呼吸门控定量CT评价早期小气道病变所致的空气残留
作者：刘芳 韩萍 冯敢生
单位：刘芳(430022 武汉，华中科技大学同济医学院附属协和医院CT室)；韩萍(430022 武汉，华中科技大学同济医学院附属协和医院CT室)；冯敢生(430022 武汉，华中科技大学同济医学院附属协和医院CT室)
关键词：小气道；肺密度；计算机断层
临床放射学杂志000906 【摘要】 目的 探讨呼气末定量CT对早期小气道病变的诊断价值。 材料与方法 病例组及对照组在10%肺活量(VC)和90%VC呼吸水平下于隆突层、隆突上、下各5cm处行HRCT扫描。用定量指标分析结果及与临床肺功能的相关性。 结果 病例组在呼气末图像上发现有空气残留，而吸气末正常。10%VC时病例组与对照组定量指标有极显著性差异，90%VC时无显著性差异。定量指标与肺功能指标相关性良好。 结论 呼气末定量CT是早期小气道病变的灵敏、准确、客观、可重复性好的检查方法，是临床肺功能检查的补充。
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Assessment of Air Trapping due to Early Stage Small Airway Diseases with Spirometrically Controlled Quantitative CT
LIU Fang, HAN Ping, FENG Gansheng.
(Department of Radiology, The Affiliated Union Hospital, Tongji Medical University, Wuhan, Hubei Province 430022, P.R.China)
【Abstract】 Objective To determine whether the end-expiratory quantitative CT has value in detecting early stage small airway diseases. Mate-rials and Methods Spirometrically gated HRCT scanning at carina, 5cm above and 5cm below carina at 100%VC and 90%VD was performed in patients and controls. Quantitative parameters were derived from the CT data. The results were correlated with pulmonary function tests (PFTs). Results Expiratory scans showed evidence of air trapping, when inspiratory scan and PFTs were normal. The QCT results in patients with air trapping were significantly different from those in controls at 10%VC, while the difference at 90%VC was not significant. The quantitative data was closely correlated with PFTs. Conclusion Quantitative spirometrically controlled CT at end-respiratory is a sensitive, accurate, subjective, reproducible method for evaluating air trapping due to small airway diseases and, thus, is a complement to PFTs.
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【Key words】Small airway Lung density Tomography,X-ray computed
近年来，呼气末CT扫描对于发现早期小气道疾患的价值日益引起人们的重视[1～3]。外周小气道阻塞的主要异常表现为呼气末肺组织的空气残留(air trapping)。在病变的早期阶段，该异常只表现在呼气末CT扫描图像上，而吸气末CT扫描和临床肺功能都可以没有异常改变。对空气残留的主观评估国内外已有文献报道[1～3]，但定量分析空气残留国内外报道尚少见。本研究旨在用呼吸门控精确控制呼吸水平，定量分析空气残留所致的肺密度指标及体积改变的异常，探讨呼气末定量CT对早期小气道病变所致空气残留的诊断价值。
1 材料与方法
1.1 研究对象
