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目的通过对哮喘和慢性阻塞性肺疾病(chronic obstructive pulmonary disease,COPD)患者胸部高分辨率CT(high resolution computed tomography, HRCT)扫描,利用胸部容积复合采集和重建软件Thoracic VCAR的气道自动分析功能,探讨哮喘和COPD患者段和亚段支气管重构的特点;通过阈值限定图像分割技术及SSD 3D-lung三维后处理技术定量分析哮喘和COPD患者的肺容积及肺密度指标,探讨CT肺功能参数与支气管重构的相关性。方法1.由新桥医院呼吸研究所严格筛选受试对象,告知本次检查性质并得到本人同意后成为受试者,最终选取哮喘34例,COPD 32例,正常对照24例。扫描前对受试对象进行呼吸训练30分钟,使受试者的心理状态与呼吸节奏达到正常值,以更好的配合胸部HRCT扫描。胸部CT扫描参数设置为,管电压120 kV,管电流80 mA,螺距1.375:1,层厚:5 mm,层间距5 mm。扫描后薄层重建图像,层厚0.625 mm,层间距0.625 mm。由肺底向肺尖方向扫描,不使用造影剂。2.对扫描野双肺区进行描述性观察,再采用胸部容积复合采集和重建软件Thoracic VCAR分别对每一位受试者段和亚段支气管进行数据测量。包括左上肺尖段与尖亚段支气管、右上肺尖段与亚段支气管、左下肺后基底段与亚段支气管、右下肺后基底段与亚段支气管共8支支气管,每一支气管测量数据有:壁厚度(wall thickness, WT)、腔内径(inner diameter, Din)、壁面积(wall area, WA)和壁面积百分比(percentage of wall area, WA%)共4个指标,即每一例受试者共测量32个数据指标。并计算平均值,各参数平均值值除以体表面积(body surface area, BSA)后,采用单因素方差分析统计3组间各指标的差异,组间比较采用S-N-K检验。3.扫描图像通过阈值限定图像分割技术及SSD 3D-lung三维后处理技术定量分析各组样本的CT肺功能指标,包括肺容积和肺密度各2个指标。(1)全肺容积(total lung volume, TLV),选取-300 HU～-1024 HU区间阈值提取肺组织,并对提取不全的肺模型进行手工修复,取得完整肺模型图像测量肺容积;(2)部分肺容积(part lung volume, PLV),选取-900HU～-1024HU区域值提取肺组织,进行数据检测;(3)体素指数(volume index, VI),-900HU～-1024HU区域部分肺容积占TLV的百分比;(4)平均肺密度(mean lung density, MLD),-300 HU～-1024 HU区间平均肺密度。采用SPSS 13.0软件比较CT肺功能各参数的各组间差异,并分析CT肺功能参数与支气管参数间的相关性。结果一、哮喘和COPD患者气道重构的HRCT定量研究1.肺部CT的描述性结果34例哮喘患者中,28例(82.35%)表现为段支气管壁增厚,22例(64.71%)表现为亚段支气管壁增厚。7例可见支气管扩张,以柱状支气管扩张为主,5例伴有不同程度的小叶中心型肺气肿及空气潴留征象。32例COPD患者中,19例(59.38%)表现为段支气管壁增厚,多为轻~中度增厚,23例(71.88%)表现为亚段支气管壁增厚,9例可见支气管扩张,13例合并肺实质的改变,表现为小叶中心型肺气肿及空气潴留征象。2. HRCT测量分析气道重构(1)支气管壁厚度哮喘和COPD的左尖段支气管WT大于正常对照组(P<0.05),COPD患者段支气管WT略小于哮喘患者,但差异无统计学意义。