研究背景CT的问世,使的我们对肺内病变的了解和诊断有了飞跃性的进步,当前CT的不断更新换代,又不断出现很多应用于临床的新功能。多层螺旋CT (Multi-sliceCT, MSCT)的使用能在更高的时间分辨力和更高的空间分辨力的基础上产生冠状、矢状和各种斜位图像：由此而产生的动态增强现在也可用来评价血管结构和肺灌注。这两项优势使得CT对肺的评价开始从静态的形态学研究逐渐转入动态的和定量的形态学或功能学研究,形态学和功能学的结合将会是未来CT研究的方向。CT对于肺动脉的形态学测量具有重要的临床意义,过去三十多年来,许多研究证实应用CT能准确的测量肺动脉的管径并能可靠的评价肺动脉高压(Pulmonary Hypertension, PH),主肺动脉干直径增加是判断肺动脉高压的可靠指标,当其直径大于28.6mm时诊断为肺动脉高压的特异性为100%。也有研究发现肺动脉直径与升主动脉直径的比值能更好的评价肺动脉压力,更有学者对肺动脉分支与其相对应的支气管的关系进行研究以此来评价肺动脉高压。但是,大部分研究确认肺动脉扩张是在CT横轴位图像上通过测量部分肺动脉主干或分支血管直径来进行分析,不能反映肺动脉高压状态下肺动脉树的形态学特征。肺动脉高压状态下肺动脉树的形态学改变通常用定性的方式来描述,对于血管走形紊乱、肺动脉呈枯枝样改变的评价,则缺乏定量分析的方法。分形维数(Fractal dimension, FD)分析是一种能够分析自然界中不规则物体或图像的数学方法,在多种学科中得到广泛应用。在医学领域中,分维分析已经被广泛应用于病理、解剖、医学图像等研究中。应用FD分析可通过对常规x线胸部图像进行研究以此来定量评价肺血流量的改变,应用FD分析对CT图像的研究中,有学者为了在整个肺组织中区分正常区域和肺气肿区域,应用此方法对肺气肿进行了定量研究。对于肺动脉树的FD分析,多集中于解剖学研究,这些解剖学的研究可获得准确和详细的肺动脉信息,但仅限于离体状态下。FD分析提供了一种潜在的观察和定量研究CT肺动脉图像的方法。CT肺灌注是肺功能学研究最早也是较成熟的成像方式。肺灌注成像是一种重要的临床检查手段,通过观察区域性的灌注改变有助于做出准确的临床诊断,同时能够评价肺功能的缺损。肺实质的灌注能提供一种灌注的可视化显示,同时能定量评价因肺栓塞或肺气肿导致的肺血流量的减低。核素闪烁成像法被认为是评价肺灌注的金标准,但是它却具有自身本质上的不足,该方法的空间和时间分辨率较低。MRI因其具有较高的空间分辨率和能够观察肺叶和肺段灌注异常的能力而被看作是一种较为有前途的技术。但MR不能准确评价肺实质的形态学特征,在对肺灌注成像时往往需要高分辨率CT的协同帮助,因此在对比研究肺灌注受损区域和肺内形态学改变时不得不增加其他检查方式,这就增加了患者负担和造成社会资源的浪费。近些年,由于CT设备的发展,肺部CT灌注成像开始受到人们的重视。双源CT系统通过发射不同能量的x射线可同时获取两套螺旋CT数据,根据碘的x线吸收特性,双源CT可形成碘的分布图以此来模拟肺灌注成像,通过减影的方式处理增强前后的CT数据,应用一种新的CT图像后处理技术对图像进行彩色编码也可用于模拟肺灌注成像以此来评价形态学和功能改变。但是,所有这些技术不能提供真正的灌注测量,由于这些模拟灌注成像并不是来源于动态CT图像,因此他们只能提供肺灌注的图像而不能作为定量分析研究。