肺纤维化合并肺气肿综合征定量CT与肺功能的相关性分析

崔 璐, 程留慧, 朱永月, 孙樱函, 王默涵, 王道清*

1. 河南中医药大学, 河南 郑州 450004; 2. 河南中医药大学第一附属医院放射科, 河南 郑州 450000

慢性阻塞性肺疾病和肺间质纤维化是由不同的临床、病理学和影像学特征定义的两种疾病,长期以来医学界认为二者并无关联。然而在2005年,Cottin等[1]提出了肺纤维化合并肺气肿(combined pulmonary fibrosis and emphysema,CPFE)综合征,可由高分辨率CT(high resolution CT,HRCT)诊断出同一患者的上肺野出现肺气肿,而下肺野及胸膜下出现肺纤维化现象。医学界自此认识到肺气肿和肺纤维化这两种疾病可以共存于同一患者。研究发现,CPFE好发于具有吸烟史的男性,临床表现为进行性加重的呼吸困难,肺容量基本正常但是弥散功能显著下降[2]。CPFE综合征总体预后不佳,5年生存率约55%[3],中位生存期为2.1～8.5年[4]。CPFE的并发症主要有慢性呼吸衰竭、肺动脉高压、病情急性加重和肺癌。与单纯的肺间质纤维化或肺气肿相比,CPFE患者的死亡率更高,危害更大。本研究通过评估CPFE的定量CT指标与肺功能(pulmonary function,PFT)的相关性,旨在提高临床医师对CPFE的认识。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2021年5月至2023年5月于河南中医药大学第一附属医院就诊的CPFE患者88例,其中男80例,女8例,年龄47～89岁,平均年龄(70.5±8.1)岁。同期肺气肿患者96例,其中男66例,女30例,年龄47～94岁,平均年龄(71.6±8.6)岁。所有入组人员均行HRCT及肺功能检查。本研究已取得所有患者同意。

1.2 纳入与排除标准[1]

CPFE组纳入标准:HRCT上显示上肺野分布为主的肺气肿征象,表现为边界清楚的低密度影,无壁或者薄壁(<1 mm),或者肺大疱(直径>1 cm);HRCT上显示胸膜下及两下肺为主的显著肺纤维化改变,即网格状改变、蜂窝状改变、牵张性支气管扩张及磨玻璃影改变,可伴有局部肺组织破坏及实变影。肺气肿组纳入标准:HRCT双侧肺野呈无壁或薄壁(<1 mm)的低透光区,或多个肺大疱(直径>1 cm)存在。排除标准:未行HRCT及肺功能检查的患者;CT图像伪影明显或图像质量不佳影响软件分割;合并其他肺部疾病,如肺肿瘤、气胸、胸腔积液等;其他病因明确的肺间质性疾病,如结节病、尘肺、过敏性肺泡炎等;以及其他较严重的心脏、肝脏、肾脏等方面的疾病。

1.3 CT检查及定量分析

采用飞利浦MX16 EVD CT进行平扫,扫描前对患者进行呼吸训练。患者取仰卧位,头先进,双手上举。扫描范围从胸廓入口至膈下。扫描参数:管电压120 kV,管电流160～200 mAs。扫描矩阵512×512,重建层厚1 mm,重建间隔0.5 mm。图像以DICOM格式存储。定量CT分析:利用后处理软件3D Slicer中的Chest Imaging Platform模块(5.2.2版本,https://www.slicer.org/)将患者数据导出,该软件可自动提取肺实质,计算全肺容积(total lung volume,TLV)、正常肺区域百分比(normal lung area percentage,NL%)、低密度衰减值(low-density attenuation value,LAA%-950)及高密度衰减值(high-density attenuation value,HAA%-700)(图1)。将CT值介于-1024～-200 HU之间并排除气管的部分作为肺组织,以-950～-700 HU像素占全肺像素的比值为正常肺区域百分比(NL%)[5],以CT透过度≤-950 HU测定肺内低衰减区所占比例(LAA%-950),以CT透过度≥-700 HU测定肺内高衰减区所占比例(HAA%-700)[6]。

