基于HRCT对COPD定量测量与临床肺功能的对照研究

发布时间：2017-08-12 16:24

  本文关键词：基于HRCT对COPD定量测量与临床肺功能的对照研究

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【摘要】：[研究背景]慢性阻塞性肺疾病(Chronic obstruction pulmonary disease, COPD)是一种有明显致死致残性,严重危害人类健康,但可治疗的疾病,是主要的阻塞性肺疾病之一,它的发展过程是持续渐进的,气流受限的可逆性差。COPD的病理改变包括中央和周围气道、肺实质、肺血管,其气流受限的两个主要因素是气道疾病和肺组织的破坏。气道改变以外周气道为主要特点,气道壁和气道腔内的炎症细胞使管腔内面积减少,气道壁结构重塑,平滑肌及支气管旁的结缔组织增加；肺实质损伤主要是肺组织的破坏,弹性回缩力减小。但是气道疾病和肺组织破坏(肺气肿)对每个病人的影响程度不同,有些病人有严重的肺气肿,但是另外一些病人可能表现为气道的炎症,因此COPD不是一种简单的不可逆性气流受限的均质性疾病。CT是一种有效而敏感的非侵入性工具用来评价气道的形态学改变,肺密度的改变及肺容积的情况。通过测量CT图像上低密度衰减区的比例反映肺气肿的程度,高分辨率CT (High resolution CT, HRCT)还可通过形态学及直接测量来反映小气道的改变,从而对COPD的两个气流受限的主要原因进行量化。第一部分COPD患者CT定量测量指标与肺功能之间的相关性研究[研究目的]通过HRCT (1024×1024)对慢性阻塞性肺疾病(COPD)的定量测量,比较健康组与各级COPD患者CT测量指标T、D、PA、T/PA、TDR、WA%、Ai%、LAA%之间的差异性,并分析HRCT测量指标与肺功能检查(PFT)指标Z5、R5、FEV1/FVC、FEV1%预计值、MMEF、MEF50、MEF25在COPD各级别患者之间的相关性。[材料与方法]1.研究对象搜集在同一天接受HRCT和肺功能检查的COPD患者及健康吸烟者。COPD患者都要满足疾病诊断的金标准(慢性阻塞性肺疾病全球防治指南,GOLD),即第一秒用力呼气容积(FEV1)与用力肺活量(FVC)的比值小于0.7。另外所有的受试者均符合以下条件：无伴随的肺部疾病(比如肺部感染、肺结核、支气管扩张症等),无肺切除术史,没有任何器官的恶性肿瘤。2.CT检查一次全肺低千伏扫描和一次右肺上叶放大靶扫描,均在Philips Brilliance256层螺旋CT上完成,扫描条件采用100KV和自动毫安秒,扫描准直128×0.625mm,螺距0.915,扫描床速度146.4mm/s,旋转时间0.5s, FOV为35×35cm。低千伏的图像扫描层厚5mm,用standard算法重建,重建层厚lmm；放大靶扫描图像的扫描层厚lmm,用sharp-Y算法重建。在CT检查前每个病人都要在扫描床上进行呼吸训练,直到能很好的配合操作者的指令进行吸气和呼气。图像处理：在放大靶扫描的图像上先通过多平面重组(MPR)的方法找到右肺上叶尖段-第5级支气管的横断面,然后进行测量,测量指标包括：气道壁厚度(T)、支气管外径(D)及伴行肺动脉直径(PA),并通过公式计算出气道壁厚度与伴行肺动脉直径比(T/PA)、壁厚直径比(TDR)、气道壁面积百分比(WA%)、管腔面积百分比(Ai%),同时用Philips肺密度测量软件对全肺扫描图像的低衰减区面积百分比(LAA%)进行定量测量。3.肺功能检查用德国耶格公司生产的肺功能仪进行肺功能检查,首先在基础状态下进行脉冲震荡检查(IOS),然后进行普通肺功能和肺通气功能检查,在肺通气功能检查前15min,所有受试者从压力定量气雾剂中吸入400μg万托林,受试者均端坐完成肺功能检查。肺功能检查指标包括：第一秒用力呼气容积占用力肺活量的比值(FEV1/FVC)、第一秒用力呼气容积占预计值的百分比(FEV1%pred)、呼吸总阻抗(Z5)、总气道阻力(R5)、中心气道阻力(R20)、周围气道阻力(R5-R20),最大用力呼气中段流量(MMEF)、50%肺活量最大呼气流量(MEF50)、25%肺活量最大呼气流量(MEF25),再按照慢性阻塞性肺疾病全球防治指南(GOLD)2011修订版的标准根据FEV1%pred将COPD分为4级,I级(轻度)：FEV1%pred≥80%;II级(中度)：50%≤FEV1%pred80%;Ⅲ级(重度)：30%≤FEV1%pred50%;Ⅳ级(极重度)：FEV1%pred30%。