基于计算机辅助测量对慢性阻塞性肺疾病肺内血管体积的定量观察研究

白利杰，李欣文

（延安市人民医院CT诊断科，陕西 延安 716000）

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）早已经被人们列为全球高危疾病之一。世界卫生组织预测到2060年死于COPD及相关疾病的患者每年将超过540万人［1］。2019年，COPD全球倡议指南（Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease，GOLD）已经将COPD由不可逆的气流受限更新为早期经治疗可逆性疾病。当前主要依靠临床病史及肺功能（pulmonary function test，PFT）作为COPD诊断及严重程度的评估标准［2］。然而，只有肺组织破坏＞30%或小气道阻塞占约75%时，PFT才会出现异常［3］。近年来，利用计算机辅助诊断对COPD的定量研究越来越多，且多集中于小气道及肺。已有实验［4-5］证实，COPD患者早期常有轻至中度血管内皮细胞的损伤。目前，国内外基于CT对COPD的肺内血管的研究报道较少，且多为测量COPD患者的局部断层肺血管的截面积间接评估COPD的严重程度［6-9］，缺乏对肺内血管研究的整体性。本研究通过数字肺测试平台对COPD患者全肺及各肺叶肺内血管体积（intrapulmonary vessel volume，IPVV）的自动量化，较以往研究方法更具系统性和客观性，且在量化的基础上，进一步探讨COPD患者IPVV与肺气肿和PFT的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性收集2018年4月至2020年7月在延安大学附属医院经过临床及肺功能检查确诊的COPD患者，同时排除影响最终数据分析的相关病例包括图像质量差、重度肺炎、肺癌及其他肺内占位等病例。最终收集COPD患者62例，其中男性53例，平均年龄63.98±7.51岁，女性4例，平均年龄70.11±4.76岁。

1.2 CT扫描

采用联影UCT-760 128层螺旋CT扫描。扫描体位：仰卧位同时双臂举动，头先进，从胸廓入口处扫描至膈肌层面，包括整个肺野。扫描参数：有效管电压120 kV，自适应动态管电流，扫描准直40 mm，螺距1.0875，0.5 s/r。层厚5 mm，层间距5 mm，图像后重建层厚1 mm，层间距1 mm。COPD患者均采用深吸气相扫描。扫描前训练接受检者呼吸运动，使其能够按照语音配合呼吸运动。

1.3 肺功能检查

采用德国JAGER TOENNIES公司的MS-Body/Diff肺功能测定仪，测定COPD患者的PFT参数包括第1秒用力呼气容积实测值与预计值百分比（forced expiratory volume in the first second % predicted，FEV1%）、第1秒用力呼气容积与用力肺活量比（the ratio of forced expiratory volume in the first second over forced vital capacity，FEV1/FVC）、一氧化碳弥散量（diffusion capacity for carbon monoxide of lung，DLCO）。根据指南［10］建议，本研究对DLCO的测量采用DLCO/肺泡容积。

1.4 CT图像处理

将COPD患者的1 mmCT薄层扫描图像数据以标准DICOM3.0格式存储，导入数字肺测试平台测试工具：自动测量COPD患者全肺（whole lung，WL）、右肺上叶（right upper lung，RUL）、右肺中叶（right middle lung，RML）、右肺下叶（right lower lung，RLL）、左肺上叶（left upper lung，LUL）及左肺下叶（left lower lung，LLL）的IPVV与-950HU密度以下低衰减区体积（low attenuation zone volume-950HU，LAA-950）。

在肺气肿的研究中，常设定一定的阈值，通过计算肺密度和肺容积，得出低于阈值的肺容积和肺容积占比，因此低密度衰减区肺容积（low attenuation area，LAA）及低密度衰减区肺容积占全肺的百分 比（the percentage of the low attenuation area，LAA%）常作为肺气肿定量评估的指标。先前研究［11-12］建议，吸气相采用阈值-950HU，呼气相采用阈值-910HU，故本研究以LAA-950作为肺气肿的量化指标。

1.5 统计学方法

采用SPSS18.0统计软件分析，COPD患者IPVV与肺气肿和PFT的关系用Pearson相关检验分析，检验水平（α）为0.05，P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 COPD患者IPVV、肺气肿及PFT的量化结果