图1 3D Slicer软件自动分割的CT图像

1.4 肺功能检查

采用德国耶格公司MasterScreen肺功能仪测定肺功能,测试内容包括:(1)肺容量指标:肺活量(VC)、总肺活量(TLC)、残气量与总肺活量的比值(RV/TLC)。(2)肺通气指标:用力肺活量(FVC)、第一秒用力肺活量(FEV1)、第一秒用力肺活量与用力肺活量比值(FEV1/FVC)。(3)弥散指标:一氧化碳弥散量(DLCO)、一氧化碳弥散量与肺泡通气量比值(DLCO/VA)。除FEV1/FVC、RV/TLC为实测值,上述其他指标均采用实测值占预计值百分比表示(%pred)。

1.5 统计学分析

2 结果

2.1 CPFE组与肺气肿组临床特征比较

两组患者均以男性为主(CPFE组90.9%,肺气肿组68.8%),男性比例差异具有统计学意义(P<0.001)。CPFE组的吸烟比例高于肺气肿组(CPFE组86.4%,肺气肿组53.1%),吸烟比例差异有统计学意义(P<0.001)。CPFE组和肺气肿组吸烟包年年份中位数分别为100包年和40包年,CPFE组包年年份中位数明显高于肺气肿组(P<0.001)。两组间年龄、体质量指数(BMI)差异均无统计学意义(P值均>0.05)。见表1。

表1 CPFE组与肺气肿组临床特征比较

2.2 CPFE组与肺气肿组肺功能与定量CT比较

在两组患者的肺功能比较中,肺气肿组患者TLC%pred、RV/TLC、一氧化碳弥散量占预计值的百分比(DLCO%pred)及DLCO/VA%pred均较CPFE组显著升高(P值均<0.05),FEV1%pred、FEV1/FVC%pred均较CPFE组显著降低(P值均<0.05)。两组的肺活量占预计值的百分比(VC%pred)、用力肺活量占预计值的百分比(FVC%pred)差异无统计学意义(P值均>0.05)。在两组的定量CT指标比较中,肺气肿组全肺容积、LAA%均较CPFE组显著升高(P值均<0.05),HAA%较CPFE组显著降低(P值均<0.05)。两组的NL%差异无统计学意义(P值均>0.05)。见表2。

表2 CPFE组与肺气肿组肺功能和定量CT指标比较

2.3 CPFE综合征患者定量CT指标与肺功能指标的相关性

CPFE中,全肺容积与TLC%pred、RV/TLC存在正相关(P值均<0.05),与FEV1%pred、FEV1/FVC存在负相关(P值均<0.05),与VC%pred、FVC%pred、DLCO%pred、DLCO/VA%pred无相关性。HAA%与FEV1/FVC存在正相关(P值<0.05),与VC%pred、TLC%pred、FVC%pred、DLCO%pred、DLCO/VA%pred存在负相关(P值均<0.05),与RV/TLC、FEV1%pred无相关性。LAA%与FEV1%pred、FEV1/FVC、DLCO%pred、DLCO/VA%pred存在负相关(P值均<0.05),与VC%pred、TLC%pred、RV/TLC、FVC%pred无相关性。NL%与VC%pred、FEV1%pred、FVC%pred、DLCO%pred、DLCO/VA%pred存在正相关(P值均<0.05),与TLC%pred、RV/TLC、FEV1/FVC无相关性。见表3。

表3 CPFE综合征患者TLV、HAA%、LAA%、NL%与肺功能的相关性分析

2.4 预测CPFE的多因素Logistic回归分析结果及ROC曲线分析结果

多因素Logistic回归分析结果显示,预测CPFE的独立预测因子为TLC%pred、FEV1/FVC、DLCO%pred、DLCO/VA%pred、HAA%、TLV,见表4。ROC曲线分析结果见表5和图2。

表4 预测CPFE的多因素Logistic回归分析结果

表5 ROC曲线分析结果

图2 FEV1/FVC、HAA%、TLV的受试者操作特征曲线

3 讨论

CPFE是近年来逐渐受到关注的独特疾病,突破了肺气肿和肺间质纤维化定义的限制。由于其高发病率、差预后、缺乏统一诊断标准和治疗手段,呼吸科医生对其越发关注。肺气肿作为慢性阻塞性肺疾病之一,定义为细支气管远端气道的弹性减退,导致气道过度膨胀、充气和肺容积增大,或者同时伴有气道壁破坏。近期研究表明肺气肿进展期可伴发肺间质纤维化,常见于肺气肿晚期,逐渐替代了肺气肿的固有变化[7],CPFE患者可在同一HRCT检查中表现为肺上叶肺气肿和肺下叶肺纤维化。肺间质纤维化是肺气肿进展的病理终点,且随肺气肿病情加重和病程延长,肺间质纤维化风险增加[8]。然而,对于CPFE的定量CT研究尚不充分,本研究通过分析CPFE综合征定量CT与肺功能的相关性,旨在提升医生对其的认识。

