慢性阻塞性肺疾病影像诊断研究进展

1、慢性阻塞性肺疾病影像诊断研究进展慢性阻塞性肺疾病（chronicobstructionlungdisease,COPD）是一种常见的可以预防和治疗的疾病，其特点是持续的呼吸道症状和气流受限，与大量接触有毒颗粒或气体，气道和肺对有害刺激的慢性炎性反应有关。COPD的诊断通常依据肺功能检查（pulmonaryfunctiontest,PFT）时存在持续性气流受限而确诊，但在诊断明确的病人中只有不足40%的人做过PFT，而且PFT不能区分COPD不同病理生理因素，包括肺气肿、气道炎症和小气道破坏等。近年来通过胸部定量CT对肺实质破坏、肺气肿直接征象、支气管壁增厚和空气潴留等的量化分析为COPD的定位

2、、定量、预后和分型提供了依据，进而为临床治疗提供更多的方案。1.定量CT应用于评估COPD异质性定量CT应用于COPD的诊断是以CT为基础，通过定量测量实现肺气肿的量化，作为一种无创性定量评估肺功能的手段，已成为评价COPD病情严重程度的一种新方法。目前肺功能测定是COPD诊断和严重程度分期的金标准，测定的指标主要包括第1秒用力呼气容积（forcedexpiratoryvolumeinonesecond,FEV1）、肺活量（forcedvitalcapacity,FVC），以及这两者的比值（FEV1/FVC）等。定量CT越来越多地被用于COPD的诊断、量化和分型。定量CT通过测定气道壁厚度（w

3、allthickness,WT）、低衰减区面积百分比（lowattenuationarea%,LAA%）、气道壁面积占气道总面积百分比（WA%）、内周长为10mm处气道面积的平方根（Pi10）等量化COPD病人的支气管壁厚度、气管内黏液、肺密度变化、支气管扩张等。WT、Pi10、LAA%以及WA%可以预测气流阻塞的发展，其测量值的增大与FEV1、FVC及FEV1/FVC的减小存在明显的相关性。定量CT与肺功能测定相结合有利于全面揭示COPD的特征。随着多平面重组技术的出现，对矢状面肺高度（从肺尖到膈顶的高度）、前后径最宽处的距离、膈顶的高度、胸横膈前角（横膈前缘与前胸壁的夹角）等的测量可以发现

4、横断面上难以识别的肺膨胀特征，在一定程度上提高了CT作为COPD诊断工具的准确性。COPD是一种高度异质性疾病，主要为小气道疾病（smallairwaydisease,SAD），通常以炎症、纤维化和黏液阻塞为特征，这些气道直径2mm，在常规CT上通常无法显示，肺功能检查也只能从整体上体现肺功能的异常；而定量CT可以间接和直接评估SAD，一般以-856HU为阈值，呼气相上低衰减区域的CT值-856HU提示存在SAD，这种间接评估SAD程度的方法简单直观。CT的参数响应图（parameterresponsemapping,PRM）是一种影像匹配的应用，通过逐个体素匹配吸气和呼气影像，以检查吸气和呼

5、气影像之间的密度差异。根据代表肺气肿（吸气时CT值为-950HU）和空气潴留（呼气时CT值为-856HU）的常用固定CT密度阈值对个体体素进行分类，PRM分为2个亚型：既有肺气肿又有空气潴留、单纯的空气潴留；此种分型有助于区分肺气肿或SAD导致的空气潴留。从早期基于密度阈值的空气潴留指标可以看出，PRM测量与肺功能密切相关。Bhatt等在一项研究中也证实了这一点，表明其与肺功能尤其是FEV1的下降有关。PRM可以量化受SAD影响的肺实质，个体体素表现为黄色的区域代表SAD，可以很好地与绿色的正常区域和红色的肺气肿区域分开。但是，由于在连续扫描中可能存在非病理变化，因此PRM可能存在变异性。为了

6、降低变异性影响，提高诊断准确性，近年Fernandez-Baldera等通过对纵向CT扫描可变性建模，识别在体素水平PRM的移位，使高达15%的变异性降至1%。Hoff等采用拓扑技术将3DPRM生成具有局部拓扑特征的3D影像，计算功能性SAD表面积，应用于随访时可以提早发现COPD病人存在的潜在性问题。因此，PRM作为肺功能下降和COPD严重程度的诊断和预后指标，可以提供肺气肿和SAD分布的空间信息，并随着其变异性的减低，提高了诊断敏感性。对于COPD分型，目前多应用CT影像特征或定量CT来评估，而当肺气肿的程度不足以表现为肺密度显著减低，或即使出现密度下降，也被与吸烟相关的肺部炎症伴随的肺密