常规CT由于受限于探测器的排列方式和宽度,因此覆盖范围较小。随着CT技术的快速发展,当前对整个组织器官的容积CT灌注得以实现,新近的128层螺旋扫描设备具有自身独有的技术特点,使大范围动态扫描成为可能。通过双向钟摆式往复移床方式和较宽的探测器阵列,覆盖范围最大可达27cm,能覆盖较大器官和肿瘤对其进行灌注成像。通过新设备的引入使得全面评价总的肺实质灌注成为可能。本研究的目的是通过两个部分评价多层螺旋CT对肺动脉树形态学和肺实质灌注的定量研究,第一部分主要是在肺动脉高压患者中,应用分维数对多层螺旋CT形成的肺动脉树的形态学改变进行定量分析,评价肺动脉高压者和无肺动脉高压者肺动脉树分维数的差异,并探讨其影响因素。第二部分主要是应用128层螺旋CT评价全肺动态容积灌注的可行性,并对其进行定量研究和肺灌注可视化定性显示。评价正常肺实质的在重力方向和非重力方向上区域性的灌注参数差异,对病理状态下肺实质容积灌注参数与正常肺实质间的对比研究。第一部分应用分形维数对多层螺旋CT肺动脉树的形态学改变进行定量分析目的：本研究目的为在肺动脉高压患者中,应用分维数对多层螺旋CT形成的肺动脉树的形态学改变进行定量分析。材料和方法：将14名肺动脉高压患者和17名无肺动脉高压者纳入研究范围,其中无肺动脉高压者作为对照组。所有受检者分别进行增强螺旋CT扫描和经胸的超声心动图检查。应用后处理软件形成肺动脉树,在个人计算机中借助专业图形处理软件(ImageJ software)对肺动脉树的投影面积及其分维数进行计算。对肺动脉高压组和无肺动脉高压组的分维数、肺动脉树投影面积和肺动脉压力进行统计学评价。结果：肺动脉高压患者的肺动脉树分维数、肺动脉树投影面积和肺动脉压力均高于无肺动脉高压者(p<0.05, t-test)。分维数与肺动脉压力间有较高的相关性(r=0.82,p<0.05,偏相关分析)。分维数与肺动脉树投影面积间存在较轻的相关性(r=0.49,p<0.05,偏相关分析)。肺动脉压力与肺动脉树投影面积间亦存在相关性(r=0.65,p<0.05, Pearson相关分析)。结论：肺动脉高压患者的肺动脉树的分维数要显著高于无肺动脉高压者,而且分维数与肺动脉压力间存在较高的相关性。第二部分应用128层螺旋CT对全肺容积灌注评价的可行性研究目的：本研究的目的是应用128层螺旋CT评价全肺动态容积灌注的可行性,并对其进行定量研究和肺灌注可视化定性显示材料和方法：对照组为肺实质正常组,该组包含17名受检者,此受检者无肺功能受损或弥漫性肺病的征象,15名患者组成肺实质异常组(5名受检者患急性肺栓塞,10名受检者患有不同程度肺气肿)。所有受检者均进行动态容积灌注CT检查,动态容积灌注覆盖范围约20.7cm,分别计算动态增强图像的肺血流量(PBF)、肺血容量(PBV)和平均通过时间(MTT)。在正常和异常肺实质组分别对区域性和容积性的PBF、PBV和MTT进行统计学分析。结果：在正常肺实质组内,重力方向上与非重力方向上区域性PBF、PBV和MTT存在显著性差异；全肺动态容积灌注能清晰显示灌注缺损区和增强区,尽管有几个肺叶体积较大超过20.7cm的覆盖范围,但是在正常肺实质和异常肺实质组间动态容积灌注CT的PBF和PBV均存在显著性差异。结论：应用128层螺旋CT定量及可视化定性评价全肺动态容积灌注具有可行性,对于全肺的形态和功能学特征仅用一种检查就能进行全面评价。