CT定量評(píng)估肺氣腫的研究現(xiàn)狀

1、CT定量評(píng)估肺氣腫的研究現(xiàn)狀肺氣腫的特點(diǎn)是指肺終末細(xì)支氣管遠(yuǎn)端異常持久擴(kuò)張，伴有肺泡壁和細(xì)支氣管破壞，而無(wú) 明顯的肺纖維化，常合并慢性支氣管炎及支氣管哮喘發(fā)生，是慢性阻塞性肺疾病的重要表型及導(dǎo)致肺動(dòng)脈高壓、肺癌發(fā)生的關(guān)鍵。定量CT為肺氣腫的評(píng)估提供了更多的選擇， 相比于常規(guī)肺功能檢查能夠評(píng)估肺氣腫的嚴(yán)重 程度，提供肺氣腫的空間分布、 定位及局部損傷信息， 有利于臨床對(duì)肺氣腫的早期發(fā)現(xiàn)與診 斷、監(jiān)測(cè)疾病進(jìn)展并開(kāi)展個(gè)性化治療。本文就肺氣腫的CT定量評(píng)估現(xiàn)狀及展望展開(kāi)綜述。1 .肺氣月中的病理分型及影像表現(xiàn)根據(jù)肺氣腫受累部位的不同，病理上常將其分為小葉中心型、全小葉型及間隔旁型。1.1 小葉中心型肺

2、氣腫(centrilobular emphysema , CLE)CLE為最常見(jiàn)的肺氣腫類(lèi)型，多由吸煙引起，有研究表明，吸煙合并CLE者較不患有肺氣腫者具有更高的吸煙量。CLE病理上主要表現(xiàn)為累及小葉中央的呼吸細(xì)支氣管的異常擴(kuò)張， 而不累及小葉周?chē)姆闻莨?、肺泡囊和肺泡。在高分辨率CT (HRCT)上，CLE多以?xún)煞紊先~分布為主，表現(xiàn)為多發(fā)無(wú)壁的低密度區(qū)，小葉中心動(dòng)脈位于低密度區(qū)中央，周?chē)徽７谓M織包繞。1.2 全小葉型月氣腫(panlobular emphysema , PLE)PLE最常見(jiàn)于a 1-抗胰蛋白酶缺乏癥者， 由“1-蛋白酶抑制劑的常染色體隱性缺陷導(dǎo)致。PLE病理上主要表現(xiàn)為肺

3、小葉的彌漫性損害，即異常擴(kuò)張無(wú)選擇性地累及整個(gè)肺小葉。 HRCT表現(xiàn)為均勻的肺實(shí)質(zhì)減少，肺血管稀少，常無(wú)局灶性透亮區(qū)或肺大泡，主要以下葉分布為主。有研究發(fā)現(xiàn)，與無(wú)肺氣腫人群相比，PLE具有更低的體重指數(shù)，這可能與a1-抗胰蛋白酶缺乏有關(guān)。1.3 間隔旁型肺氣腫(paraseptal emphysema , PSE)PSE主要表現(xiàn)為遠(yuǎn)端腺泡的選擇性破壞，小葉間隔完整，多位于胸膜下、葉間裂周?chē)?。HRCT上常表現(xiàn)為鄰近胸膜的低衰減區(qū)，多發(fā)成排，呈邊界清楚的薄壁囊腔，無(wú)肺的結(jié)構(gòu)扭曲及其他纖維化，以中上肺分布為主。PSE可與CLE、PLE共存，其中與 CLE為肺氣腫最為常見(jiàn)的合并類(lèi)型。目前，PSE的病理

