肺纖維化合并肺氣腫綜合征定量CT與肺功能的相關性分析

崔 璐, 程留慧, 朱永月, 孫櫻函, 王默涵, 王道清*

1. 河南中醫藥大學, 河南 鄭州 450004; 2. 河南中醫藥大學第一附屬醫院放射科, 河南 鄭州 450000

慢性阻塞性肺疾病和肺間質纖維化是由不同的臨床、病理學和影像學特征定義的兩種疾病,長期以來醫學界認為二者并無關聯。然而在2005年,Cottin等[1]提出了肺纖維化合并肺氣腫(combined pulmonary fibrosis and emphysema,CPFE)綜合征,可由高分辨率CT(high resolution CT,HRCT)診斷出同一患者的上肺野出現肺氣腫,而下肺野及胸膜下出現肺纖維化現象。醫學界自此認識到肺氣腫和肺纖維化這兩種疾病可以共存于同一患者。研究發現,CPFE好發于具有吸煙史的男性,臨床表現為進行性加重的呼吸困難,肺容量基本正常但是彌散功能顯著下降[2]。CPFE綜合征總體預后不佳,5年生存率約55%[3],中位生存期為2.1～8.5年[4]。CPFE的并發癥主要有慢性呼吸衰竭、肺動脈高壓、病情急性加重和肺癌。與單純的肺間質纖維化或肺氣腫相比,CPFE患者的死亡率更高,危害更大。本研究通過評估CPFE的定量CT指標與肺功能(pulmonary function,PFT)的相關性,旨在提高臨床醫師對CPFE的認識。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2021年5月至2023年5月于河南中醫藥大學第一附屬醫院就診的CPFE患者88例,其中男80例,女8例,年齡47～89歲,平均年齡(70.5±8.1)歲。同期肺氣腫患者96例,其中男66例,女30例,年齡47～94歲,平均年齡(71.6±8.6)歲。所有入組人員均行HRCT及肺功能檢查。本研究已取得所有患者同意。

1.2 納入與排除標準[1]

CPFE組納入標準:HRCT上顯示上肺野分布為主的肺氣腫征象,表現為邊界清楚的低密度影,無壁或者薄壁(<1 mm),或者肺大皰(直徑>1 cm);HRCT上顯示胸膜下及兩下肺為主的顯著肺纖維化改變,即網格狀改變、蜂窩狀改變、牽張性支氣管擴張及磨玻璃影改變,可伴有局部肺組織破壞及實變影。肺氣腫組納入標準:HRCT雙側肺野呈無壁或薄壁(<1 mm)的低透光區,或多個肺大皰(直徑>1 cm)存在。排除標準:未行HRCT及肺功能檢查的患者;CT圖像偽影明顯或圖像質量不佳影響軟件分割;合并其他肺部疾病,如肺腫瘤、氣胸、胸腔積液等;其他病因明確的肺間質性疾病,如結節病、塵肺、過敏性肺泡炎等;以及其他較嚴重的心臟、肝臟、腎臟等方面的疾病。

1.3 CT檢查及定量分析

采用飛利浦MX16 EVD CT進行平掃,掃描前對患者進行呼吸訓練?；颊呷⊙雠P位,頭先進,雙手上舉。掃描范圍從胸廓入口至膈下。掃描參數:管電壓120 kV,管電流160～200 mAs。掃描矩陣512×512,重建層厚1 mm,重建間隔0.5 mm。圖像以DICOM格式存儲。定量CT分析:利用后處理軟件3D Slicer中的Chest Imaging Platform模塊(5.2.2版本,https://www.slicer.org/)將患者數據導出,該軟件可自動提取肺實質,計算全肺容積(total lung volume,TLV)、正常肺區域百分比(normal lung area percentage,NL%)、低密度衰減值(low-density attenuation value,LAA%-950)及高密度衰減值(high-density attenuation value,HAA%-700)(圖1)。將CT值介于-1024～-200 HU之間并排除氣管的部分作為肺組織,以-950～-700 HU像素占全肺像素的比值為正常肺區域百分比(NL%)[5],以CT透過度≤-950 HU測定肺內低衰減區所占比例(LAA%-950),以CT透過度≥-700 HU測定肺內高衰減區所占比例(HAA%-700)[6]。