7、度增高所掩盖时，定量CT上仅可见肺气肿但不能定量，并且由于肺密度受多种因素影响，具体量化数值也很难确定。现在一般使用-910HU和-950HU来分别量化轻度和重度肺气肿，并通过组织病理学验证了这2个阈值。CT影像特征基于诊断医师的个体性差异，只能提供有关肺气肿分布的信息，不能定量评估肺气肿严重程度。Park等提出可以将CT影像特征与定量CT评估相结合，将COPD细分为无肺气肿或气道异常、间隔旁肺气肿、支气管气道疾病、小气道疾病、轻度小叶中央型肺气肿、中度至重度小叶中央型肺气肿（上叶为主）、中度至重度小叶中央型肺气肿（下叶为主）、中度至重度小叶中央型肺气肿（弥漫型）、不协调的视觉肺气肿、不协调的

8、定量肺气肿10种亚型，这种分型反映了COPD不同的病理过程，证明了其高度异质性，为COPD的重新分类提供了一种有效方法。此外，这些亚型与组织学数据之间的结合评估，可能有助于进一步研究COPD不同亚型的发生机制。2.COPD4D动态通气CT测量COPD病人因肺组织失去正常网状结构而导致肺气肿，肺顺应性亦下降，导致在呼吸周期中肺运动不均匀传递。此外，肺气肿和气道病变的异质性分布也加剧了通气时肺运动的异质性。近年来，基于静态成像的基础，动态通气CT脱颖而出，其可以连续采集数据，通过划定一个具有固定体积的球形兴趣区，并在整个动态CT扫描中跟踪兴趣区的中心点，连续测量肺密度变化。通过测定5个肺叶（右上、

9、右中、右下、左上、左下）的平均肺密度（meanlungdensity，MLD），然后绘制6对肺叶（右上-右下、右上-右中、右中-右下、左上-左下、右上-左上、右下-左下）的MLD时间-密度曲线，分析得出在严重的COPD病人中，左右肺和肺叶间呼吸运动的同步性是有限的甚至是丧失的，进一步证实了左右肺以及不同肺叶之间肺运动的异步性。应变测量是心脏成像中常见的评价心脏运动的方法，将应变测量应用于4D动态CT观察肺运动较少见。整个肺部存在2种不同类型的变形，一种是吸入/呼出引起正常的肺变形，通常出现于呼吸运动幅度大的肺区，如毗邻膈肌的肺底部及仰卧位时的肺背侧；另一种则是由于COPD导致的不均匀通气引起的

10、异常区域变形。引起肺不均匀通气是因为肺组织的力学性质，主要由胶原纤维和弹性纤维决定。正常情况下持续呼吸下的压力均匀地传递到整个肺。COPD病人除了失去肺弹性后坐力外，肺气肿的不均匀分布和胸廓结构的异常（如狭窄/塌陷的气道和扁平的横膈膜）可引起呼吸时肺部物理应力的异步传递，最终导致不均匀的肺运动。这种异步传递可以通过采集连续正常呼吸状态下动态通气CT影像，进一步后处理得到的红色高应变区显示。应变测量应用于4D动态通气CT对于各种肺及气道疾病引起的肺运动异常具有一定的临床意义。有研究报道，配对的吸气及呼气扫描、增强及超极化氦/氙MRI可显示COPD病人肺内血流和气体的不均质性分布。由于肺内血流和气

11、体的不均质分布会导致肺内容积的变化，MLD与肺容积之间具有强正相关性，因此MLD的变化可以替代动态通气时肺容积的变化。Nagatani等通过4D动态通气CT连续定量测量吸烟和COPD病人侧位主支气管面积及MLD发现，在严重的气流受限病人中呼气早期主支气管管腔塌陷，近端气道与肺之间的同步性降低，同时同步性降低与气流受限的严重程度相关，进一步证实主支气管面积和MLD可用于预测COPD病人气流受限的严重程度。应用4D动态通气CT测量可以量化肺气肿，为COPD早期诊断提供了另一种依据，同时也可以预测COPD的严重程度。3.COPD支气管定量分析由于COPD持续性气流受限导致肺内空气滞留，肺容量发生一定