测量62例COPD患者（男性53例，女性9例）的IPVV、肺气肿及PFT量化指标。IPVV量化指标包括全肺及各肺叶的IPVV，肺气肿以LAA-950作为量化指标包括全肺及各肺叶的LAA-950，PFT量化指标包括FEV1%、FEV1/FVC及DLCO（表1、表2）。

表1 COPD患者IPVV与肺气肿量化指标（mL，±s）

表1 COPD患者IPVV与肺气肿量化指标（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总量（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量化指标（%，±s）

表2 COPD患者PFT量化指标（%，±s）

项目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总量（n=62）58.0±25.6 52.3±12.6 0.8±0.3

2.2 COPD患者IPVV与肺气肿的相关性

右肺上叶IPVV与肺气肿参数相关性较差，仅与左肺上叶及右肺上叶肺气肿有相关性（分别r=0.499，P＜0.05；r=0.427，P＜0.05）。左肺上叶IPVV与左肺下叶肺气肿无相关性（P＞0.05）。全肺及各肺叶IPVV与肺气肿具有相关性。各肺叶肺气肿严重程度依次为LUL＞RUL＞LLL＞RLL＞RML（表1），而各肺叶IPVV与相应肺气肿的相关系数依次是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与肺气肿的相关性

2.3 COPD患者IPVV与PFT的相关性

全肺IPVV与FEV1%和FEV1/FVC均呈弱负相关（分别r=-0.262，P=0.039；r=-0.272，P＜0.05），全肺IPVV与DLCO无相关性。左肺上叶及右肺上叶IPVV与DLCO均呈弱负相关（分别r=-0.302，P=0.017；r=-0.301，P＜0.05），与FEV1%和FEV1/FVC无相关性。右肺中叶、右肺下叶及左肺下叶IPVV与PFT无相关性（表4）。

表4 COPD患者IPVV与肺功能的相关性

3 讨论

本研究基于数字肺测试平台，对COPD患者全肺及各肺叶IPVV自动分割和提取，具有较高的系统性和灵敏性。通过研究发现COPD患者的IPVV与肺气肿有明显的相关性，且不同肺叶有一定的差异，同时IPVV与PFT也存在一定相关性。

本研究显示COPD患者的全肺及各肺叶IPVV与肺气肿呈正相关，且各肺叶之间存在差异性。有研究［13］已经证实肺气肿严重程度与肺动脉重塑有关。肺动脉内膜、中膜和外膜共同增厚构成肺血管重塑的病理学过程，且内膜增厚是COPD的早期改变［14-15］。由于COPD患者肺血管的内皮功能障碍及血管重塑，导致管腔狭窄，继而肺内血液循环障碍，最终引起IPVV的改变。对于COPD患者的肺实质及肺血管而言，不同肺叶肺血管重塑存在差异［16］，以上因素的影响造成了IPVV与肺气肿呈正相关，且各肺叶的相关性亦存在差异。

临床中，吸入支气管舒张剂后FEV1/FVC＜70%是判断COPD的PFT标准，且以FEV1%来评价其严重程度［17］。FEV1%越低，肺气肿越重，二者呈负相关性，研究［18-19］已经证实该结论。于楠等［20］研究发现，肺血管数量与肺气肿呈负相关性。COPD患者的血管重塑主要发生在较小的远端肺血管，受累的肺血管体积减小，血管数量减少，导致肺灌注改变，最终影响肺功能。本实验结果显示，全肺IPVV与FEV1%、FEV1/FVC存在弱负相关性，该结果与文献研究［21-22］结论相似。有学者发现［23］，采用呼气相的扫描方法能更好地评估PFT。DLCO已广泛应用于COPD、间质性肺病以及死亡风险的评估［24-25］，本实验结果发现，双肺上叶IPVV与DLCO存在一定的弱相关性，与Cho等［26］的研究结果相一致。因此，IPVV可以成为反映COPD患者PFT变化的新指标之一。

由于样本量有限，未能深入分析IPVV与不同GOLD分级的COPD患者相关性，结论有一定的局限性。其次，本研究是基于CT图像的测量，因此，对COPD肺血管组织学的研究非常有限。

综上所述，对IPVV定量分析可以作为COPD患者的一种新型、快捷的诊断技术。COPD患者的IPVV与肺气肿有明显的相关性，与PFT存在弱相关，这一研究为COPD的早期诊断提供了一定的参考，在未来的临床工作中具有应用前景。