文摘
气道重塑是一个完善的特性在哮喘和慢性阻塞性肺疾病(COPD),继发于慢性气道炎症。改建的结构性变化在病理检查气道壁已被证明显示相似但也不同。今天计算机断层扫描(CT)是一个了不起的工具来评估气道壁形态在活的有机体内自submillimetric收购在整个肺容积可以允许获得3 d评估。最近,CT-derived指标描述了从CT图像中提取和被认为评估气道重塑。这可能有助于理解复杂的机制改造的过程,目前仍不完全清楚。本文总结了量化描述的各种方法使用CT气道重构在哮喘和慢性阻塞性肺病,和异同将强调这两种疾病。
1。介绍
哮喘和慢性阻塞性肺病是最著名的阻塞性肺疾病和影响数以百万计的人发病率增加。在他们的纯粹的形式,临床表现是不同的(1]。哮喘是一种年轻的非吸烟者开始,相关的情景和可逆的气道阻塞在回应刺激。相反的慢性阻塞性肺病的特征是与烟草有关的气流阻塞,这是进步的和不可逆的2]。气道重塑是一个行之有效的结构特征在两种疾病,虽然是慢性气道炎症的结果。这个过程的复杂机制是不完全理解3]。病理,包括气道重构在气道壁结构改变,如上皮基底膜厚度增加,平滑肌细胞肥大,支气管旁纤维化。虽然相似,但改造特性这两种疾病是不同的(4]。上皮似乎更脆弱的哮喘、上皮膜厚度和支气管平滑肌在慢性阻塞性肺病厚比。严重cortico-dependent哮喘,支气管壁改造涉及neoangiogenesis过程。在慢性阻塞性肺病,上皮细胞显示粘膜化生,和炎症与肺泡附件,周围支气管旁纤维化。相反,肺气肿严重的慢性阻塞性肺病的特征,包括肺泡壁的破坏。计算机断层扫描(CT)似乎是一个有效的和敏感的工具来研究肺和支气管的形态学变化在活的有机体内(5,6]。的整个体积可以评估肺submillimetric收购允许三维重建,并使用专用软件全自动定量测量是可行的。CT-derived指数被定义并提出有用的工具来评估气道壁改造(7,8]。这个文献回顾总结发达国家评估气道重构的方法,他们的发现,并讨论之间的相似之处和差异发现使用CT哮喘和慢性阻塞性肺病。
2。定量CT Large-to-Intermediate航空公司
2.1。定量CT用于气道壁
2.1.1。量化的气道壁厚
气道壁厚是一个特异性的特性和主观视觉发现在大多数阻塞性肺部疾病增加。CT方法开发了测量和改进的再现性评估。病理上,气道壁厚可以改造的结构变化有关,而且与水肿和炎症细胞的浸润3]。因此,在CT扫描,足够的抗炎治疗建议当目标是评估结构变化反映改造功能(9,10]。
导电航空大于1毫米直径在CT扫描清晰可见,和CT-derived方法测量墙的尺寸已经开发出来。基本原理是段气道管腔内的区域(LA)和支气管总面积(WT)。然后墙上区域(WA)对应于佤邦= WT - LA的区别。佤邦WT %代表WA正常化,也就是说,WA % = (WA / WT)×100。佤邦和拉并不是独立于身体高度,和他们应该正常的身体表面积(BSA),以减少个人间的变化。
各种方法从CT图像中提取这些数据已报告。手动方法一直在跟踪第一次描述了,由一维内部(L)和外部(D)支气管壁(图1(b))。D和L测量后,壁厚计算指标与支气管内部和外部周边的假设是完全圆的形状,和周围的支气管壁厚是常数截面(11- - - - - -13]。然而,支气管轮廓可能存在违规行为,尤其是在病变支气管,改造过程不是压痕齐次支气管壁周围。因此,人工测量方法可能产生偏见。
考虑支气管壁的形状变化,作者提出了CT图像上手动跟踪整个外部和内部墙周边(14]。一个推断应该执行当外墙毗连容器(图1(c))。由于其几何几乎垂直于轴向平面,正确的顶端支气管(RB1)最常见的研究(15]。然而,手工方法耗时,接触到内部,interobserver可变性和容易视差错误当重建平面不严格垂直于测量支气管。
半自动计算方法是后来发展到允许更可靠和可再生的量化。计算算法实现了段气道壁轮廓和气道壁尺寸计算16]。使用的大多是半宽度(应用方法(图2)。的原则是两个极端的值之间的差异在墙上衰减等于一半最大(17,18]。提出了其他方法,他们都倾向于减少内部和interobserver可变性的壁厚测量。尽管他们已经证明不可以互换在纵向研究中,仍没有共识关于要使用哪一个是最合适的。