哮喘患者的右后基底亚段支气管WT与正常对照组无统计学差异外,其余亚段支气管均比正常对照WT大(P < 0.05)。COPD组各亚段支气管WT大于哮喘组,差异有统计学意义(P < 0.05)。(2)支气管腔内径哮喘和COPD患者的段支气管腔内径变窄,段支气管Din小于正常对照组(P < 0.05)。哮喘和COPD患者的亚段支气管腔内径也变窄,亚段支气管Din小于正常对照组(P < 0.05)。COPD的各亚段支气管Din略小于哮喘,但差异无统计学(3)支气管壁面积除COPD患者的右后基底亚段支气管的WA较哮喘和正常对照组增大外,其余各段和亚段支气管的WA相比较,正常对照、哮喘和COPD患者三组间均数差异均无统计学意义。(4)支气管壁面积百分比COPD患者右尖段的WA%与正常对照无明显差异外,其余段支气管的WA%均大于正常对照(P<0.05)。哮喘患者的左、右尖段支气管WA%均大于COPD(P<0.05),但左、右后基底段支气管WA%与COPD差异无统计学意义。(5)哮喘和COPD患者的段支气管测量参数比较,Din和WA%差异有统计学意义(P<0.05),哮喘和COPD患者的亚段支气管均表现为WT和WA%增大,Din变小,WT、Din、WA%差异有统计学意义(P<0.05)。(6)哮喘和COPD患者支气管各参数平均值BSA修正后的比较,除WA/BSA外,其余各参数差异均有统计学意义(P<0.05)。二、哮喘和COPD患者肺功能改变的CT评价及其与支气管改变的相关性1. CT肺功能参数TLV、PLV、VI在正常对照、哮喘和COPD组依次增大,不同组之间TLV、PLV差异有统计学意义(P < 0.05),VI在COPD患者和正常对照之间差异有统计学意义,哮喘和正常对照组之间差异无统计学意义。MLD在正常对照、哮喘和COPD组依次降低,哮喘和COPD患者的MLD低于正常对照组,差异有统计学意义(P < 0.05)。2. BSA修正后CT肺功能指标正常对照、哮喘和COPD患者的TLV/BSA及PLV/BSA依次增大(P < 0.05)。BSA修正前后三组病例的CT肺功能指标测量结果差异均有统计学意义(P < 0.05)。3. CT肺功能指标与支气管各参数的相关性支气管壁厚度(WT)越厚,或腔内径(Din)越小,或支气管壁面积(WA)越大,或支气管壁面积百分比(WA%)越大,则肺总量(TLV)及部分肺容积(PLV)及体素指数(VI)越大,同时平均肺密度(MLD)也越低。4. BSA修正后CT肺功能指标与支气管各参数的相关性CT肺功能指标与WT/BSA、WA/BSA、WA%呈正相关关系,TLV/BSA和PLV /BSA与Din/BSA呈负相关关系。结论1.哮喘患者的气道重构在段和亚段支气管均较明显,COPD患者的气道重构在亚段支气管较明显,正常组、哮喘组、COPD组各亚段支气管WT依次增大,有统计学意义。COPD的各亚段支气管Din略小于哮喘,但差异无统计学。哮喘患者的左、右尖段支气管WA%均大于COPD,有统计学意义。2.支气管各参数体表面积修正后能更客观反映患者的气道重构情况。哮喘和COPD患者支气管各参数平均值BSA修正后的比较,除WA/BSA外,其余各参数差异均有统计学意义。同时在身高体重变异不大情况下,不经BSA修正也能反映气道重构和肺功能。3. HRCT结合阈值限定图像分割技术及SSD 3D-lung三维后处理技术适用于CT肺容积和肺密度的测量。4. COPD患者肺容积的增大程度比哮喘明显,VI值更高,其肺密度也更低。5. CT肺功能参数与支气管参数具有较高的相关性,并且与亚段支气管的相关系数更高。支气管壁厚度(WT)越厚,或腔内径(Din)越小,或支气管壁面积(WA)越大,或支气管壁面积百分比(WA%)越大,则肺总量(TLV)及部分肺容积(PLV)及体素指数(VI)越大,同时平均肺密度(MLD)也越低。