吸烟已被证明是慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)和特发性肺纤维化的主要病因,目前有文献报道[4,9],几乎所有的CPFE综合征患者都有吸烟史。因为烟草中含有4000多种化学物质,所以研究人员普遍认为肺气肿是典型的吸烟导致的肺部疾病。另外,吸烟也能刺激肺组织发生纤维化改变[9]。CPFE患者中,90%以上的CPFE患者为男性,男性好发CPFE的原因可以认为是男性吸烟比例高于女性[1,10]。本研究发现,CPFE好发于老年吸烟男性,与肺气肿有明显差异,与上述研究结果一致。

肺气肿和肺纤维化具有不同的生理作用。肺气肿通常表现为阻塞性通气功能障碍,肺弹性回缩力降低,顺应性增加,导致总肺活量(TLC)增加,最大呼气流速降低。而肺纤维化呈现限制性通气功能障碍,肺的弹性回缩力增加,顺应性降低,导致肺总量减少,在给定肺容量下最大呼气流速不变甚至增加。由于CPFE综合征患者同时患有肺气肿与肺纤维化,两者的生理作用相互抵消,使得患者在常规肺功能检查中经常表现出正常的肺容量,但是由于肺气肿与肺纤维化均会造成弥散能力下降,两者叠加作用导致患者弥散功能障碍[11]。相较于肺气肿患者,CPFE患者的气流受限程度较低,CPFE中用力肺活量(FVC)和总肺活量(TLC)的平均值通常在相对正常的范围内,但DLCO的降低程度高于肺气肿患者,而肺气肿的FEV1、FEV1/FVC的预测值均显著降低[12]。本研究中CPFE组DLCO%pred、DLCO/VA%pred、TLC%pred、RV/TLC均低于肺气肿组,而肺气肿组的FEV1、FEV1/FVC均低于CPFE组,与既往研究一致。

鉴于胸部X线检查的漏诊率高,CT特别是HRCT被认为是CPFE最准确的诊断方式。HRCT上肺气肿和肺纤维化的程度可以预测CPFE患者的死亡率[13]。部分研究指出HRCT影像学参数在评估CPFE方面具有广阔的发展前景和研究价值[14]。因此,CPFE更被视为一个影像学概念,而非病理概念。由于早期CPFE缺乏明显的临床表现,使得早期CPFE患者在进行一般影像学检查时出现漏诊、误诊等情况。而定量CT可以准确计算出患者肺部的病变区域占比,这对于CPFE的早期诊断具有重大意义。研究发现,肺气肿的全肺容积(TLV)与LAA%高于CPFE,而右肺密度和左肺密度均低于CPFE。全肺容积及LAA%对CPFE的死亡率有显著预测作用[15]。王莹等[16]发现,HRCT所示纤维化程度与VC%pred、RV%pred、TLC%pred、FVC%pred呈负相关,所示肺气肿程度与FEV1%pred、FEV1/FVC呈负相关。Schmidt等[17]研究发现,第一秒用力肺活量(FEV1)与肺气肿程度有一定的相关性,且FEV1的缓慢降低及第一秒用力肺活量与用力肺活量比值(FEV1/FVC)>1.2都是CPFE死亡率的预测性指标。本研究中,TLV、HAA%、LAA%均与FEV1/FVC相关性最高(r值分别为-0.67、0.36、0.43,P值均<0.05),NL%与DLCO%pred相关性最高(r=0.53,P<0.05)。既往研究发现,DLCO的下降往往与预后有关,HAA%和LAA%都是预测DLCO%的独立因子,但HAA%的预测能力优于LAA%[6]。本研究结果显示,FEV1/FVC、HAA%、TLV是鉴别CPFE与肺气肿的独立预测因素,对于CPFE的早期发现及预后具有指导意义。

然而,本研究存在局限性,包括CPFE组与肺气肿组样本量较少,是回顾性研究,可能受病例选择偏倚影响。

综上所述,定量CT指标可用于CPFE的诊断,且可在一定程度评估肺功能的损害情况。