慢性阻塞性肺疾病CT定量及功能成像进展

管 宇（综述） 范 丽 刘士远（审校）

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一组以不可逆的气道阻塞为特征的气道慢性炎症病变，目前为世界范围内第四位死因，早期诊断、早期干预是改善预后和降低死亡率的关键。然而大多数COPD患者早期症状轻微，5%以上的正常人群患有潜在COPD，肺功能较低水平（FEV1/FVC<70%）的人群中70%以上患有潜在COPD，潜在COPD患者常错过早期诊断和早期干预的时机。目前临床上常用FEV1、FEV1/FVC、一氧化碳弥散量（DLco）评估COPD的严重程度[1]，但常因患者不配合而致结果不准确，且不能显示局部肺功能异常[2,3]。随着CT技术及计算机软件的不断发展，高分辨率CT（HRCT）不但能够发现肺部细微结构的轻度异常改变，还可以提供肺组织的功能信息。本文对COPD的形态学特征及功能成像现状作一综述。

1 COPD的HRCT定量分析

1.1 HRCT对肺气肿的定量评估 HRCT能够定量显示早期肺气肿并进行准确分级（图1），肺气肿的定量诊断标准分为视觉评分半定量分析及以专用肺定量软件直接对肺气肿进行定量分析。国际上常用视觉评分半定量分析方法[4]有：①按严重程度分为4级：0级：无肺气肿；1级：直径<5 mm的低密度区，有或无肺纹理减少；2级：直径<5 mm和>5 mm的低密度区共存，常有肺纹理减少和扭曲；3级：弥漫性较大范围的低密度区，伴有肺纹理减少和扭曲；②按范围分为4级：1级；病变累及范围小于单侧肺野的25%；2级：病变累及范围为单侧肺野的25%~49%；3级：病变累及范围为单侧肺野的50%~74%；4级：病变累及单侧肺野75%~100%。将各层面累及范围和程度的乘积相加后再除以扫描层数即为肺气肿的分数：0分：无肺气肿；0.1~8分：轻度肺气肿；8.1~16分：中度肺气肿；16.1~24分：重度肺气肿。HRCT对于COPD的直接定量评估方法主要包括肺密度测定、肺容积测定及像素指数测定。

图1 HRCT示双肺多发低密度区

1.1.1 肺密度定量分析 在呼吸双相扫描技术下，利用CT数字成像的特点将像素图经专门软件进行自动评估，计算出平均肺密度（MLD）。CT的MLD值反映通气状况、血流量、血管外液量及肺组织的综合密度，且受到呼吸、膈肌运动、重力因素的影响。COPD患者与正常人的平均肺密度有显著差异，且与肺功能具有一致性[5]，Heussel等[6]认为应用薄层平扫CT预测肺气肿最恰当的临界值为－850 Hu，大于此值为正常。然而目前COPD的HRCT肺密度定量研究中尚无明确的肺密度测量指标，吸烟会对肺密度产生一定影响；Shaker等[7]报道有吸烟史的COPD患者戒烟后肺密度会相应地降低。对肺密度进行测量时应使用CT平扫技术，而不能应用造影剂，否则会导致肺密度增加，影响肺气肿的评价[6]。螺旋CT还可以进行动态肺密度测定，即在平静呼吸状态下，对一个固定层面进行连续扫描，经过专门软件处理后可以显示肺密度动态曲线。Suga等[8]报道正常人的肺密度曲线为一个正弦曲线，且从腹侧到背侧呈明显的梯度改变，并同步变化；而阻塞性通气障碍者肺密度动态曲线平坦、不规则，各区域变化不同步，甚至呈反向运动。

1.1.2 肺容积定量分析 用HRCT分别在呼气相、吸气相对全肺进行连续扫描，然后用自动化软件测定最大吸气末容积（Vin）、最大呼气末容积（Vex）和容积比（Vex/in）。HRCT测定肺容积值小于肺功能检查（PFT）测定值，与HRCT检查时患者取仰卧位、而在PFT检查时取坐位有关，仰卧位时肺容积可减少500 ml，且HRCT测定肺容积时还剔除了大气管内约100 ml的容积。Pauls等[9]研究证实应用螺旋CT测定的肺容积值诊断肺气肿是可行的，且与COPD的分级具有较好的相关性。Vex预测COPD的准确性较好，其预测COPD最恰当的临界点为3329 cm3[10]。但是目前关于COPD的HRCT肺功能定量研究尚无统一的肺容积预测指标。

1.1.3 像素指数、体素指数 像素指数（PI）是指某一阈值内像素的体积占单位体积的百分比。典型的肺组织CT值范围为－900~－600 Hu。一般以－910 Hu为阈值，将肺组织划分为4个区间：A：－1024~－910 Hu；B：－900~－801 Hu；C：－800~－701 Hu；D：>－700 Hu。A区间代表呼气受阻部分的肺实质；B区间代表正常通气的肺实质部分；C、D区间代表吸气减少的肺实质部分。Müller等[11]首先采用密度蒙片的方法将<－910 Hu的像素增亮，从而将肺气肿较为直接地显示出来，计算肺气肿区域和正常肺组织区域的比例，得出肺气肿的定量诊断，其结果与肺气肿的病理级别密切相关。许多关于肺气肿的研究设定很多阈值（－980~－770 Hu）[12,13]，均发现与PFT及病理学具有较好的相关性。对于薄层扫描最常用的阈值为－950 Hu（图2）。体素指数（VI）是指单位体积内某一阈值以下的体素个数所占百分数。判定空气潴留或肺气肿的VI阈值不尽相同，吸气相－950 Hu、－900 Hu、－930 Hu，呼气相－910 Hu不等。金利芳等[14]研究认为呼气相VI是判定COPD空气潴留和衡量其严重程度的重要指标，阈值为－810 Hu，若呼气相VI－810<40%则可排除COPD空气潴留的存在。

