慢性阻塞性肺疾病的CT 应用进展

倪 虹，卢 桐

（北京市宣武中医医院①放射科，②呼吸科，北京 100050）

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是临床常见病，也是全世界慢性致残和致死的主要原因，居全球死亡原因前3 位。由于危险因素的持续暴露和人口老龄化，全球范围内COPD的负担将在未来几十年加重［1］。

美国国家心肺血液研究所、国立卫生研究院及WHO 在1998 年提出了慢性阻塞性肺疾病全球倡议（global initiative for chronic obstructive lung disease，GOLD）［1］。GOLD 认为COPD 以持续呼吸道症状和气流受阻为主要特征，通常是由于明显暴露于有毒颗粒或气体引起的气道和/或肺泡异常所导致，也受宿主因素，如肺发育异常的影响，其严重并发症可增加患者的致残率和死亡率［1］。

慢性气流受限为COPD 的主要特征，是由小气道疾病和肺实质破坏（肺气肿）混合引起的，两者随时间推移以不同速率发展，并不一定同时出现［1］。临床诊断COPD 需肺功能测定证实持续气流受限存在，如测定支气管扩张剂后第1 秒用力呼气容积（forced expiratory volume in one second，FEV1）占用力肺活量（forced vital capacity，FVC）的百分比（FEV1/FVC%）＜0.70［1］。胸部CT 检查在COPD 诊断中不作为常规推荐方法，但随着CT 技术不断发展，其可用来评估COPD 患者肺气肿、小气道病变、肺功能及伴发疾病，这些方面的应用对COPD 的临床诊治具有重要价值。

1 CT 对COPD 患者肺气肿的评估

肺气肿是一种病理状态，表现为终末细支气管远端异常持久扩大的气腔，并伴肺泡壁的破坏。最初国外学者利用胸部CT 对肺气肿进行研究，发现肺气肿的CT 图像上有极低密度不规则区域，也有整体平均密度减低区域，说明CT 对肺气肿的早期诊断和病变程度的判断有很大潜力［2］。之后有学者对肺气肿评估建立了视觉评分方法，将此系统得到的结果与肺气肿病理分级进行比较，发现CT 可有效诊断肺气肿，并对肺气肿分级［3-5］。在COPD 早期，患者无症状，临床测量通常不能反映疾病，CT 评估可为轻度肺气肿的临床诊断提供依据。CT 图像处理时可分割肺实质和定量测量肺气肿，原理是肺气肿在CT 图像上表现为低衰减区域。CT 密度测量法可定量测量肺气肿，是在肺实质中利用密度掩模并设定阈值，将所有低于阈值的体素认定为肺气肿，得出低衰减区的容积占全肺容积的百分比（low attenuation area percentage，LAA%）。目前大多数研究以-950 HU 为LAA%的阈值进行分析，认为该阈值下测量的肺气肿与疾病生理指标有显著相关性［6-8］。研究表明，对于COPD 的Ⅲ、Ⅳ期患者，LAA%区域与FEV1占预计值%呈显著负相关，说明肺气肿加重，COPD 程度越严重［9］。COPD 多变量分析研究发现，LAA%是唯一与气体转移有独立关联的CT 参数；由于气体转移是肺泡毛细血管膜破裂的一种判定方法，因而认为肺气肿与气流受限相关［8］。研究人员还发现，氧饱和度降低仅与LAA%有显著相关性，当COPD 患者氧饱和度下降＞5%时，FEV1占预计值%降低，且LAA%升高，氧饱和度降低＞5%与死亡率增加相关；多变量分析中LAA%可作为独立预测患者氧饱和度下降的指标［8］。也有学者有不同看法，认为与LAA%比较，基于局部直方图定量测量的肺气肿与COPD 相关指标（FEV1、呼吸困难评分、6 min 步行距离、过去1 年COPD发病加重次数）有显著关联［7］。另外，百分位密度测定法也可评估肺气肿，是将在肺密度衰减分布曲线图中选取的百分位点与其所对应的密度值作为参数进行肺气肿程度测定，多取15%位点为阈值［10］。由于α1-抗胰蛋白酶缺乏会引发肺气肿，WHO 建议COPD 患者应筛查此指标。α1-抗胰蛋白酶相关研究认为，取15%位点是对肺气肿进展评估最有力的测量方法［11］，并证实，15%位点为阈值时，α1-抗胰蛋白酶抑制剂对减慢肺气肿进展有效果［12］。