2.1.2。量化的气道壁衰减
气道壁密度是x射线衰减的结果支气管壁组件。与壁厚不同,因为它提供的信息主要是与组织的相关组件呈现到气道壁。例如一个薄钙化支气管可能衰减高于厚noncalcified另一个。这个指数最近强调的使用。
在小鼠哮喘模型,Lederlin et al。19]研究了支气管旁衰减(PBA)使用微CT和46个微米的空间分辨率。他们描述了一个手动方法来段支气管旁空间和测量墙内的衰减半径的圆周的任意等于目标支气管。在COPD患者中,Washko et al。17)和Yamashiro et al。18]研究了峰值衰减(PWA)值。理解这个新的生物标志物,其价值从支气管壁中提取单一强度曲线,向外辐射的质心气道腔(图2)。这种新方法倾向于更好的描述气道壁组件通过全球衰减CT图像。然而,手动和半自动方法原则并不完全独立使用的半最大值宽度从气道壁厚18]。
2.1.3。支气管树分割
支气管树可以使用专用的软件提取CT收购(20.,21]。播种区域增长算法(图2)由使用bithresholding支气管腔的分割。点手动放置在气管内,招募和体素连接到种子点。支气管的骨架体积计算,允许垂直的飞机在有针对性的支气管。佤邦指数自动提取。三维几何的支气管树得以成像,这是有关了解改变哮喘的异质性。然而,人类支气管树显示平均24部门包括气管,只有10个部门使用这种方法是合理可行的。在慢性阻塞性肺病,肺气肿的存在区域不允许种子区域增长算法来区分从肺气道腔薄壁组织以外的节段性或叶的水平(22]。
2.2。气道壁改造使用定量CT在哮喘和慢性阻塞性肺病
在哮喘中,改造过程包括整个支气管树,从大到小导电航空公司(4]。从在活的有机体内活检,支气管壁厚,使用CT测量,已被证明与改造特征病理检查。佤邦之间的强相关性被发现/ LA指数和上皮和板网状带厚度(23],平滑肌区域和渗透的平滑肌肥大细胞(24]。相关性的壁厚增加功能测试也被研究过,但结果是有争议的。例如,因为增加平滑肌细胞层条件发展气道过度反应(AHR)在哮喘、气道高反应性之间的相关性和支气管壁厚的增加将预期。然而,使用WA %指数,或正面(25[]或负相关性26气道高反应性已被描述。因此,出现了另一种理论表明改建和增厚哮喘气道胀的和可以解释慢性气道阻塞(26]。考虑到管腔内的面积测量,LA指标可以显示支气管扩张(27),或支气管狭窄24,28),或没有区别23,29日)在哮喘受试者相比,控制。这显然是矛盾的结果归因于参与支气管哮喘的已知的异质性。很少数据到目前为止关于气道壁衰减。在小鼠模型的哮喘,支气管旁衰减已被证明与炎症和重塑功能(19]。
在慢性阻塞性肺病,在活的有机体内侵入性测量和体外气道阻力的研究显示,远端气道气流阻塞的主要网站在慢性阻塞性肺病。使用CT,墙上的小航空公司< 1毫米直径超出了技术的空间分辨率,不能可视化。然而大型和中间航空并不是无异常(30.]。在慢性阻塞性肺病吸烟者佤邦指数增加,这些维度大于吸烟者没有慢性阻塞性肺病或不吸烟者(31日]。此外,它已被证明,航空公司的平均尺寸与内部周长大于7.5毫米的预测意味着尺寸的小航空公司的内部直径1.25毫米(32]。在COPD患者中,佤邦和LA指数之间的相关性被发现通过测量CT肺阻塞性指数测量击球时,如残预测、用力肺活量(FVC)、残余体积/肺活量(RV / TLC)和fef25% - 75%33]以及DLCO [34]。支气管壁衰减测量也评估慢性阻塞性肺病患者。使用应用算法,支气管壁的壁衰减峰值被发现与气道阻塞了击球(17,18]。