共分2组。第1组为正常对照组，共30例。选择无呼吸道疾患，无胸部创伤史、手术史，无粉尘接触、吸烟史，临床肺功能指标正常，吸、呼气CT扫描正常者。其中男18例，女12例，年龄22～60岁，平均31.8岁。第2组为空气残留组，共11例。为1998年6月～1999年7月间临床确诊或疑诊的小气道疾患，常规吸气末CT扫描未发现异常，而呼气末扫描发现空气残留的患者。其中男4例，女7例，年龄18～55岁，平均39.2岁。这11例中，6例为哮喘患者(气道反应性实验阳性或用支气管解痉药雾化吸入后FEV1大于基础值的15%)；3例为慢性支气管炎患者(达到每年咳嗽3个月，连续2年的标准)；1例长期吸烟患者(27年，1包/天)；1例肺部感染治疗后复查患者。
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1.2 临床肺功能检查
全部检查对象均于CT扫描当天或次日在我院肺功能室行全套肺功能检查(使用美国Gould 2100型肺功能机)。正常组各项指标均正常；空气残留组1例有轻度阻塞性通气功能障碍，1例为中度阻塞性通气功能障碍，3例有残气量增加(RV% pred为132%～178%)，余肺功能指标未见异常。
1.3 CT扫描
扫描前先扫水模，进行质量控制和校正。将呼吸门控装置连接在CT机架上，训练患者呼吸，熟悉口令。患者仰卧于扫描床上，手执肺量计并把口片含于口中，加上鼻夹，空气进出只通过呼吸门控装置。计算机自动计算肺活量，一旦达到预先设定的呼吸水平，肺量计阀门自动关闭，同时触发CT扫描。扫描结束后，阀门自行开放，空气可进出。选择90%VC和10%VC呼吸水平，相当于吸气末、呼气末状态。Somatom Plus 4A (Siemens公司)螺旋CT在隆突层及其上、下5cm层面行高分辨率CT扫描，层厚1mm、电压140kV、电流146mA，窗宽466HU、窗位-790HU显示病变。全部扫描对象均没有注射对比剂。
, 百拇医药
CT扫描完成后，用半自动评估软件pulmo自动评估隆突层及其上、下各5cm层面的肺密度和扫描层面体积，分别代表上、中、下肺野，将CT值划分5个区间即A：-1024～-911HU，B：-910～-811HU，C：-810～-711HU，D：-710～-611HU，E：-610～3071HU。计算机自动计算每一扫描层面各区间的象素代表的肺实质占该层面总肺实质的面积百分比，即象素指数(PI)。
1.4 统计学分析
正常组与空气残留组的定量指标用t检验检测差异显著性，a=0.05，双侧检验，P<0.05具有显著性差异、P<0.01具有极显著性差异，用SAS软件计算定量指标与临床肺功能指标的相关系数、P值。
2 结果
选择3个常用的定量指标，即：平均肺密度、象素指数和扫描层面体积。
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2.1 平均肺密度
两组90%VC(吸气末水平)上、中、下肺野平均肺密度分别为-872.6HU，-886.5HU；-872.4HU，-882.8HU；-868.7HU，-876.1HU，均无显著性差异(表1)。10%VC(呼气末水平)空气残留组平均肺密度较正常组低，且有显著性差异(表1)。两组吸-呼气平均肺密度差上、中、下肺野均有显著性差异(表1)。空气残留组平均肺密度仍保存由上至下逐渐增加趋势。
2.2 吸气、呼气末扫描层面体积的变化
空气残留组扫描层面体积随呼吸变化较正常组小，两组具有显著性差异(表2)。
2.3 象素指数(PI)分布
两组在深吸气CT扫描，上、中、下肺野的PI分布相似(表3，图4～6)，而呼气末CT扫描时空气残留组的A区间PI增加(表3)。从图1～3中可见呼气时曲线左移，且曲线高峰提前，表明分布在低密度区间(<-910HU)即A区间的PI增多，且具有显著性差异，说明呼气末有更多气体残留在肺内。
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2.4 空气残留组的定量指标与临床肺功能指标的相关性
临床肺功能指标与呼气末定量指标相关性较好，尤其是反映残气量和小气道病变的指标，如：第1秒用力呼气容积/努力肺活量(FEV1/FVC)，残/总比(RV/TLC)，闭合容积/肺活量(CV/VC)，其与呼气末全肺平均肺密度相关指数分别为-0.52，-0.59，-0.57；与呼气末全肺A区间PI值相关指数为0.55，0.58，0.53；FEV1/FVC与呼气末体积相关指数为0.69。
表1 吸气末、呼气末两组平均肺密度(HU)比较
正常组
空气残留组
P
隆突上5cm
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10%VC
90%VC
差
-751.14±3.90
-872.58±3.77
121.43±4.58
-807.09±5.51
-886.52±5.19
79.43±7.07
<0.01
>0.05
<0.01
, 百拇医药
隆突层
10%VC
90%VC
差
-746.74±5.82
-872.43±3.27
125.69±5.27
-805.68±6.46
-882.76±5.19
77.08±6.61
<0.01
>0.05
, 百拇医药
<0.01
隆突下5cm
10%VC
90%VC
差
-738.06±5.66
-868.67±3.65
130.61±4.87
-798.14±11.22