目前，对肺气肿的评估尚无形成共识，不同研究采用的方法不同，CT 定量评估肺气肿相对于视觉评估方法存在变异情况，无法描述肺气肿的特征，如肺气肿的亚型（如中心型、全小叶型）；而且视觉评估肺气肿的严重程度，对描述肺实质伴随的病理变化有优势［13-14］。

2 CT 对COPD 患者小气道疾病的评估

直径＜2 mm 的小气道病变会使气流阻力增加，被认为是COPD 发展的早期阶段［15-16］，此阶段应尽早干预才能减缓肺气肿的进展。

有学者研究发现，使用CT 测量相对较大的气道可间接反映同一肺组织内小气道情况，以判定COPD气道阻塞位置［17］。还有学者利用呼气相CT 扫描，认为图像中CT 值＜-856 HU 的区域为气体潴留［18］，但并不能明确区分小气道疾病和肺气肿。为能较好区分这两者，有学者使用参数响应图谱方法［19-20］，该方法不同于传统定量CT 测量，是基于体素的呼、吸气双相肺密度变化的CT 定量分析方法，由于肺气肿的体素在吸气和呼气CT 图像上的衰减值都很低，而功能性小气道疾病患者在呼气时会有过度气体潴留，呼气扫描图像上会出现低于预定的衰减值，通过图像处理后在薄层色谱检查时能够有效鉴别出功能性小气道疾病（functional small airways disease，fSAD）和肺气肿的区域［20］。近期有研究者用参数响应图谱分析基线功能性小气道疾病，发现该病与5 年后肺气肿发病率有独立相关性，fSAD 可能为正常肺至肺气肿之间的过渡阶段［21］。而fSAD 转变为肺气肿是比较缓慢的过程［22］，如果早期不加以控制，后期可能导致肺组织破坏。参数响应图谱方法预测COPD 进展有较好的敏感性，肺功能检测可能无法达到。

显微CT 是一种用于评价肺微结构的先进成像技术，其分辨率可达16 μm，而标准多探测器CT（multidetector CT，MDCT）的空间分辨率为0.6～1.0 mm，这使得显微CT 从解剖学上识别终末细支气管成为可能，可在已知体积的肺组织样本中计算每毫升终末细支气管的数量，从而计算出肺对应的终末细支气管总数。有研究利用显微CT 对COPD 患者的终末细支气管进行观察，发现广泛终末和终末前细支气管在肺气肿前已出现破坏，且在肺气肿前已出现FEV1下降快；在药物治疗试验中FEV1下降未能逆转也是因为大量终末细支气管已被破坏［23］。这表明破坏始于疾病早期阶段，提示尽早治疗可有效防止疾病进展。

3 CT 对COPD 患者气道壁的评估

气道壁重塑机制和细胞因子会导致COPD 患者持续气流受限，有研究证实气道壁组织增厚与COPD进展密切相关［24］。衡量气道壁厚度的指标Pi10 是假定管腔周长为10 mm 的气道壁面积的平方根。利用Pi10 衡量的COPD 患者气道壁厚度与正常对照组比较明显增厚［25］。也有研究得到不同结果，只是在极重度和重度COPD 2 组间比较气道壁厚度有差异，与正常对照组比较无显著变化［8］。在有或无COPD 的吸烟者中Pi10 衡量的气道壁厚度值显著增加，5 年随访期内戒烟者Pi10 显著降低，说明Pi10 也可为判断与吸烟相关的气道壁厚度的长期变化提供帮助［26］。有研究用Pi10 和低衰减容量百分比（low attenuation volume percentage，LAV%）对气道壁增厚和肺气肿进行量化评估，其将COPD 分为4 种影像学表型，为正常、气道主导表型、肺气肿主导表型及混合表型，相比其他表型，肺气肿和气道疾病混合表型患者有更严重的气体潴留和呼吸困难，且此型患者患病时间长，肺部结构发生变化，导致住院频繁，需更加关注，在纵向研究中还发现混合表型患者生存期最短［27］。利用定量CT 对COPD 表型划分，有助于评估患者COPD 严重程度，对临床治疗方案选择有指导意义。在重建图像中可直接测量肺段支气管的管壁及管腔，所得到的支气管管腔面积和横截面积，可计算壁面积百分比（wall area percent，WA%），通过管腔直径及截面外环直径可得到管腔壁厚和截面外环半径，计算管壁厚度与截面外环半径比值（thickness-todiameter ratio，TDR）。近年来国内研究发现，COPD程度加重，WA%、TDR 值越高，表明气道壁增厚明显，管腔狭窄，导致气体潴留程度加重，并且WA%、TDR 均与FEV1、FEV1/FVC%呈负相关，与残气容积/肺总量（ratio of residual volume to total lung capacity，RV/TLC）呈正相关，提示支气管壁增厚越明显，患者肺通气、换气功能越差［28］。这些定量参数可进一步为COPD 严重程度提供临床诊断依据。还有研究者提出气道与肺容积的比例，即气道容积百分比（airway volume percent，AWV%）可作为阐明COPD 患者气道与肺相互作用的CT 指标，即患者肺容积较大，但气道树小，可导致气流阻塞和气体潴留，认为使用气道容积评估气道大小比管腔面积更合理［29］。