我们所知,很少有研究直接比较气道壁改造利用CT之间哮喘和慢性阻塞性肺病,和结果是不一样的。在佤邦指数数据显示,要么没有区别(12,13),或一个更大的哮喘患者气道壁厚,被认为是符合增加平滑肌质量(35]。这显然是矛盾的结果似乎基石的事实结果在佤邦指数从变异性和相关性与击球是不自由的。这种异质性可以部分解释为缺乏共识关于病人特点和WA %量化的方法。综上所述,研究人群是异构的从一个到另一个地方学习,和手动或自动量化的方法被使用。支气管参与气道的已知的异质性疾病,它可以出现支气管的知道一个随机选择的关键12,13),一个支气管测量报告RB1 [15),或一个详尽的量化在整个支气管树匹配完美疾病所需的现实。与击球相关性被报道,但没有进行病理数据来评估任何相关的结构性变化,比较的目的。由于WA %从气道非特异性的墙组件,平滑肌质量一致性在哮喘1,4)理论上可以平衡与支气管旁纤维化显示在慢性阻塞性肺病(3]。因此目前尚不清楚是否CT可以帮助区分哮喘或慢性阻塞性肺病条件使用WA %量化,并进一步评估仍然允许执行它,不信,作为临床常规的健壮的标准实践。
3所示。小气道的定量CT
3.1。定量CT方法应用于小型航空公司
3.1.1。量化的肺气肿
小导电和远端航空公司超出了人类CT的空间分辨率。然而,肺实质密度,测量CT扫描在Hounsfield单位(胡),结果从x射线衰减intralobular结构,如肺泡膜,间质毛细血管、小导电航空公司。因此,任何改变在他们中的任何一个可以修改肺衰减值,这提供了一个间接的工具来评估远端气道重塑。肺气肿是指肺泡膜的破坏和损失在小支气管和肺弹性反冲是气道重塑的一个组成部分,在严重的慢性阻塞性肺病。两种定量方法已经开发(36,37]。密度掩码方法包括在应用肺野内的密度阈值计算低密度肺压。然后,密度掩模技术的定义是肺总量的百分比LAA %,其中包含压较低的衰减比一个预定义的阈值,通常−950胡36]。百分位数法(37)是基于预定义的比例(1%、5%、15%)的体素低衰减值。半自动软件可用来提取区域的相邻像素点包含相同的肺衰减值和认为允许快速和准确的量化区域代表气性变化。
然而,已报告的局限性。矛盾的下降在戒烟后肺密度已经报道,模仿肺气肿在慢性阻塞性肺病吸烟者的迅速发展38]。在这种情况下,降低肺衰减值已经写给戒烟的一种抗炎效果不被误解。年龄和肺容积包括密度变化,但不是性性别39]。有趣的是,衰减值修改后的对比应用程序。未因此,节能CT扫描是文献[40]。
半自动软件可用来提取区域的相邻像素点包含相同的肺衰减值和认为允许快速和准确的量化区域代表气性变化(图3)。
3.1.2。小气道阻塞的量化
小气道阻塞引起的气流限制定义为空气滞留现象。生理上,困气异常保留在肺部的空气中观察到过期后阻塞性肺部疾病。结果是一个高架残余体积上击球。在呼气末CT扫描,保持空气的涉及领域低肺密度与正常相比更高价值的领域。不过,低密度区域是不特定的肺气肿和局部灌注不足以来困气的肺组织可能会有相同的效果。各种方法已经报道了困气使用CT测量,从视觉分级41]手动计数(42]。半自动的方法量化报道使用密度掩模技术。CT扫描在强制执行剩余容量(FRC)表明,intralobar密度值的意思是−856。因此,体素指标−呼气末850呃扫描被认为代表困气,肺容量涉及是否超过9.66%的肺总量(43]。然而,今天没有共识关于适合使用哪一个是最好的方法,和一个阈值的描述之间的截止值猎人和nontrappers仍在过程。
3.1.3。小气道重构使用定量CT在哮喘和慢性阻塞性肺病
在哮喘、CT肺实质变化的报告。Laurent et al。41]表明,马赛克灌注模式显著增加在哮喘主题,充满灵感,这个结果是写给缺氧性血管收缩或小气道阻塞。他们还发现,空气滞留表型是增加哮喘和健康的吸烟者,而不是控制。在哮喘患者中,空气滞留分数与小气道阻塞,FEV1和fef25 - 75%的评估,与远端小气道变化是一致的。此外,焦点和分散空气滞留(E /我比)已被证明与气道壁厚(WA %) (42]。这将表明,改造过程包括近端和远端航空哮喘。
在慢性阻塞性肺病,肺气肿和肺功能测试的程度之间的相关性良好。LAA %已被证明与FVC %预测,FEV1%预测,FEV1 / FVC, RV / TLC、DLCO / VA (44- - - - - -50]。然而,CT的主要利益不应取代击球,但允许量化结构修改和疾病表型基于CT成像。主要分布在低叶区已被证明与阻塞性障碍和DLCO51]。此外,LAA %已被证明是一个吸烟者的肺功能下降的预测与正常击球(52- - - - - -54),并与临床结果的相关性被发现(55- - - - - -57]。多元分析比较年龄、击球、BMI、肺气肿评估CT显示LAA与死亡率(%最严重58]。