-876.06±5.26
77.91±8.21
<0.01
, 百拇医药
>0.05
<0.01
表2 两组吸-呼气末扫描层面体积差(cm3)比较 吸-呼气末体积差
正常组
空气残留组
P
隆突上5cm
9.63±0.57
8.47±0.77
>0.05
隆突层
8.16±0.50
, 百拇医药
4.53±0.54
<0.01
隆突下5cm
7.26±0.43
4.37±0.83
<0.01
表3 吸气-呼气末两组PI(%)分布比较
上 肺 野
中 肺 野
上肺野
正常组
残留组
, 百拇医药
P
正常组
残留组
P
正常组
残留组
P
深吸气
A
44.03±1.87
51.22±2.18
>0.05
45.91±1.79
, http://www.100md.com
50.83±2.60
>0.05
45.10±1.89
49.08±2.46
>0.05
B
38.91±0.99
34.90±1.59
>0.05
38.68±1.56
35.50±1.79
>0.05
, 百拇医药
38.76±1.17
35.96±1.63
>0.05
C
10.27±0.72
7.82±0.55
>0.05
8.59±0.54
7.43±0.62
>0.05
8.66±0.52
7.68±0.64
, http://www.100md.com
>0.05
D
2.85±0.17
2.39±0.17
>0.05
2.52±0.12
2.30±0.17
>0.05
2.67±0.13
2.50±0.18
>0.05
E
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3.94±0.16
3.64±0.35
>0.05
4.30±0.13
3.93±0.26
>0.05
4.82±0.18
4.79±0.34
>0.05
深呼气
A
7.16±0.48
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19.04±1.43
<0.01
7.99±0.67
20.42±2.16
<0.01
10.03±0.75
20.74±2.80
<0.01
B
29.15±0.95
39.63±1.87
<0.01
, 百拇医药
31.63±1.52
41.51±1.91
<0.01
30.18±1.10
38.26±2.02
<0.01
C
35.79±0.47
25.99±1.20
<0.01
32.18±0.71
22.59±1.22
, 百拇医药
<0.01
28.80±0.65
23.29±1.80
<0.01
D
16.60±0.67
8.39±0.95
<0.01
14.66±0.89
7.48±0.18
<0.01
14.74±0.68
, 百拇医药
8.49±1.29
<0.01
E
11.33±0.57
6.94±0.68
<0.01
13.52±0.76
7.99±0.62
<0.01
16.23±0.84
9.26±1.13
<0.01
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图1 呼气末上肺野PI-CT折线图
图2 呼气末中肺野PI-CT折线图
图3 呼气末下肺野PI-CT折线图
图4 吸气末上肺野PI-CT折线图
图5 吸气末中肺野PI-CT折线图
, http://www.100md.com 图6 吸气末下肺野PI-CT折线图
3 讨论
3.1 呼吸门控定量CT分析的优越性
我们在实验中，将呼吸水平人为设定为10%VC(相当于呼气末)和90%VC(相当于吸气末)，所有受检对象均能耐受。呼吸状态由呼吸门控装置控制。呼吸门控是连接于CT机上的一种微机控制的转换器系统，患者呼吸空气的进出只通过该系统，一旦达到预选的呼吸水平，肺量计阀门自动关闭同时触发扫描直至扫描结束阀门才打开，整个扫描和数据的采集过程均恒定在所设置的呼吸水平进行，从而消除了人为因素的影响，使实验的可重复性大大提高[4]。
本研究选用了3个常用的定量指标即平均肺密度、象素指数、扫描层面体积(前两者为定量肺密度指标)，在两个呼吸状态下扫描得到两组定量指标及其差值。肺密度是由肺内气体、血液、血管外液、肺组织比例来综合决定的。在任何一帧单独的扫描图像中，很难说以上哪个因素对绝对肺密度值的测定起主要作用。而我们于两个呼吸状态在同一层面下得到的“一对”扫描图像，血管外液，肺组织是相同的，定量肺密度指标的差异反映了气体和血容量的变化。同样道理，扫描层面体积受患者体型、肺内气体容量的影响，而在这样“配对”扫描中，患者体型等系统误差可以消除。这3个指标都直接或间接地反映了肺内含气量的变化，且将这种变化量化，为疾病的定性、定量诊断及定期随访提供准确、客观的依据。
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3.2 空气残留的定义及原因