4.统计学方法采用SPSS 19.0软件进行统计分析,对照组与COPD Ⅰ-Ⅳ级HRCT各项指标与肺功能指标的测量值用x±SD表示,组间比较若符合正态分布,且方差齐,选择ANOVA进行多组间比较,两两比较选择LSD-t检验；若样本不符合正态性分布或方差不齐,选择Kruskal-Wallis H检验,两两比较选择采用Mann-Whitney U检验。对照组与COPD Ⅰ-Ⅳ级的HRCT各项测量指标与肺功能指标间的相关性采用Spearman相关性分析。P0.05表示有统计学意义。[结果]受试者共91例,其中COPD患者81例(轻度13例、中度30例、重度26例、极重度12例),正常组10例。1.正常组与COPD Ⅰ-Ⅳ级的比较分析①年龄在各组中的分布差异无统计学意义(P0.05)；②T及D在各组的测量中差异无统计学意义(P0.05)；③PA、D、MEF25、Z5、R5、R20及R5-R20在正常组与COPDⅠ级的病人差异无统计学意义(P0.05)；④在正常组与COPD Ⅱ级的病人PA、D、Z5、R5、R20及R5-R20无差异(P0.05)；⑤R5及R20在正常组与COPDⅢ级的病人差异无统计学意义(P0.05)；⑥只有R20在正常组与COPDⅣ级的病人无差异(P0.05),其余HRCT及PFT的各测量指标在两组中的差异均存在统计学意义(P0.05)。2.各级COPD病人之间的两两比较分析①COPDⅠ级与II级比较HRCT测量指标只有LAA%在两组中差异有统计学意义(P0.05),肺功能测量指标Z5、R5、R20、R5-R20在两组中差异无统计学意义(P0.05)；②COPD Ⅰ级与Ⅲ级比较HRCT测量指标中T、PA、 T/PA、D在两组中均无差异(P0.05); PFT测量的所有指标只有R20在两组中差异无统计学意义(P0.05)：③COPD Ⅰ级与Ⅳ级IRCT测量指标只有T、D在两组中无差异(P0.05),肺功能测量的所有指标只有R20在两组中无差异(P0.05)。④ COPDⅡ级与Ⅲ级HRCT测量指标只有LAA%在两组中有差异(P0.05)；肺功能测量Z5、R5、R20在两组中差异无统计学意义(P0.05)；⑤COPD Ⅱ级与Ⅳ级比较HRCT测量指标只有T、D在两组中差异无统计学意义(P0.05),肺功能指标除了R20在两组中无差异(P0.05),其余指标均有差异(P0.05)；⑥ COPDⅢ级与Ⅳ级HRCT测量指标只有LAA%和T/PA在两组中有差异(P0.05)；肺功能测量指标只有MEF25和R20在两组中无差异(P0.05)；3. COPD Ⅰ-Ⅳ级的病人HRCT测量指标与PFT指标之间的相关性分析①T与所有的肺功能指标均无相关性(P0.05)；②PA和T/PA与Z5、R5、 R20、R5-R20的无相关性(P0.05),与其他的PFT指标均有相关性(P0.05),PA与FEV1%、FEVi/FVC、MMEF、MEF75、MEF50、MEF25指标呈正相关(r=0.302、0.335、0.289、0.324、0.290、0.229、0.029、0.065,P 0.05), T/PA与它们呈负相关(r=-0.420、-0.429、-0.359、-0.448、-0.384,-0.314, P0.05);③LAA%与R20无相关性,与FEV1%、FEV1/FVC、MMEF、 MEF75、MEF50、MEF25呈负相关(r=-0.880、-0.875、-0.824、-0.883、-0.860、-0.670,P0.05),与Z5、R5及R5-R20呈正相关(r=0.377、0.341、0.653,P0.05)；④D和Ai%与FEV1%、FEV1/FVC、MMEF、MEF75、MEF50、MEF25呈正相关(r=0.372、0.331、0.403、0.367、0.369、0.339和r=0.493、0.421、0.458、0.486、0.447、0.406,P0.05),与Z5、R5、R20、R5-R20呈负相关(r=-0.357、-0.353、-0.225、-0.305和r=-0.477、-0.480、-0.327、-0.336,P0.05)；⑤WA%、TDR与FEV1%、FEV1/FVC、MMEF、MEF75、MEF50、 MEF25呈负相关(r=-0.493、-0.421、-0.458、-0.486、-0.447、-0.406,P0.05),与Z5、R5、R20、R5-R20呈正相关(r=0.477、0.480、0.327、0.336,P0.05)。