4、機(jī)制尚不明確，但有研究表明，PSE具有性別傾向，多發(fā)生于男性。2 .肺氣月中影像學(xué)定量評(píng)價(jià)現(xiàn)階段臨床上主要通過(guò)肺功能檢查(PFT)實(shí)現(xiàn)肺氣腫的診斷和療效評(píng)估，但PFT不能反映局部肺功能損害程度、肺氣腫空間分布以及存在對(duì)輕度肺氣腫檢測(cè)靈敏度較低的局限性。HRCT空間分辨率可達(dá)到大體病理程度，不僅能實(shí)現(xiàn)肺氣腫分布可視化，而且可定量評(píng)估局部損傷程度，是當(dāng)前定量評(píng)估肺氣腫的重要手段。2.1 主觀視覺(jué)評(píng)估早期CT評(píng)估肺氣腫主要基于影像醫(yī)師對(duì)圖像的主觀定性評(píng)價(jià)以及通過(guò)視覺(jué)評(píng)分法進(jìn)行半定量分析。1982年，Goddard等建立視覺(jué)評(píng)分法，根據(jù)肺部區(qū)域的血管分布及低衰減范圍對(duì)肺氣腫進(jìn)行半定量評(píng)定和分級(jí)。Ber

5、gin等利用視覺(jué)評(píng)分法將 CT圖像與病理標(biāo)本行半定量相關(guān)分析，證實(shí)了視覺(jué)評(píng)價(jià)肺氣腫與病理結(jié)果具有良好的相關(guān)性。然而，Bankier等均在主觀法評(píng)估肺氣腫患者的研究中發(fā)現(xiàn)，主觀視覺(jué)評(píng)估會(huì)引起肺氣腫過(guò)度估計(jì)，且觀察者和觀察者間一致性低。由此，主觀視覺(jué)評(píng)估由于主觀性強(qiáng)、可重復(fù)性差、對(duì)彌漫性肺部病變敏感度有限等缺點(diǎn)，對(duì)肺氣腫評(píng)價(jià)存在局限。2.2 客觀定量評(píng)估隨著容積CT數(shù)據(jù)后處理技術(shù)完善，由國(guó)際 QIBA組織建立、推動(dòng)，國(guó)際 ECLIPSE、COPDGeneTM、SPIROMICS以及國(guó)內(nèi)“數(shù)字肺 TM ”等多中心研究相繼開(kāi)展了CT定量評(píng)估肺氣腫的相關(guān)研究，涌現(xiàn)了諸如閾彳1法、百分位法、平均肺密度、D

6、值法、紋理分析、容積測(cè)定法、PRM等分析手段，其中最常用的為閾值法、百分位法。閾值法也稱(chēng)密度屏蔽(density mask ),即將低于某特定閾值的低衰減區(qū)定義為肺氣腫區(qū)，由計(jì)算機(jī)計(jì)算低衰 減區(qū)占全肺容積的百分比( the percentage of low attenuation area , LAA% )。Muller等通過(guò)10mm 層厚且行對(duì)比劑增強(qiáng)掃描的CT圖像進(jìn)行定量分析，得出 910HU閾值下的結(jié)果與相應(yīng)病理層面組織具有很好相關(guān)性，但定義肺氣腫區(qū)域的閾值會(huì)因掃描儀、層厚以及對(duì)比劑的使用等因素不同而產(chǎn)生變化。Gevenois等采用1mm 層厚對(duì)患者行無(wú)對(duì)比劑掃描，在900970HU閾

7、值范圍內(nèi)對(duì) HRCT圖像進(jìn)行定量評(píng)估，并利用病理標(biāo)本 先后在宏觀及微觀水平發(fā)現(xiàn)-950HU與病理結(jié)果有較好的相關(guān)性，是HRCT評(píng)估肺氣腫較理想閾值。Wang等分析573例慢性阻塞性肺氣腫（COPD ）患者層厚為0.625mm 的圖像，亦證明 -950HU可作為CT定量診斷肺氣腫的理想閾值。 由此，950HU可作為基于薄層掃描的HRCT評(píng)估肺氣腫的理想閾值，當(dāng)前的肺氣腫研究也多采用此閾值。夏亭亭等分別利用一950HU評(píng)彳t COPD患者肺氣腫，發(fā)現(xiàn)其與 PFT結(jié)果具有較好相關(guān)性。Wei等證實(shí)肺氣腫嚴(yán)重程度與患者發(fā)作頻率成正相關(guān)。但近年來(lái)隨著低劑量CT掃描技術(shù)普及，-950HU是否還是低劑量CT圖