12、的变化，而随着肺容量的变化，气管支气管的角度也会发生变化。Onoe等研究发现气管与左主支气管、左主支气管与右主支气管的角度在呼气时与肺容积显著相关，左主支气管与右主支气管、气管与左主支气管角度变窄提示气流受限更严重、肺气肿范围更大。COPD病人由于慢性炎症刺激和气道重塑会导致气道壁增厚，气道壁增厚在吸气性胸部CT中很容易量化。既往研究表明肺气肿、支气管扩张剂反应及总肺活量对气道壁增厚有影响。Charbonnier等在线性回归和混合模型分析中调整了这些影响气道壁增厚的因素，对有或无吸烟的COPD病人定量测量Pi10并随访5年，发现吸烟受试者的Pi10显著增加，戒烟受试者的Pi10显著下降。Pi1

13、0随吸烟状态的变化表明其可以量化吸烟相关性气道炎症的可逆性，同时也是COPD存在与否和严重程度的独立预测因子。既往COPD的PFT只能从总体上评估病人的肺功能，可能受病人本身配合欠佳等客观因素影响，支气管定量测量评估COPD可以很好地避免这些缺点，测定的指标主要包括三级和四级支气管的管腔面积（LA3rd、LA4th）、支气管壁厚度（WT3rd、WT4th）、WA%以及Pi10等。Hackx等研究发现COPD病人WT3rd、WT4th和Pi10与正常对照组存在显著差异，并且对不同时间段（早上8点和下午4点）支气管测量及肺功能测定的结果进行了比较，结果表明LA3rd、LA4th变异性大于肺功能测定

14、变异性。总之，支气管定量分析为临床诊断COPD提供了另一种思路。4.COPD通气与灌注显像CT肺通气与灌注显像单独应用于COPD研究较少。单光子发射体层成像（SPECT）联合CT（SPECT/CT）是一种融合成像技术，实现了功能成像与形态学成像的结合，提高了诊断的敏感性和特异性，因而在临床中普遍应用。COPD急性加重（acuteexacerbationsofCOPD,AECOPD）严重影响病人的生活质量，其原因与呼吸道感染密切相关。有研究发现放射性核素检测到的唾液吸入引发的吸入性肺炎也是AECOPD的常见原因，SPECT/CT可以准确地判定唾液吸入的位置，其价值在于可以鉴别其他原因引起的肺炎，

15、进而对反复发生AECOPD的病人预防性防误吸，提高病人的生活质量。通气/灌注（ventilation-perfusion,V/Q）SPECT不仅可以诊断肺栓塞，也可以显示COPD病人的通气和灌注状态，其与CT结合还有助于鉴别可疑的肺恶性肿瘤，因为COPD病人更易患肺恶性肿瘤。超极化氙-129（hyperpolarizedxenon-129,HPX）MRI是一种新的成像方法，可以对组织和血液的通气和气体吸收进行三维区域成像，通过单一屏气识别肺部生理的多种变化，同时与灌注MRI、CT互为补充，更加全面显示肺部生理变化。Doganay等比较了HPXMRI、V/QSPECT/CT和CT对COPD病人肺

16、通气显像情况，发现HPXMRI肺叶相对通气百分率与SPECT通气和灌注百分率有很强的相关性，全肺HPX百分比通气量与肺功能测定相关，并且优于全肺CT百分比肺气肿评分。因此，HPXMRI与V/QSPECT/CT互为补充应用于临床，可以更全面清楚地了解COPD病人肺部生理变化，进而更有利于指导治疗、改善预后。5.COPD相关血管分析COPD各种常见并发症中，肺动脉高压发病率最高，严重的肺动脉高压如不进行临床干预可能会危及生命，因此早期诊断对于病人预后相当重要。既往研究发现肺动脉高压与主肺动脉（mainpulmonaryartery,MPA）轴向CT测量的直径存在相关性。Rho等应用CT定量测量大血管直径，以此判定COPD病情是否加重。通过横断面及多平面重组影像证实中段及肺动脉分叉处MPA与升主动脉直径比值的升高与COPD病情恶化有显著的相关性，该研究采用多平面（冠状面及斜冠状面）测量，同时肺动脉测量采用中段的MPA及肺动脉分叉2个点，使研究结果更具有代表性。肺动脉高压除了表现为MPA直径的增宽，同时也会对右肺动脉直径、左肺动脉直径产生影响，其直径与COPD合并肺动脉高压的分级存在强相关性。血管重塑是肺动脉高压的特征性表现，常累及肺小血管，肺动脉高压病人会出现肺小血管扩张，导致肺血管内径与伴行支气管内径的比值增加，CT可以通过