[结论]1.通过正常组与COPD各级的病人两两比较发现COPD的等级越高,正常组与COPD组有差异的指标越多,说明病情越严重,受病情影响而改变的指标越多。2.两个离得越近的级别(如Ⅰ级与Ⅱ级、Ⅱ级与Ⅱ级、Ⅲ级与Ⅳ级)有差异性的指标数量越少,LAA%在COPD所有级别的两两比较中均有差异,BMI在COPD各级别的两两比较中均无差异。3.气道总阻抗Z5、总气道阻力R5及中心气道阻力R20可以在两组中无差异,但外周气道阻力R5-R20则会出现差异,说明COPD的气流受限主要发生在小气道。4.LAA%在正常组与COPD Ⅰ-Ⅳ级的病人比较中均存在差异性,其与肺功能的所有指标均有相关性,其余的HRCT测量指标大部分与肺功能指标也具有相关性。HRCT测量指标可以作为COPD患者肺功能评价的辅助手段,LAA%可以很好的反映肺组织破坏程度,Ai%与WA%可以很好的反映气道阻力改变情况。第二部分 不同CT表型的COPD患者肺功能的特点分析[研究目的]研究肺功能指标FEV1%预计值、Z5、R5、MMEF、MEF50、MEF25及一般情况GOLD分级、BMI、CAT在A、E、M三种不同CT表型的COPD患者之间的差异性。[材料与方法]1.研究对象81名COPD患者全部接受HRCT和肺功能检查,所有患者均符合慢性阻塞性肺疾病全球防治指南(GOLD)的诊断标准,即第一秒用力呼气容积占用力肺活量的比值(FEV1/FVC)小于0.7,另外所有的受试者还要符合以下几个条件：无伴随的相关肺部疾病(比如支气管扩张症、肺结核、肺部感染等),无肺部手术史,没有肺部和其它器官的恶性肿瘤。2.CT检查均在Philips Brilliance 256层螺旋CT上进行,包括一次全肺低千伏扫描和一次右肺上叶放大靶扫描,扫描条件为100KV和自动毫安秒,扫描床速度146.4mrn/s,旋转时间0.5s,扫描准直128×0.625mm,螺距0.915,FOV为35×35cm。低KV图像的扫描层厚为5mm,重建层厚lmm,用standard算法重建；放大靶扫描图像扫描层厚为lmm,同时用sharp-Y算法重建。CT图像的处理：①首先在放大靶扫描图像上通过多平面重组(MPR)的方法对右肺上叶尖段支气管进行重建,找到第5级支气管的横断面,然后对气道壁厚度(T)、支气管外径(D)及伴行肺动脉(PA)进行测量,并通过公式计算出气道壁厚度与伴行肺动脉直径比(T/PA)、壁厚直径比(TDR)、气道壁面积百分比(WA%)、管腔面积百分比(Ai%)；②用Philips肺密度测量软件(lung-density)在全肺扫描图像上对低衰减区面积百分比(LAA%)进行定量测量。3.CT表型的分类根据HRCT中是否存在肺气肿(即LAA%值)或支气管壁增厚情况将COPD分为3种表型,A型：无肺气肿或存在轻微的肺气肿(LAA%25%),不考虑是否合并支气管管壁增厚；E型：存在明显的肺气肿,不合并支气管管壁增厚(LAA%≥25%且T/PA30%)；M型：同时存在明显的肺气肿和支气管管壁增厚(LAA%≥25%且T/PA≥30%)。4.肺功能检查肺功能检查在德国耶格公司生产的肺功能仪上进行,首先在基础状态下进行脉冲震荡检查(IOS),测量指标包括：呼吸总阻抗(Z5)、总气道阻力(R5),中心气道阻力(R20)、周围气道阻力(R5-R20),然后进行普通肺功能和肺通气功能检查,测量指标包括：FEV1/FVC, FEV1%预计值、最大用力呼气中段流量(MMEF)、50%肺活量最大呼气流量(MEF50)、25%肺活量最大呼气流量(MEF25),身体质量指数(BMI),所有受试者在肺通气功能检查前的15min均要吸入400μ g的万托林。在肺功能检查结束后所有受试者均进行慢性阻塞性肺疾病评估测试问卷(CAT)的调查。5.