8、像的最佳閾值，有待研究考證。Gould等首次提出了百分位法，即通過(guò)計(jì)算肺像素頻率直方圖上某百分位數(shù)下所有像素的密度值評(píng)估肺氣腫程度。Dirksen等通過(guò)“ 1-抗胰蛋白酶缺乏癥替代療法的隨機(jī)臨床試驗(yàn)研究，提出了第15個(gè)百分位數(shù)閾值（Perc.15% ）最能反映肺氣腫程度。由于受圖像噪聲影響小，Perc.15%較多應(yīng)用于肺氣腫的縱向研究中。Stolk等通過(guò)對(duì)78例肺氣腫患者及76名健康對(duì)照者的比較研究中，提出 Perc.15%可作為 縱向評(píng)估肺氣腫程度和肺減容術(shù)（LVRS）療效的替代標(biāo)記。 Coxson等通過(guò)使用隨機(jī)系數(shù)模型對(duì)1928例COPD患者進(jìn)行隨訪研究，證實(shí) Perc.15%縱向變化可作

9、為 COPD患者疾 病發(fā)生發(fā)展獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)。 此外張迪等也證實(shí) Perc.15%是評(píng)價(jià)COPD患者肺氣腫程度較為理想的手段。平均肺密度法(mean lung density , MLD )通過(guò)計(jì)算包含在 3D-Lung 中每一個(gè)像素密度之和除以像素總數(shù)可有效評(píng)估全肺密度及肺氣腫，李而周等通過(guò)對(duì)不同病理類(lèi)型肺氣腫和正常肺的CT圖像進(jìn)行肺密度測(cè)量，結(jié)果表明 MLD能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)及區(qū)分不同類(lèi)型肺氣腫，對(duì)肺 氣腫的定性、定位及分型診斷具有較高價(jià)值。但 MLD對(duì)局灶性肺氣腫不如彌漫性肺氣腫敏感，故研究中MLD常結(jié)合百分位法使用。D值法通過(guò)計(jì)算LAA%950的累積頻率大小分布的雙對(duì)數(shù)曲線的斜率(D)來(lái)表示肺氣

10、腫的相對(duì)大小。Mishima等發(fā)現(xiàn)LAA%正常的吸煙人群較不吸煙人群具有更低的D值，指出D值法可敏感探測(cè)早期肺氣腫。然而，Madani等發(fā)現(xiàn)D值法與肺氣腫的宏觀及微觀指數(shù)不具有相關(guān)性，病理有效性還有待驗(yàn)證。隨著HRCT技術(shù)的發(fā)展，基于HRCT的紋理定量分析方法被提出，Park等對(duì)261例直徑為16像素的肺部圓形感興趣區(qū)進(jìn)行定量分析，結(jié)果表明基于紋理分 析方法定量肺氣腫較基于密度方法與肺功能有更好的相關(guān)性，這種方法可更好地用于肺氣腫的HRCT局部及全局評(píng)估。目前也有研究利用肺容積測(cè)定法評(píng)估肺氣腫，容積測(cè)定參數(shù)與肺功能參數(shù)間具有較好的相關(guān)性。肺氣腫與空氣潴留(air trapping , AT)的

11、鑒別：肺氣腫的定量方法隨著 CT及計(jì)算機(jī) 技術(shù)的發(fā)展不斷更新， 但常規(guī)用于定量肺氣腫的參數(shù)多是基于單次吸氣下測(cè)量獲得，無(wú)法準(zhǔn)確區(qū)分肺氣腫和 AT。Galban等首次提出了 PRM方法，通過(guò)配準(zhǔn)吸氣末、呼氣末雙氣相圖像，實(shí)現(xiàn)了體素級(jí)區(qū)分 AT、肺氣腫的目的。梁志冉等利用B樣條結(jié)合仿射變換配準(zhǔn)法（BSAT）實(shí)現(xiàn)體素級(jí)、呼雙氣相 CT配準(zhǔn)，證實(shí) 主觀無(wú)癥狀正常人群存在一定程度的肺氣腫和 AT。此外，張迪等也分別利用雙氣相 CT圖 像評(píng)估了 COPD和吸煙人群AT與肺氣腫程度和分布?？傊?，肺氣腫的CT客觀定量評(píng)估較主觀視覺(jué)評(píng)估具有更高的可重復(fù)性，與病理及肺功能相 關(guān)性好，并且對(duì)于早期肺部病變更敏感，能