4 CT 对COPD 患者肺功能及并发症的评估

COPD 具有不可逆性气流受限的特点，肺功能检查仍为常规检查方法。在COPD 肺功能评估中CT也逐步得到应用，其既可区分肺与其他组织，又有定位定量优势，且无创、操作简单。很多研究将不同的CT 测量指标与肺功能检查结果行相关性分析，得出的结论也说明CT 测量指标能够反映肺功能的改 变［29-34］。

单变量和多变量研究分析表明，AWV%、LAV%对FEV1占预计值%和RV/TLC 的影响大；此外，AWV%和LAV%的统计模型比AWV%或LAV%的模型对FEV1占预计值%的影响更大［29］，说明这2 种指标可反映气道和肺容积的变化对COPD 患者肺功能的影响。研究者也提到了肺发育异常的因素，早期肺发育不良使得气道和肺相互关系异常与肺功能有关，研究发现较低的AWV%与较低的FEV1及较高的RV/TLC 有关，说明很可能是肺生长异常所致［29］。气道树小和肺容量大并存是否与COPD 发病相关，需进一步研究验证。定量CT 参数可作为评估COPD 患者肺功能损伤程度的依据。近期有研究利用吸、呼气双相定量CT，对全肺、左右肺及两肺上下区域进行肺气肿及空气潴留异质性指标的测量，并计算出相应值，认为呼气相空气潴留异质性更能反映COPD 患者肺功能，空气潴留分布均匀比分布不均的患者肺功能差［30］。利用胸部CT 测量膈肌长度、面积等可对COPD 患者肺功能进行评估，随着COPD 病情加重，膈肌长度、面积等的测量值减小，表明患者膈肌功能异常，膈肌功能异常会致患者肺功能异常［31］。

COPD 并发症严重影响患者生活质量，为减少其发生和延缓加重，利用CT 定量测量可使临床给予早期干预。肺动脉高压是指平均肺动脉压＞25 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa），是COPD 相对常见和重要的并发症。肺动脉高压使COPD 患者病情恶化风险增加，并与预期寿命缩短相关，进而导致高死亡率［32］。有研究发现，肺动脉直径≥30 mm 及肺动脉与升主动脉直径之比＞1 时肺动脉高压发生率较高［32］，说明肺动脉和升主动脉直径可用于早期肺动脉高压测定。COPD 患者常伴发轻中度肺动脉高压，此时肺小血管先出现变化，肺大血管未发生明显变化，小血管截面积与肺截面积比值可评估其严重程度［33］，可提示临床在肺动脉高压早期进行治疗。骨质疏松也是COPD 常见的并发症，常引起脆性骨折，影响患者生活质量。CT 通过观察T6～L1椎体CT 值可预测COPD 患者可能伴有的骨质疏松，使临床早发现并干 预［34］。

总之，在COPD 研究中，CT 的应用可更加有效地对肺实质、气道壁细微变化、肺功能及并发症进行评估，有助于根据患者情况更好地进行早期干预和相应治疗。