复合菌群患者肺Densitovolumetry使用计算机断层扫描非结核分枝杆菌:相关性与肺功能测试

文摘

背景。复合菌群自非结核分枝杆菌肺病(NTM-PD)是一种发病率增加,辐射方面的更详细的知识和肺功能扮演相关角色在这些病人的诊断和适当的治疗管理。目标。本研究的目的是评估肺实质的变化通过计算机断层扫描(CT)微,其次,分析其与肺功能的相关性测试NTM-PD患者(击球)。方法。这是一个横断面研究31 NTM-PD患者和27控制匹配按性别、年龄、身体质量指数进行了CT肺densitovolumetry和肺功能测试包括肺量测定法和人体体积描记仪。结果。根据肺总量(电磁阀)和肺总质量(TLM)测量,累计质量比率计算为3% (M3), 15% (M15), 85% (M85)和97% (M97)电磁阀。我们也计算了补,这是由TLM (100%) - 15% (C85)或3%的质量(C97)电磁阀。NTM-PD患者提出的M3和M15值低于控制,以更大的显著差异在顶端第三和第三测量。控制相比,患者NTM-PD C85和C97显示高值,虽然显著差异只在基底第三测量观察。有负相关性的肺活量和M3 M15中间第三和顶端第三测量。有正相关性的残余体积和气道阻力和M3在顶端第三测量。结论。患者NTM-PD显示减少肺质量和增加肺的顶端和基底地区大规模肺部,分别。此外,有一个肺质量测量和肺功能参数之间的关系。

1。介绍

复合菌群的非结核分枝杆菌(特种加工)越来越多地认识到全球免疫活性的病人感染的一个重要原因,可能是由于临床的改善意识,易感个体的数量的增加和技术进步在分子微生物学1- - - - - -3]。特种加工是孤立的环境资源,比如水和土壤,并可能伴有严重的肺部疾病,越来越引起的发病率和死亡率和主要发生在老年人,有或没有并发症。这种感染的发生率逐渐增加在世界范围内,尽管估计不同地区(4]。在美国,发病率估计7.2/100000的居民,5.6/100000的居民有肺参与(5]。中几个因素可能导致这些感染的增加人口老龄化的慢性肺部疾病,以及放射性方法的进步,改善了肺异常的识别4,6]。

特种加工肺病(NTM-PD)特种加工感染是最常见的临床表现,这是最常见的引起的鸟型分支杆菌/ intracellulare复杂(MAC),m .脓肿,m . kansasii,m . malmoense和m . xenopi(2,6- - - - - -8]。物种的分布在世界的各个地区可能取决于对环境因素和危险因素,如并存病(9]。尽管病人患有慢性肺部疾病尤其容易受到NTM-PD,许多影响患者没有明显的危险因素(6]。建立的标准确定的诊断NTM-PD包括临床数据,分枝杆菌鉴定,和改变成像测试8]。然而,通常是困难的,因为非特异性的临床表现,诊断和细菌隔离在痰或支气管肺泡灌洗可能只代表气道殖民(10]。因此,成像考试有NTM-PD确诊的相关作用,应该执行和高分辨率计算机断层扫描(CT)在个人涉嫌NTM-PD [1,4]。Tomographically, NTM-PD可以存在于两种形式:经典的形式,与空腔上部叶类似于肺结核、呼吸道疾病的形式主导,支气管扩张和毛细支气管炎11]。最近的一项研究在我国与患者胸部CTm . kansasii腔感染显示优势和参与的小型和大型航空公司的模式(表现为支气管扩张和细支气管填充)(2]。

使用CT,各种计算机工具对胸部的分割图像已经发展近年来,包括多平面改造、区域肺衰减分析和量化的解剖图像面积和肺体积测量(12,13]。通过量化的肺容积使用经由CT (q-MDCT),肺密度可以测量通过分析肺衰减值分布直方图Hounsfield单位(13,14]。在MAC患者使用定量CT分析,一项研究表明,肺浸润和空腔体积是这些患者的表现不佳的重要因素在肺功能测试(击球)[15]。然而,我们所知,没有研究评价q-MDCT患者与其他特种加工或这些发现在击球时的影响。