空气残留是指病变区域因完全或部分的气道阻塞或肺组织的顺应性的局部异常导致呼气末有过多气体残存，致该区域肺密度降低程度小于邻近正常肺组织，在CT图像上表现为呼气末肺密度不均匀，出现局限性肺野异常透亮区，即“马赛克”征象(mosaic attenuation)[2]。小气道病变所致的空气残留可以是固定性的气道病变的结果，如：弥漫性全支气管炎、闭塞性支气管炎、慢性支气管炎；也可以是反应性的气道病变的结果，如：哮喘。致粘液栓阻塞、小气道粘膜反应性增生变厚或肉芽组织形成，支气管痉挛收缩，使呼气时小气道塌陷，空气不能有效排出而残留在所属肺区域内。因此，空气残留是气道尤其是内径<2mm的小气道病变的反映，空气残留征象的发现为小气道病变的诊断提供线索。
3.3 空气残留的定量指标的异常表现及解释
早期小气道病变通常肺组织正常结构仍保存，仅反映在呼气末受累肺组织的肺密度增加程度不及正常肺组织，较正常肺组织更显透亮。
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从本实验数据也可看到：在吸气状态下，空气残留组与正常组定量指标无明显差异，表明正常肺组织、肺血管未破坏，肺内压力与正常组无明显差异，肺内气体、血液、肺组织比例保持正常。而呼气时由于各种原因，肺内气体不能有效排出，致使肺内气体比例增加，也因肺内压大于正常呼气末肺内压，肺内血液受挤压而比例降低，故肺密度较正常组低，位于低密度区间(A区间)的肺组织比例(即PI值)上升，扫描层面肺体积变化小也不言而喻。由于吸气时定量指标正常，呼气时定量指标的异常，导致呼-吸气定量指标之差也与正常组有明显差异(表1)。
PI也可以反映空气残留。基于我们的实验条件：Somatom Plus机型，10%VC、90%VC呼吸状态，1mm层厚，不用静脉内注射对比剂等，参考Lamers[5]将-910HU作为低密度区间(A区间)阈值上限，并划分5个区间研究肺组织象素分布及吸-呼气状态下低密度区间(A区间)的变化。PI是一种面积百分比，将肺密度划分成若干个区间，则扫描层面的肺组织根据象素值划分在不同区间内，不同的象素区间代表含气不同的肺组织。据韩萍等[6]的研究，区间A(-2014～-911HU)的象素代表呼气受阻的肺组织。从本组的实验可以看到：吸气时，两组各区间PI分布没有明显差异，两组PI分布大致吻合；而呼气时，空气残留组A区间PI值明显提高，平均为20.07HU，而正常组为8.396HU，约为正常组的2.4倍。空气残留组曲线左移，波峰提前，表明呼气受阻的肺组织比例增加，肺内含气量增多。
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3.4 定量肺密度指标与临床肺功能指标的比较
定量肺密度指标与临床肺功能指标相关性较好，尤其是反映残气量和小气道病变的指标与呼气末的定量指标相关性良好。
由以上数据可知：定量肺密度指标较临床肺功能指标敏感。与表1、2比较可见，即便空气残留组中肺功能正常者，呼气末上、中、下肺野平均肺密度为-792.0～-805.9HU，低于正常组平均值3SD，A区间PI值为12.7～19.7，高于正常组3SD。造成临床肺功能敏感性下降的原因主要有2点：(1)临床肺功能是全肺肺功能的综合结果。肺脏代偿能力极强，肺组织破坏小于30%时，肺功能指标可以不出现异常[7]；(2)小气道由于分支多、流速慢，所以从功能上讲，其阻力仅占正常气道阻力的一小部分(约20%)，相当程度的小气道阻塞，可能临床肺功能没有改变。
呼气末CT不仅可以用定量的肺密度指标进行定量分析，还可以根据图像上低密度区了解空气残留的部位，而这是临床肺功能不能做到的。
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4 结论
综上所述，空气残留是小气道病变的早期表现，常在呼气末扫描时发现，而吸气末CT扫描和肺功能指标可以正常。呼气末定量CT分析的优点是：(1)空气残留能在呼气末图像上观察到，在吸气末CT及肺功能正常时发现早期气道阻塞，因此呼气末CT提供了对常规吸气CT和肺功能的解剖、功能上的补充；(2)定量分析指标对空气残留进行定量、客观评估，尤其是用呼吸门控控制呼吸水平使可重复性大大提高，有利于病变的追踪观察，是一种敏感、客观、可重复性好的小气道病变的诊断方法。尽管近年来Web认为正常人舌叶因支气管走行方向在呼气时易受压也可出现空气残留[8]，但对于有明确病史，临床确诊或疑诊小气道病变的患者，呼气末定量CT能提供诊断线索而且根据空气残留的程度和分布有助于推荐进一步的检查，如纤支镜、穿刺活检等。
参考文献
1，Stern EJ, Frank MS. Small-airway diseases of the lungs: Findings at expiratory CT. AJR, 1994, 163:37
, 百拇医药
2，Lucidarme O, Coche E, Cluze P,et al. Expiratory CT scans for chronic airway diseases: Correlation with pulmonary function test results. AJR, 1998, 170:301
3，Park CS, Müller NL, Worthy SA,et al. Airway obstruction in asthmatic and healthy individuals inspiratory and expiratory thin-section CT findings. Radiology, 1997, 203:361