统计学方法采用SPSS 19.0软件进行统计学分析,A、E、M各组HRCT各项测量指标与肺功能指标的测量值用x±SD表示,组间比较若符合正态分布,且方差齐,采用ANOVA进行多组间比较,两两比较选择LSD-t检验；若样本不符合正态性分布或方差不齐,选择Kruskal-Wallis H检验,两两比较选择采用Mann-Whitney U检验。P0.05表示有统计学意义。[结果]81例COPD患者中A型35例,E型20例,M型26例。1.A、E、M分型总体比较分析①PFT指标FEV1/FVC、FEV1%预计值、MMEF、MEF50、MEF25及R5-R20在三组中有差异(P0.05),它们在A、E、M组的测量平均值分别为(56.19±11.40、45.27±9.37、37.01±9.14)、(70.74±19.49、50.89±15.73、36.24±11.15)、(26.33±14.73、14.26±5.76、10.81±4.53)、(30.69±18.04、14.50±6.71、9.98±3.85)、(21.11±11.47、13.72±6.63、12.88±6.16)、(0.29±1.36、2.43±5.92、2.60±7.02),Z5、R5、R20在三组中无差异(P0.05)；②年龄在三组中不存在差异(P0.05);③CAT评分、BMI指数及GOLD分级在三组之间有差异(P0.05)。2.A、E、M分型的两两比较分析①A型与E型比较：普通肺功能指标及肺通气功能指标在两组中均存在差异性(P0.05);IOS指标Z5、R5、R20在两组中无差异(P0.05),但R5-R20在两组中有差异(P0.05);CAT评分及BMI指数在A型与E型中无差异(P0.05),但GOLD分级在两组中有差异(P0.05)；②A型与M型比较：FEV1/FVC、FEV1%预计值、MMEF、MEF50、MEF25及R5-R20在两组中均存在差异性(P0.05),只有Z5、R5、R20无差异(P0.05)；CAT评分、BMI指数及GOLD分级在两组中均有差异(P0.05)；③E型与M型比较：除FEV1/FVC、FEV1％预计值、MMEF、MEF50在两组中有差异(P0.05),MEF25.Z5.R5.R20.R5-R20在两组中均无差异(P0.05);BMI指标、CAT评分及GOLD分级在E型与M型有差异(P0.05)。[结论]1.不同的CT分型的COPD患者普通肺功能指标和肺通气功能指标不同,FEV1%、FEV1/FVC、MMEF、MEF50、MEF25在三组中均有差异。2.不同的CT分型的COPD患者临床表现不同,CAT评分及BMI指数在三型中多有差异,M型的一般情况最差,临床表现更严重。3.Z5、R5、R20在三型中的差异性不明显,但是R5-R20在三型中多有差异,并且该值在E型与M型更高,说明气道的炎症及肺组织严重的破坏均会引起外周气道阻力的增加。4.M型的肺功能各项指标在三型中最差。相同GOLD级别但是CT表型不同的COPD患者肺功能指标及一般情况具有明显差异性。
【关键词】：慢性阻塞性肺疾病 X线计算机断层成像 肺功能 COPD 体层摄影术 X线计算机 肺功能
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R563.9;R816.4
【目录】：

• 摘要3-11
• ABSTRACT11-21
• 前言21-29
• 参考文献25-29
• 第一章 COPD患者CT定量测量指标与肺功能之间的相关性研究29-53
• 1. 材料与方法30-35
• 2. 结果35-46
• 3. 讨论46-48
• 4. 结论48-49
• 5. 本实验的不足之处49
• 参考文献49-53
• 第二章 不同CT表型的COPD患者肺功能的特点分析53-69
• 1. 材料与方法53-58
• 2. 结果58-62
• 3. 讨论62-64
• 4. 结论64-65
• 5. 本实验的不足与展望65
• 参考文献65-69
• 缩略词中英文对照表69-70
• 就读硕士期间的成果70-71
• 致谢71-72

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本文编号：662537