新的诊断模式优化NTM-PD管理的重要性已经越来越多地讨论(4]。由于NTM-PD条件与发病率增加,辐射方面的更详细的知识和肺功能扮演相关角色的诊断和适当的治疗管理这些病人。因此,本研究的目的是评估肺实质的变化,通过CT densitovolumetry并分析其相关参数提供的击球NTM-PD患者。

2。材料和方法

2.1。病人

在2017年5月到2018年1月,一个横断面研究患者48 NTM-PD≥18岁招募的教授赫利奥弗拉格参考中心的国家公共卫生学院的塞尔吉奥•奥斯瓦道·克鲁兹基金会Arouca / RJ、巴西里约热内卢。所有患者NTM-PD登记进入研究时被给予一个新的NTM-PD的诊断。NTM-PD的诊断是由结合临床、放射学,微生物标准,建议由美国胸科学会(ATS) /美国传染病学会(IDSA) [8]。每个呼吸样本收集在无菌条件下,立即处理或保存在4°C。涂片染色是使用auramine-phenol抗酸的方法。所有的文化都生长在固体Lowenstein-Jensen介质和BACTEC MGIT 960系统。特种加工的物种被确定使用16 s rRNA基因的序列分析算法望见在临床和实验室标准协会(CLSI)指南16]。药敏测试和报告的建议CLSI [16]。

我们使用以下排除标准:历史pleuropulmonary肺结核(n = 6);积极为艾滋病毒血清学(n = 3);合并感染与其他病原体包括侵袭性霉菌疾病或假单胞菌(n = 3);之前的超过10包年吸烟史的人(n = 2);无法执行击球(n = 2);和目前的吸烟报告(n = 1)。因此,样品评估由31名患者,其中11使用抗菌素CT扫描前或击球。

我们也评估匹配的对照组按性别、年龄、身体质量指数(BMI)和由受试者已经进行胸部CT扫描后由于一些其他的原因,被邀请来执行击球。这组由27个受试者年龄≥18年与胸部CT无异常。受试者在这组报道之前pleuropulmonary疾病(n = 3)或吸烟史超过10包年(以前或现在)的人(n = 3)被排除在研究之外。

对于每一个研究参与者(患者或控制),击球和CT扫描进行的最大时间间隔一个月。所有受试者签署知情同意的形式,研究伦理委员会批准的协议是里约热内卢联邦大学的批准下CAAE-59459216.1.1001.5257数量。

2.2。肺功能测试

肺功能测试包括肺量测定法和人体体积描记仪。CPL的测量是通过一个高清(生nSpire健康公司,有限公司,美国),按照标准要求执行和解释考试(17]。肺功能测试的结果被表示为一个百分比的预测值,使用方程建立我们的人口18,19]。

2.3。计算机断层扫描和Densitovolumetry

进行了CT扫描在64频道,飞利浦多层螺旋CT系统(华晨40,飞利浦医疗系统,克利夫兰,哦,美国)。的收购进行了轴面与病人背卧位位置使用以下参数:120千伏、458毫安(根据病人的生物型不同),切片厚度2毫米,并从颈2毫米距切口的剑突最大灵感,没有管理静脉对比。异常在胸部CT扫描是由两个独立的读者解释(P.G.C.M.和智慧,with 7 years and 15 years of experience in examinations of the chest, respectively), who were blinded for clinical data and PFT exams. Disagreements were resolved by consensus after a joint reassessment of CT scans.