4，Kohz P, Stabler A, Beinert T,et al. Reproducibility of quantitative, spirometrically controlled CT. Radiology, 1995, 197:539
, 百拇医药
5，Lamers RJ, Thelissen GR, Kassels AG,et al. Chronic obstructive pulmonary disease: Evaluation with spirometrically controlled CT lung density. Radiology, 1994, 193:109
6，韩萍，许景红，杨帆，等.呼吸门控下肺功能成像的临床应用.同济医科大学学报，1999，28：160
7，Stern EJ, Frank MS. CT of the lung in patients with pulmonary emphysema: Diagnosis, quantitative, and correlation with pathologic and physiologic findings. AJR, 1994, 162:791
8，Webb WR, Stern EJ, Kanth N,et al. Dynamic pulmonary CT: Findings in healthy adult men. Radiology, 1993, 186:117
收稿：2000-01-11, 百拇医药
单位：刘芳(430022 武汉，华中科技大学同济医学院附属协和医院CT室)；韩萍(430022 武汉，华中科技大学同济医学院附属协和医院CT室)；冯敢生(430022 武汉，华中科技大学同济医学院附属协和医院CT室)
关键词：小气道；肺密度；计算机断层
临床放射学杂志000906 【摘要】 目的 探讨呼气末定量CT对早期小气道病变的诊断价值。 材料与方法 病例组及对照组在10%肺活量(VC)和90%VC呼吸水平下于隆突层、隆突上、下各5cm处行HRCT扫描。用定量指标分析结果及与临床肺功能的相关性。 结果 病例组在呼气末图像上发现有空气残留，而吸气末正常。10%VC时病例组与对照组定量指标有极显著性差异，90%VC时无显著性差异。定量指标与肺功能指标相关性良好。 结论 呼气末定量CT是早期小气道病变的灵敏、准确、客观、可重复性好的检查方法，是临床肺功能检查的补充。
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【Key words】Small airway Lung density Tomography,X-ray computed
近年来，呼气末CT扫描对于发现早期小气道疾患的价值日益引起人们的重视[1～3]。外周小气道阻塞的主要异常表现为呼气末肺组织的空气残留(air trapping)。在病变的早期阶段，该异常只表现在呼气末CT扫描图像上，而吸气末CT扫描和临床肺功能都可以没有异常改变。对空气残留的主观评估国内外已有文献报道[1～3]，但定量分析空气残留国内外报道尚少见。本研究旨在用呼吸门控精确控制呼吸水平，定量分析空气残留所致的肺密度指标及体积改变的异常，探讨呼气末定量CT对早期小气道病变所致空气残留的诊断价值。
1 材料与方法
1.1 研究对象
共分2组。第1组为正常对照组，共30例。选择无呼吸道疾患，无胸部创伤史、手术史，无粉尘接触、吸烟史，临床肺功能指标正常，吸、呼气CT扫描正常者。其中男18例，女12例，年龄22～60岁，平均31.8岁。第2组为空气残留组，共11例。为1998年6月～1999年7月间临床确诊或疑诊的小气道疾患，常规吸气末CT扫描未发现异常，而呼气末扫描发现空气残留的患者。其中男4例，女7例，年龄18～55岁，平均39.2岁。这11例中，6例为哮喘患者(气道反应性实验阳性或用支气管解痉药雾化吸入后FEV1大于基础值的15%)；3例为慢性支气管炎患者(达到每年咳嗽3个月，连续2年的标准)；1例长期吸烟患者(27年，1包/天)；1例肺部感染治疗后复查患者。
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1.2 临床肺功能检查
全部检查对象均于CT扫描当天或次日在我院肺功能室行全套肺功能检查(使用美国Gould 2100型肺功能机)。正常组各项指标均正常；空气残留组1例有轻度阻塞性通气功能障碍，1例为中度阻塞性通气功能障碍，3例有残气量增加(RV% pred为132%～178%)，余肺功能指标未见异常。
1.3 CT扫描
扫描前先扫水模，进行质量控制和校正。将呼吸门控装置连接在CT机架上，训练患者呼吸，熟悉口令。患者仰卧于扫描床上，手执肺量计并把口片含于口中，加上鼻夹，空气进出只通过呼吸门控装置。计算机自动计算肺活量，一旦达到预先设定的呼吸水平，肺量计阀门自动关闭，同时触发CT扫描。扫描结束后，阀门自行开放，空气可进出。选择90%VC和10%VC呼吸水平，相当于吸气末、呼气末状态。Somatom Plus 4A (Siemens公司)螺旋CT在隆突层及其上、下5cm层面行高分辨率CT扫描，层厚1mm、电压140kV、电流146mA，窗宽466HU、窗位-790HU显示病变。全部扫描对象均没有注射对比剂。