然而,在临床实践中存在大量重叠之间哮喘和慢性阻塞性肺病(1,2]。在多变量分析中,Busacker et al。43]研究了一系列的哮喘病人呼气末CT扫描显示空气滞留表型。结果表明,这些患者更可能有肺炎的历史,中性粒细胞炎症,特异反应性。由于中性粒细胞炎症是符合Th1-mediated免疫反应,而不是Th2-mediated通常出现在哮喘,这种结果在一定程度上解释了为什么一个重叠可以存在于临床实践。病人确实容易开发在活的有机体内两种免疫反应时暴露于各种外生代理。
此外,妨碍小导电航空和肺泡附件相关损失和动荡和过早气道关闭期间过期。因此,它可能是难以区分肺气肿,通常不是在哮喘、困气的CT扫描,可以看到在这两种疾病。然而,松岗et al。59]报道的量化方法为了区分这两种疾病的条件。在慢性阻塞性肺病患者显示肺气肿,他们排除了体素低于950−胡肺气肿的验证代理区域CT扫描。第一步之后,他们显示肺密度的相对变化吸气和呼气CT扫描之间有很强的相关性与FEV1, fef25% - 75%,和RV / TLC,使用一个阈值测量860−胡。他们得出的结论是,他们的方法有助于区分空气滞留在慢性阻塞性肺病患者肺气肿。
4所示。视角
CT主要感兴趣的是当评估哮喘和慢性阻塞性肺病在活的有机体内。数据来自组织学研究表明,这两种疾病是不同的关于临床,而且形态和结构特征。然而,CT是一种monocontrast技术,缺乏特异性,需要解决。壁厚未或节能墙衰减不允许各种气道壁组件之间的差别,和肺衰减可以变更任何intralobular结构的变化。因此报告哮喘和慢性阻塞性肺病组织学差异很难转置CT。
允许一个更好的理解和比较这两种疾病使用CT,应该改进的空间分辨率。模糊效果改变CT壁厚的量化small-to-intermediate航空不如1毫米。这是相关的,知道这一事实小气道疾病慢性阻塞性肺病的主要网站。
墙密度是一种新的生物标志物在哮喘和慢性阻塞性肺病,它试图反映墙组成而不是疾病扩展的壁厚。然而,没有数据存在CT-enhanced墙衰减值改变时使用对比剂。例如一个假想的支气管旁纤维化增强在慢性阻塞性肺病或慢性哮喘应该预期。具体的对比剂,针对支气管旁平滑肌或纤维化,应该发展。
核磁共振技术使用高贵的超极化气体已报告并与CT量化提供良好的相关性。它允许高质量图像通风的通风和提供功能信息制图或气体扩散。然而,成本效益,和他们的使用仍然是机密的。
5。结束语
通过测量气道壁的变化和困气,CT有助于澄清复杂的生理病理学基础哮喘和慢性阻塞性肺病和评估治疗的效果。然而,CT-derived指数以来非特异性炎症和重塑可能会导致类似的变化。然后临床状态和以前使用的治疗时应该知道解释这些患者CT变化。进一步发展是合适的;空间分辨率应该改善防止墙的模糊轮廓;更好地描述气道壁轮廓是必要的。终于在CT变化因素的多重性测量应该导致CT技术的严格的方法。因此,今天的定量CT研究工具的使用,而不是日常测试。
缩写
| 慢性阻塞性肺病: | 慢性阻塞性肺疾病 |
| CT: | 计算机断层扫描 |
| 拉: | 腔面积 |
| WT: | 支气管总面积 |
| 佤邦: | 墙面积 |
| D: | 外部支气管直径 |
| 李: | 内部支气管直径 |
| 师: | 壁厚 |
| 英国电信(BT): | 支气管壁厚 |
| 胡: | Hounsfield单位 |
| 应用: | 半宽度 |
| PBA: | 支气管旁衰减 |
| PWA: | 峰壁衰减 |
| :气道高反应性 | 气道代 |
| 击球时: | 肺功能测试 |
| 残: | 一秒钟用力呼气量 |
| FVC: | 用力肺活量 |
| FRC: | 功能余气量 |
| 房车: | 残余体积 |
| 薄层色谱: | 肺总量 |
| fef25% - 75%: | 用力呼气流量 |
| DLCO: | 扩散肺活量的一氧化碳 |
| 弗吉尼亚州: | 肺泡体积 |
| 核磁共振成像: | 磁共振成像 |
| 体重指数: | 身体质量指数。 |