圖1 3D Slicer軟件自動分割的CT圖像

1.4 肺功能檢查

采用德國耶格公司MasterScreen肺功能儀測定肺功能,測試內容包括:(1)肺容量指標:肺活量(VC)、總肺活量(TLC)、殘氣量與總肺活量的比值(RV/TLC)。(2)肺通氣指標:用力肺活量(FVC)、第一秒用力肺活量(FEV1)、第一秒用力肺活量與用力肺活量比值(FEV1/FVC)。(3)彌散指標:一氧化碳彌散量(DLCO)、一氧化碳彌散量與肺泡通氣量比值(DLCO/VA)。除FEV1/FVC、RV/TLC為實測值,上述其他指標均采用實測值占預計值百分比表示(%pred)。

1.5 統計學分析

2 結果

2.1 CPFE組與肺氣腫組臨床特征比較

兩組患者均以男性為主(CPFE組90.9%,肺氣腫組68.8%),男性比例差異具有統計學意義(P<0.001)。CPFE組的吸煙比例高于肺氣腫組(CPFE組86.4%,肺氣腫組53.1%),吸煙比例差異有統計學意義(P<0.001)。CPFE組和肺氣腫組吸煙包年年份中位數分別為100包年和40包年,CPFE組包年年份中位數明顯高于肺氣腫組(P<0.001)。兩組間年齡、體質量指數(BMI)差異均無統計學意義(P值均>0.05)。見表1。

表1 CPFE組與肺氣腫組臨床特征比較

2.2 CPFE組與肺氣腫組肺功能與定量CT比較

在兩組患者的肺功能比較中,肺氣腫組患者TLC%pred、RV/TLC、一氧化碳彌散量占預計值的百分比(DLCO%pred)及DLCO/VA%pred均較CPFE組顯著升高(P值均<0.05),FEV1%pred、FEV1/FVC%pred均較CPFE組顯著降低(P值均<0.05)。兩組的肺活量占預計值的百分比(VC%pred)、用力肺活量占預計值的百分比(FVC%pred)差異無統計學意義(P值均>0.05)。在兩組的定量CT指標比較中,肺氣腫組全肺容積、LAA%均較CPFE組顯著升高(P值均<0.05),HAA%較CPFE組顯著降低(P值均<0.05)。兩組的NL%差異無統計學意義(P值均>0.05)。見表2。

表2 CPFE組與肺氣腫組肺功能和定量CT指標比較

2.3 CPFE綜合征患者定量CT指標與肺功能指標的相關性

CPFE中,全肺容積與TLC%pred、RV/TLC存在正相關(P值均<0.05),與FEV1%pred、FEV1/FVC存在負相關(P值均<0.05),與VC%pred、FVC%pred、DLCO%pred、DLCO/VA%pred無相關性。HAA%與FEV1/FVC存在正相關(P值<0.05),與VC%pred、TLC%pred、FVC%pred、DLCO%pred、DLCO/VA%pred存在負相關(P值均<0.05),與RV/TLC、FEV1%pred無相關性。LAA%與FEV1%pred、FEV1/FVC、DLCO%pred、DLCO/VA%pred存在負相關(P值均<0.05),與VC%pred、TLC%pred、RV/TLC、FVC%pred無相關性。NL%與VC%pred、FEV1%pred、FVC%pred、DLCO%pred、DLCO/VA%pred存在正相關(P值均<0.05),與TLC%pred、RV/TLC、FEV1/FVC無相關性。見表3。

表3 CPFE綜合征患者TLV、HAA%、LAA%、NL%與肺功能的相關性分析

2.4 預測CPFE的多因素Logistic回歸分析結果及ROC曲線分析結果

多因素Logistic回歸分析結果顯示,預測CPFE的獨立預測因子為TLC%pred、FEV1/FVC、DLCO%pred、DLCO/VA%pred、HAA%、TLV,見表4。ROC曲線分析結果見表5和圖2。

表4 預測CPFE的多因素Logistic回歸分析結果

表5 ROC曲線分析結果

圖2 FEV1/FVC、HAA%、TLV的受試者操作特征曲線

3 討論

CPFE是近年來逐漸受到關注的獨特疾病,突破了肺氣腫和肺間質纖維化定義的限制。由于其高發病率、差預后、缺乏統一診斷標準和治療手段,呼吸科醫生對其越發關注。肺氣腫作為慢性阻塞性肺疾病之一,定義為細支氣管遠端氣道的彈性減退,導致氣道過度膨脹、充氣和肺容積增大,或者同時伴有氣道壁破壞。近期研究表明肺氣腫進展期可伴發肺間質纖維化,常見于肺氣腫晚期,逐漸替代了肺氣腫的固有變化[7],CPFE患者可在同一HRCT檢查中表現為肺上葉肺氣腫和肺下葉肺纖維化。肺間質纖維化是肺氣腫進展的病理終點,且隨肺氣腫病情加重和病程延長,肺間質纖維化風險增加[8]。然而,對于CPFE的定量CT研究尚不充分,本研究通過分析CPFE綜合征定量CT與肺功能的相關性,旨在提升醫生對其的認識。