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CT扫描完成后，用半自动评估软件pulmo自动评估隆突层及其上、下各5cm层面的肺密度和扫描层面体积，分别代表上、中、下肺野，将CT值划分5个区间即A：-1024～-911HU，B：-910～-811HU，C：-810～-711HU，D：-710～-611HU，E：-610～3071HU。计算机自动计算每一扫描层面各区间的象素代表的肺实质占该层面总肺实质的面积百分比，即象素指数(PI)。
1.4 统计学分析
正常组与空气残留组的定量指标用t检验检测差异显著性，a=0.05，双侧检验，P<0.05具有显著性差异、P<0.01具有极显著性差异，用SAS软件计算定量指标与临床肺功能指标的相关系数、P值。
2 结果
选择3个常用的定量指标，即：平均肺密度、象素指数和扫描层面体积。
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2.1 平均肺密度
两组90%VC(吸气末水平)上、中、下肺野平均肺密度分别为-872.6HU，-886.5HU；-872.4HU，-882.8HU；-868.7HU，-876.1HU，均无显著性差异(表1)。10%VC(呼气末水平)空气残留组平均肺密度较正常组低，且有显著性差异(表1)。两组吸-呼气平均肺密度差上、中、下肺野均有显著性差异(表1)。空气残留组平均肺密度仍保存由上至下逐渐增加趋势。
2.2 吸气、呼气末扫描层面体积的变化
空气残留组扫描层面体积随呼吸变化较正常组小，两组具有显著性差异(表2)。
2.3 象素指数(PI)分布
两组在深吸气CT扫描，上、中、下肺野的PI分布相似(表3，图4～6)，而呼气末CT扫描时空气残留组的A区间PI增加(表3)。从图1～3中可见呼气时曲线左移，且曲线高峰提前，表明分布在低密度区间(<-910HU)即A区间的PI增多，且具有显著性差异，说明呼气末有更多气体残留在肺内。
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2.4 空气残留组的定量指标与临床肺功能指标的相关性
临床肺功能指标与呼气末定量指标相关性较好，尤其是反映残气量和小气道病变的指标，如：第1秒用力呼气容积/努力肺活量(FEV1/FVC)，残/总比(RV/TLC)，闭合容积/肺活量(CV/VC)，其与呼气末全肺平均肺密度相关指数分别为-0.52，-0.59，-0.57；与呼气末全肺A区间PI值相关指数为0.55，0.58，0.53；FEV1/FVC与呼气末体积相关指数为0.69。
表1 吸气末、呼气末两组平均肺密度(HU)比较
正常组
空气残留组
P
隆突上5cm
, 百拇医药
10%VC
90%VC
差
-751.14±3.90
-872.58±3.77
121.43±4.58
-807.09±5.51
-886.52±5.19
79.43±7.07
<0.01
>0.05
<0.01
, 百拇医药
隆突层
10%VC
90%VC
差
-746.74±5.82
-872.43±3.27
125.69±5.27
-805.68±6.46
-882.76±5.19
77.08±6.61
<0.01
>0.05
, 百拇医药
<0.01
隆突下5cm
10%VC
90%VC
差
-738.06±5.66
-868.67±3.65
130.61±4.87
-798.14±11.22
-876.06±5.26
77.91±8.21
<0.01
, 百拇医药
>0.05
<0.01
表2 两组吸-呼气末扫描层面体积差(cm3)比较 吸-呼气末体积差
正常组
空气残留组
P
隆突上5cm
9.63±0.57
8.47±0.77
>0.05
隆突层
8.16±0.50
, 百拇医药
4.53±0.54
<0.01
隆突下5cm
7.26±0.43
4.37±0.83
<0.01
表3 吸气-呼气末两组PI(%)分布比较
上 肺 野
中 肺 野
上肺野
正常组
残留组
, 百拇医药
P
正常组
残留组
P
正常组
残留组
P
深吸气
A
44.03±1.87
51.22±2.18
>0.05
45.91±1.79
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50.83±2.60
>0.05
45.10±1.89
49.08±2.46
>0.05
B
38.91±0.99
34.90±1.59
>0.05
38.68±1.56
35.50±1.79
>0.05
, 百拇医药
38.76±1.17
35.96±1.63
>0.05
C
10.27±0.72
7.82±0.55
>0.05
8.59±0.54
7.43±0.62
>0.05
8.66±0.52
7.68±0.64