12、夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)全部及局部肺部改變做出有效評(píng)估，有利于肺氣腫患者的精確診斷、開(kāi)展個(gè)性化治療及預(yù)后評(píng)價(jià)。2.3 定量評(píng)估的影響因素定量評(píng)估具有諸多優(yōu)勢(shì)，但基于CT評(píng)估肺氣腫在數(shù)據(jù)采集、重組及后處理分析等環(huán)節(jié)存在掃描層厚、劑量、重組算法等影響因素，影響了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，制約了其推廣使用。掃描層厚：Madani等在不同層厚對(duì)肺氣腫定量參數(shù)影響的研究中發(fā)現(xiàn)，LAA% 960和LAA% 970值在層厚由1.25mm 到10mm 之間均存在 2%的差異，就 Perc.1% 而言存在 25HU 的差異，且隨層厚增加，肺氣腫程度被低估。另有研究表明利用閾值法量化肺氣腫，肺氣腫程度會(huì)隨著層厚變薄而呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，

13、且這種趨勢(shì)會(huì)隨閾值增加而減弱，故而在肺氣腫的橫向或縱向研究中應(yīng)使閾值及掃描層厚保持一致。掃描劑量：有關(guān)掃描劑量對(duì)肺氣腫定量的影響至今還未有定論，不同的研究有不同的結(jié)果。Yuan等研究發(fā)現(xiàn)，高劑量與低劑量在肺密度法定量肺氣腫時(shí)存在差異，低劑量掃描下定量的肺氣腫程度較高劑量高。而Madani等則發(fā)現(xiàn)，輻射劑量的高低對(duì)于肺氣腫的 CT定量參數(shù)和組織病理學(xué)參數(shù)的相關(guān)性不存在影響，在吸氣相CT定量肺氣腫時(shí)可將掃描條件降至20mAs。重組濾波：重組濾波類(lèi)型會(huì)影響肺氣腫的定量結(jié)果。Boedeker等利用過(guò)增強(qiáng)、銳化、標(biāo)準(zhǔn)及平滑等算法研究不同重組濾波對(duì)CT定量肺氣腫的影響，結(jié)果表明高分辨率濾波會(huì)引起肺氣腫的高

14、估。其他研究也表明不同重組算法對(duì)肺氣腫定量結(jié)果影響不同，故而在進(jìn)行肺氣腫定量研究時(shí)應(yīng)使重組濾波保持一致。呼吸容積： Madani等研究發(fā)現(xiàn)，患者不同吸氣水平會(huì)引起肺氣腫定量結(jié)果產(chǎn)生差異，吸氣容積達(dá)不到最大水平會(huì)低估肺氣腫。為避免呼吸容積不同對(duì)肺氣腫量化造成影響，可通過(guò)使用呼吸量計(jì)對(duì)患者屏住呼吸時(shí)肺容積進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和測(cè)量；放射技師在掃描前對(duì)患者進(jìn)行準(zhǔn)確的呼吸訓(xùn)練，使呼吸容積在掃描期間達(dá)到期待值。年齡及吸煙情況：Coxson等研究表明，隨受檢者年齡及年吸煙量增加，Perc.15%明顯減小。Ashraf等在橫斷面研究中觀察到當(dāng)前吸煙者與戒煙者肺密度的差異與戒煙后數(shù)年肺密 度的變化密切相關(guān)，吸煙情況對(duì)肺密度存在較大影響。因而在利用CT肺密度評(píng)估肺氣腫時(shí)，應(yīng)將受檢者的吸煙情況加以考慮。就定量分析的影響因素而言，在保證受試者配合度及充分考慮年齡