图2 双肺气肿体积（设定阈值－950 Hu）

1.2 HRCT对气道壁的定量评估 COPD患者气道壁重塑是造成气流受限的主要原因之一，HRCT的应用为评价COPD气道重塑提供了无创和定量方法。Nakano等[15]首次对COPD患者进行支气管壁厚度的定量测量，发现右肺上叶尖段支气管壁厚度与FEV1%预计值之间呈明显相关性。Achenbach等[16]采用MDCT-3D支气管树，取与气道长轴线垂直的邻近截面对气道壁进行定量评估，发现COPD患者气道壁厚度的平均值与其预期值FEV1和FEV1%值相关。国内学者采用多平面曲面重组技术获得肺内3~5级支气管的长轴位和短轴位图像（图3），并测量支气管壁面积占支气管断面总面积的百分比（WAP）和管壁厚度与外径的比值（TDR），发现3级支气管的WAP、TDR更能反映大气道的变化，而5级支气管的WAP、TDR更能反映小气道的变化[17]。在HRCT尚未能对小气道进行精确测量的前提下，利用CT测量大气道壁WAP及TDR来预测小气道的改变也有一定的临床价值[18]。此外，Sverzellati等[19]首次提出气道软化与COPD密切相关， 75例COPD患者中，约50%的患者存在气道软化。

图3 多平面曲面重组技术测量3~5级支气管短轴位

由于COPD患者气道反复慢性炎症，29%的进展期COPD患者存在支气管扩张[20]。支气管扩张会对气道的定量测量产生影响，因此，虽然WAP、TDR是反映气流受限和气道功能较敏感的指标，但不能进行准确分级，仅能在一定程度上反映肺功能的受损程度。Mair等[21]认为COPD患者气道壁增厚与CT所测量肺气肿呈负相关。

动态观察COPD患者的气道改变尤为重要。Kurosawa等[22]用电子束CT观察1例COPD患者上胸部气道的动态变化，发现小气道在吸气期间开放，而在呼气期间极度狭窄。李一鸣等[23]首次用多层螺旋CT低剂量电影扫描方式观察COPD气道动态改变，发现随着COPD的加重，外周气道逐渐出现在呼气期间闭合现象，但吸气期间开放尚可，至晚期中央气道亦会出现呼气期间闭合。

2 CT功能成像评估COPD

2.1 通气成像 用CT进行肺通气成像，必须使用气体对比剂，常用的肺通气对比剂为非放射性的氙气和碘对比剂。在吸入及呼出气体对比剂的过程中，通过CT值改变测量区域通气情况。目前CT在肺部通气方面的研究主要是动物实验。应用双能量CT对动物模型进行肺通气成像后，可利用双能量CT评估雾化吸入碘对比剂后局部肺通气功能[24]。CT在肺通气方面的临床应用仍处于探索阶段，已有CT通气成像技术初步应用于正常志愿者的报道[25]。Yamamoto等[26]对肺气肿患者进行了4D-CT通气成像研究，提出在肺气肿区域的4D-CT通气成像低于非肺气肿区域的通气成像的假设。Begic等[27]则认为使用SPECT进行V/P检测可以对肺栓塞患者进行随访。

2.2 灌注成像 肺部CT灌注成像是指对比剂首次通过肺循环时快速扫描获得肺组织的血流灌注状态，同时得到时间-密度曲线（TDC）及各灌注参数值，包括血流量（BF）、血容量（BV）、对比剂的平均通过时间（MTT）、对比剂峰值时间（TTP）、表面通透性（PS）等，以评价组织器官的灌注状态。目前多采用双源CT和宝石能谱CT，主要用于肺动脉栓塞的检测和疗效评价[28,29]。Zhang等[30]对于肺动脉栓塞的基础及临床研究表明双源CT评价肺实质灌注是可行的，且检测急性肺栓塞的诊断准确性高于核素肺灌注显像。Thieme等[29]也认为双源CT肺灌注成像对诊断肺栓塞具有较高的特异性（98.2%）和灵敏性（76.7%），但双源CT的视野较小，对于全肺灌注有一定局限性；而宝石能谱CT在大范围灌注成像方面亦有较好的应用前景。

肺气肿以肺内进展性不均质的灌注表现为特征，目前已用CT灌注成像定量评价COPD[31,32]，定量分析一般应用TDC曲线和CT灌注参数进行评价。COPD患者TDC曲线较正常人平直，表现为缓慢上升的过程，没有明显峰值[33]，这是因为肺毛细血管网的破坏，使对比剂扩散成为一个缓慢过程。BV、BF与血管的管径、数量、血管通畅程度有关。动物实验发现，肺血管阻力增加可引起BF、BV明显减小[34]。COPD患者由于毛细血管网破坏，通透性降低，对比剂不易经毛细血管基底膜进入组织间隙，导致COPD患者PS值明显低于正常人，但数值交叉较多，对COPD的诊断无明显价值，可能与毛细血管网的破坏程度有关[35]。COPD患者由于毛细血管破坏、重建及侧支循环形成，造成对比剂通过时间延长，导致COPD患者MTT时间高于志愿者。

全面了解COPD需要结合形态学及功能学，HRCT可以对COPD进行形态及功能评估。CT肺功能成像可对其进行定性和定量分析，能提供更多的肺部生理功能信息。探索早期COPD患者HRCT形态学及功能成像的特征性变化，对COPD的早期诊断、治疗检测及预后评估具有重要价值。

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