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>0.05
D
2.85±0.17
2.39±0.17
>0.05
2.52±0.12
2.30±0.17
>0.05
2.67±0.13
2.50±0.18
>0.05
E
, 百拇医药
3.94±0.16
3.64±0.35
>0.05
4.30±0.13
3.93±0.26
>0.05
4.82±0.18
4.79±0.34
>0.05
深呼气
A
7.16±0.48
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19.04±1.43
<0.01
7.99±0.67
20.42±2.16
<0.01
10.03±0.75
20.74±2.80
<0.01
B
29.15±0.95
39.63±1.87
<0.01
, 百拇医药
31.63±1.52
41.51±1.91
<0.01
30.18±1.10
38.26±2.02
<0.01
C
35.79±0.47
25.99±1.20
<0.01
32.18±0.71
22.59±1.22
, 百拇医药
<0.01
28.80±0.65
23.29±1.80
<0.01
D
16.60±0.67
8.39±0.95
<0.01
14.66±0.89
7.48±0.18
<0.01
14.74±0.68
, 百拇医药
8.49±1.29
<0.01
E
11.33±0.57
6.94±0.68
<0.01
13.52±0.76
7.99±0.62
<0.01
16.23±0.84
9.26±1.13
<0.01
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图1 呼气末上肺野PI-CT折线图
图2 呼气末中肺野PI-CT折线图
图3 呼气末下肺野PI-CT折线图
图4 吸气末上肺野PI-CT折线图
图5 吸气末中肺野PI-CT折线图
, http://www.100md.com 图6 吸气末下肺野PI-CT折线图
3 讨论
3.1 呼吸门控定量CT分析的优越性
我们在实验中，将呼吸水平人为设定为10%VC(相当于呼气末)和90%VC(相当于吸气末)，所有受检对象均能耐受。呼吸状态由呼吸门控装置控制。呼吸门控是连接于CT机上的一种微机控制的转换器系统，患者呼吸空气的进出只通过该系统，一旦达到预选的呼吸水平，肺量计阀门自动关闭同时触发扫描直至扫描结束阀门才打开，整个扫描和数据的采集过程均恒定在所设置的呼吸水平进行，从而消除了人为因素的影响，使实验的可重复性大大提高[4]。
本研究选用了3个常用的定量指标即平均肺密度、象素指数、扫描层面体积(前两者为定量肺密度指标)，在两个呼吸状态下扫描得到两组定量指标及其差值。肺密度是由肺内气体、血液、血管外液、肺组织比例来综合决定的。在任何一帧单独的扫描图像中，很难说以上哪个因素对绝对肺密度值的测定起主要作用。而我们于两个呼吸状态在同一层面下得到的“一对”扫描图像，血管外液，肺组织是相同的，定量肺密度指标的差异反映了气体和血容量的变化。同样道理，扫描层面体积受患者体型、肺内气体容量的影响，而在这样“配对”扫描中，患者体型等系统误差可以消除。这3个指标都直接或间接地反映了肺内含气量的变化，且将这种变化量化，为疾病的定性、定量诊断及定期随访提供准确、客观的依据。
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3.2 空气残留的定义及原因
空气残留是指病变区域因完全或部分的气道阻塞或肺组织的顺应性的局部异常导致呼气末有过多气体残存，致该区域肺密度降低程度小于邻近正常肺组织，在CT图像上表现为呼气末肺密度不均匀，出现局限性肺野异常透亮区，即“马赛克”征象(mosaic attenuation)[2]。小气道病变所致的空气残留可以是固定性的气道病变的结果，如：弥漫性全支气管炎、闭塞性支气管炎、慢性支气管炎；也可以是反应性的气道病变的结果，如：哮喘。致粘液栓阻塞、小气道粘膜反应性增生变厚或肉芽组织形成，支气管痉挛收缩，使呼气时小气道塌陷，空气不能有效排出而残留在所属肺区域内。因此，空气残留是气道尤其是内径<2mm的小气道病变的反映，空气残留征象的发现为小气道病变的诊断提供线索。
3.3 空气残留的定量指标的异常表现及解释
早期小气道病变通常肺组织正常结构仍保存，仅反映在呼气末受累肺组织的肺密度增加程度不及正常肺组织，较正常肺组织更显透亮。
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从本实验数据也可看到：在吸气状态下，空气残留组与正常组定量指标无明显差异，表明正常肺组织、肺血管未破坏，肺内压力与正常组无明显差异，肺内气体、血液、肺组织比例保持正常。而呼气时由于各种原因，肺内气体不能有效排出，致使肺内气体比例增加，也因肺内压大于正常呼气末肺内压，肺内血液受挤压而比例降低，故肺密度较正常组低，位于低密度区间(A区间)的肺组织比例(即PI值)上升，扫描层面肺体积变化小也不言而喻。由于吸气时定量指标正常，呼气时定量指标的异常，导致呼-吸气定量指标之差也与正常组有明显差异(表1)。
