁笖?shù)(Air trapping index， AT%)用Exp LAA%-856計(jì)算。Silva等[2]研究?jī)和邪l(fā)現(xiàn)住院兒童的AT%(29.0±4.7%)高于未住院兒童AT%(19.2±5.0%)，AT%與FVC(r=-0.933)和FEV1(r=-0.841)呈現(xiàn)非常強(qiáng)的負(fù)相關(guān)，與FEF 25%～75%(r=-0.608)；兒童哮喘患者CT定量指標(biāo)AT%與肺功能檢查有顯著的相關(guān)性。

3.2.2 密度法：肺密度的量化被廣泛應(yīng)用于肺氣腫的檢測(cè)。類似地，已經(jīng)提出了各種空氣滯留的QCT指標(biāo)。有吸氣相平均肺密度(Inspiratory mean lung density，Ins-MLD)、呼氣末平均肺密度(Expiratory mean lung density，Exp-MLD)、呼氣—吸氣平均肺密度比率(Expiratory/inspiratory ratio of mean lung density,E/I ratio of MLD)、呼氣—吸氣平均肺密度差(Expiratory/inspiratory difference of mean lung density,E/IΔMLD)等，其中E/I ratio of MLD 較其他定量空氣潴留的指標(biāo)更敏感[16]。Hartley等[17]在171例哮喘患者氣道重塑和空氣潴留的CT定量參數(shù)和肺功能關(guān)系研究中，使用E/I ratio of MLD 評(píng)估空氣潴留，發(fā)現(xiàn)哮喘患者的E/I ratio of MLD (0.852±0.061)高于健康對(duì)照組(0.816±0.066)，肺功能損害與空氣潴留密切相關(guān)。

3.2.3 容積測(cè)定法：主要是測(cè)定肺容積，常用指標(biāo)包括吸氣末的肺容積(Inspiratory lung volume，Ins-LV)、呼氣末的肺容積(Expiratory lung volume，Exp-LV)、呼氣—吸氣肺容積比率(Expiratory/inspiratory ratio of lung volume,E/I ratio of LV)、吸氣—呼氣肺容積差(Expiratory/inspiratory difference of lung volume，E/I ΔLV)等,其中E/I ΔLV較其他定量空氣潴留的指標(biāo)更敏感[16]。

3.2.4 參數(shù)響應(yīng)圖法：上述評(píng)估方法不能分析空氣潴留的空間位置和肺葉損傷程度，Galbán等[18]提出的利用呼吸氣雙相CT定量評(píng)估空氣潴留的參數(shù)響應(yīng)圖(Parametric response map，PRM)法，是一種體素方式圖像分析技術(shù)，是一種多功能成像生物標(biāo)志物，能夠診斷疾病范圍和表型，同時(shí)提供疾病分布和位置的詳細(xì)空間信息。數(shù)字肺軟件通過呼吸雙氣相配準(zhǔn)的PRM法，可得到三個(gè)區(qū)：正常區(qū)、肺氣腫區(qū)、空氣潴留區(qū)。以吸氣相<-950HU且呼氣相<-856HU的像素占全肺容積的百分比定義為肺氣腫，并用紅色區(qū)域表示；以吸氣相>-950HU且呼氣相<-856HU的像素占全肺容積的百分比定義為空氣潴留區(qū)，并用黃色區(qū)表示；將呼氣相>-856HU且吸氣相>-950HU的像素占全肺容積的百分比定義為正常區(qū)，并用綠色區(qū)表示。師美娟等[19]通過“數(shù)字肺”測(cè)試平臺(tái)行雙氣相CT圖像配準(zhǔn)，對(duì)COPD進(jìn)行分型，可將COPD的空氣潴留和肺氣腫進(jìn)行區(qū)別，為臨床提供了新的輔助診斷工具。

空氣潴留在吸氣相圖像可能沒有異常發(fā)現(xiàn)，而呼氣相圖像可顯示空氣潴留。單氣相定量CT無法準(zhǔn)確區(qū)分空氣潴留與肺氣腫，雙氣相方法的提出克服了該缺陷。雙氣相HRCT能夠有效評(píng)價(jià)肺氣腫與空氣潴留，雙氣相CT可有效克服單氣相CT診斷信息不足的特點(diǎn)，可有效評(píng)估及精確區(qū)分小氣道病變及肺氣腫區(qū)域[20]。雙氣相配準(zhǔn)PRM法在慢性阻塞性肺疾病研究中應(yīng)用較多，在哮喘患者研究的報(bào)道中較少。Zhang等研究[21]用上述定量CT 的氣道測(cè)量法和空氣潴留測(cè)量法將未控制重癥哮喘患者根據(jù)氣道重塑與空氣潴留的情況進(jìn)行影像分型，表明不同哮喘表型有不同的致病途徑，為臨床治療提供有針對(duì)性的干預(yù)措施。

4 總結(jié)

雙氣相掃描較單氣相掃描更能提供全面的信息。數(shù)字肺PRM法與既往方法比較利用了現(xiàn)代化影像技術(shù)高分辨率“可視化”功能，通過量化手段可評(píng)估哮喘患者氣道參數(shù)與空氣潴留情況，同時(shí)還可以進(jìn)行空間定位。利用雙氣相HRCT定量在哮喘中的應(yīng)用，進(jìn)一步理解哮喘的病理生理機(jī)制、評(píng)估哮喘患者的重塑和炎癥特征、尋找哮喘的影像學(xué)生物標(biāo)記、識(shí)別哮喘患者的影像學(xué)表型，從而實(shí)現(xiàn)患者病情的全面評(píng)估、個(gè)性化治療和改善預(yù)后方面具有重要意義。