吸煙已被證明是慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)和特發性肺纖維化的主要病因,目前有文獻報道[4,9],幾乎所有的CPFE綜合征患者都有吸煙史。因為煙草中含有4000多種化學物質,所以研究人員普遍認為肺氣腫是典型的吸煙導致的肺部疾病。另外,吸煙也能刺激肺組織發生纖維化改變[9]。CPFE患者中,90%以上的CPFE患者為男性,男性好發CPFE的原因可以認為是男性吸煙比例高于女性[1,10]。本研究發現,CPFE好發于老年吸煙男性,與肺氣腫有明顯差異,與上述研究結果一致。

肺氣腫和肺纖維化具有不同的生理作用。肺氣腫通常表現為阻塞性通氣功能障礙,肺彈性回縮力降低,順應性增加,導致總肺活量(TLC)增加,最大呼氣流速降低。而肺纖維化呈現限制性通氣功能障礙,肺的彈性回縮力增加,順應性降低,導致肺總量減少,在給定肺容量下最大呼氣流速不變甚至增加。由于CPFE綜合征患者同時患有肺氣腫與肺纖維化,兩者的生理作用相互抵消,使得患者在常規肺功能檢查中經常表現出正常的肺容量,但是由于肺氣腫與肺纖維化均會造成彌散能力下降,兩者疊加作用導致患者彌散功能障礙[11]。相較于肺氣腫患者,CPFE患者的氣流受限程度較低,CPFE中用力肺活量(FVC)和總肺活量(TLC)的平均值通常在相對正常的范圍內,但DLCO的降低程度高于肺氣腫患者,而肺氣腫的FEV1、FEV1/FVC的預測值均顯著降低[12]。本研究中CPFE組DLCO%pred、DLCO/VA%pred、TLC%pred、RV/TLC均低于肺氣腫組,而肺氣腫組的FEV1、FEV1/FVC均低于CPFE組,與既往研究一致。

鑒于胸部X線檢查的漏診率高,CT特別是HRCT被認為是CPFE最準確的診斷方式。HRCT上肺氣腫和肺纖維化的程度可以預測CPFE患者的死亡率[13]。部分研究指出HRCT影像學參數在評估CPFE方面具有廣闊的發展前景和研究價值[14]。因此,CPFE更被視為一個影像學概念,而非病理概念。由于早期CPFE缺乏明顯的臨床表現,使得早期CPFE患者在進行一般影像學檢查時出現漏診、誤診等情況。而定量CT可以準確計算出患者肺部的病變區域占比,這對于CPFE的早期診斷具有重大意義。研究發現,肺氣腫的全肺容積(TLV)與LAA%高于CPFE,而右肺密度和左肺密度均低于CPFE。全肺容積及LAA%對CPFE的死亡率有顯著預測作用[15]。王瑩等[16]發現,HRCT所示纖維化程度與VC%pred、RV%pred、TLC%pred、FVC%pred呈負相關,所示肺氣腫程度與FEV1%pred、FEV1/FVC呈負相關。Schmidt等[17]研究發現,第一秒用力肺活量(FEV1)與肺氣腫程度有一定的相關性,且FEV1的緩慢降低及第一秒用力肺活量與用力肺活量比值(FEV1/FVC)>1.2都是CPFE死亡率的預測性指標。本研究中,TLV、HAA%、LAA%均與FEV1/FVC相關性最高(r值分別為-0.67、0.36、0.43,P值均<0.05),NL%與DLCO%pred相關性最高(r=0.53,P<0.05)。既往研究發現,DLCO的下降往往與預后有關,HAA%和LAA%都是預測DLCO%的獨立因子,但HAA%的預測能力優于LAA%[6]。本研究結果顯示,FEV1/FVC、HAA%、TLV是鑒別CPFE與肺氣腫的獨立預測因素,對于CPFE的早期發現及預后具有指導意義。

然而,本研究存在局限性,包括CPFE組與肺氣腫組樣本量較少,是回顧性研究,可能受病例選擇偏倚影響。

綜上所述,定量CT指標可用于CPFE的診斷,且可在一定程度評估肺功能的損害情況。