PI也可以反映空气残留。基于我们的实验条件：Somatom Plus机型，10%VC、90%VC呼吸状态，1mm层厚，不用静脉内注射对比剂等，参考Lamers[5]将-910HU作为低密度区间(A区间)阈值上限，并划分5个区间研究肺组织象素分布及吸-呼气状态下低密度区间(A区间)的变化。PI是一种面积百分比，将肺密度划分成若干个区间，则扫描层面的肺组织根据象素值划分在不同区间内，不同的象素区间代表含气不同的肺组织。据韩萍等[6]的研究，区间A(-2014～-911HU)的象素代表呼气受阻的肺组织。从本组的实验可以看到：吸气时，两组各区间PI分布没有明显差异，两组PI分布大致吻合；而呼气时，空气残留组A区间PI值明显提高，平均为20.07HU，而正常组为8.396HU，约为正常组的2.4倍。空气残留组曲线左移，波峰提前，表明呼气受阻的肺组织比例增加，肺内含气量增多。
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3.4 定量肺密度指标与临床肺功能指标的比较
定量肺密度指标与临床肺功能指标相关性较好，尤其是反映残气量和小气道病变的指标与呼气末的定量指标相关性良好。
由以上数据可知：定量肺密度指标较临床肺功能指标敏感。与表1、2比较可见，即便空气残留组中肺功能正常者，呼气末上、中、下肺野平均肺密度为-792.0～-805.9HU，低于正常组平均值3SD，A区间PI值为12.7～19.7，高于正常组3SD。造成临床肺功能敏感性下降的原因主要有2点：(1)临床肺功能是全肺肺功能的综合结果。肺脏代偿能力极强，肺组织破坏小于30%时，肺功能指标可以不出现异常[7]；(2)小气道由于分支多、流速慢，所以从功能上讲，其阻力仅占正常气道阻力的一小部分(约20%)，相当程度的小气道阻塞，可能临床肺功能没有改变。
呼气末CT不仅可以用定量的肺密度指标进行定量分析，还可以根据图像上低密度区了解空气残留的部位，而这是临床肺功能不能做到的。
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4 结论
综上所述，空气残留是小气道病变的早期表现，常在呼气末扫描时发现，而吸气末CT扫描和肺功能指标可以正常。呼气末定量CT分析的优点是：(1)空气残留能在呼气末图像上观察到，在吸气末CT及肺功能正常时发现早期气道阻塞，因此呼气末CT提供了对常规吸气CT和肺功能的解剖、功能上的补充；(2)定量分析指标对空气残留进行定量、客观评估，尤其是用呼吸门控控制呼吸水平使可重复性大大提高，有利于病变的追踪观察，是一种敏感、客观、可重复性好的小气道病变的诊断方法。尽管近年来Web认为正常人舌叶因支气管走行方向在呼气时易受压也可出现空气残留[8]，但对于有明确病史，临床确诊或疑诊小气道病变的患者，呼气末定量CT能提供诊断线索而且根据空气残留的程度和分布有助于推荐进一步的检查，如纤支镜、穿刺活检等。
参考文献
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3，Park CS, Müller NL, Worthy SA,et al. Airway obstruction in asthmatic and healthy individuals inspiratory and expiratory thin-section CT findings. Radiology, 1997, 203:361
4，Kohz P, Stabler A, Beinert T,et al. Reproducibility of quantitative, spirometrically controlled CT. Radiology, 1995, 197:539
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5，Lamers RJ, Thelissen GR, Kassels AG,et al. Chronic obstructive pulmonary disease: Evaluation with spirometrically controlled CT lung density. Radiology, 1994, 193:109
6，韩萍，许景红，杨帆，等.呼吸门控下肺功能成像的临床应用.同济医科大学学报，1999，28：160
7，Stern EJ, Frank MS. CT of the lung in patients with pulmonary emphysema: Diagnosis, quantitative, and correlation with pathologic and physiologic findings. AJR, 1994, 162:791
8，Webb WR, Stern EJ, Kanth N,et al. Dynamic pulmonary CT: Findings in healthy adult men. Radiology, 1993, 186:117
收稿：2000-01-11, 百拇医药