肺实质分割的表现,和后来的图像出口用MATLAB编写的软件程序(CT-Processing)(美国马MathWorks,纳蒂克)。这个过程结束后,肺densitovolumetry可以使用q-MDCT执行。

肺总量(电磁阀)和肺总质量(TLM)计算只考虑感兴趣的图像区域内(肺实质)。电磁阀(即。,the sum of air plus tissue volume) was calculated as follows: ([size of the pixel]²××切片厚度感兴趣的区域的像素总数为整个肺)。肺的质量计算如下:((1 -立体像素密度/ -1000)×(像素的大小)²××切片厚度感兴趣的区域的像素总数为整个肺)[12,20.]。

2.3.1。肺质量计算

肺质量计算之前,气管内空气的平均密度(H )在降主动脉和血液(H )被测量。所有像素点的强度值在肺实质被线性新考虑到H和H应该等于-1000,+ 50 Hounsfield单位(胡),分别为(21,22]。假设的任何地区肺可以建模为一个混合的组织(细胞、血液细胞、胶原蛋白、弹性蛋白、等等)和空气,密度在这样一个区域,在胡,可以表示为空气和组织的平均密度,重的体积分数。各体素的质量,在克,在前面肺实质分割然后计算如下:质量(g) = (H - - - - - - H/小时 - - - - - - H]×体素体积×1.04 g / mL,其中1.04毫克/毫升是肺组织密度和H是各自的立体像素密度在胡22]。

累计肺质量(M)计算如下: 体素马斯×体素与给定的H+ 。对于k = 1,将等于零。根据定义,H = 0 g< -1000年胡锦涛和体积等于体素,毫升,乘以1.04 g / mL H> + 50。

基于电磁阀和TLM测量,累计质量比率计算(M3) 3%, 15% (M15), 85% (M85)和97% (M97)电磁阀。这些值非常接近±2个标准差(SD)和±1 SD意味着质量。此外,我们还计算了补充,这是由TLM (100%) - 15% (C85)或3%的质量(C97)电磁阀。

2.4。统计分析

考虑之间的关联CT肺densitovolumetry和击球变量作为本研究的主要结果,最小样本容量30参与者必须遵守最小的相关性为0.41(弱或更高)在5%的显著性水平和80%的研究力量。

比较临床变量、击球和CT densitovolumetry NTM-PD患者和对照组之间是评估学生对独立样本的t检验数值数据和分类数据的确切概率法。皮尔森相关系数(r)计算探讨CT densitovolumetry变量之间的关联和击球参数。数据分析使用软件SAS 6.11 (SAS研究所有限公司、卡里、数控、美国)。统计学意义是水平p< 0.05。

3所示。结果

31 NTM-PD患者组成的研究样本,15(48.4%)是男性。NTM-PD患者的平均年龄为57.2±16.5年。7个患者有一个以前的吸烟史,吸烟≤10包年负荷的人。在我们的大多数病人(58.1%),m . kansasii负责肺病。后m . kansasii,第二个最常见的m . avium复杂的(25.8%)。

关于控制,患者NTM-PD显示较低价值的用力肺活量(FVC, 82.7±25.3 vs 102±8.12%的预测,p= 0.005)和在一秒用力呼气量(FEV₁,72.7±25.4和101.2±8.75%的预测,p= 0.003)。然而,患者NTM-PD显示高值的残余体积(RV, 119±45.6和75.8±23.2%的预测,p= 0.001),RV /肺活量(RV / TLC, 37.5±12.4和25.7±8.90%,p= 0.02)和气道阻力(生,6.53±3.77和2.31±2.13而言不啻₂O / L / s,p< 0.001)。临床数据和结果的病人和控制的击球如表所示1。

在CT扫描,所有患者肺部疾病的迹象显示特征至少一个叶。主要病变在CT检查发现如下:建筑变形(80.6%)、网状混浊(77.4%),支气管扩张(71%)、蛀牙(64.5%)、小叶中心的结节(61.3%),肺不张(51.6%),合并小(48.4%)、大合并(32.2%)和胸膜下气泡和肺气肿(25.8%)。上叶支气管扩张和蛀牙成为主流在61.3%的情况下,而网状的透明和小叶中心的结节显示更多的非均匀分布,降低叶参与41.9%的病例。胸膜下气泡和肺气肿在90.3%的情况下成为主流上部叶。

在CT肺densitovolumetry NTM-PD患者M3值均低于对照,整个肺测量的显著差异(0.81±0.25和2.42±0.65克,p= 0.003);这些统计上显著的差异在顶端第三测量(0.25±0.11和0.76±0.23克,p< 0.001),在较小程度上,在中间第三测量(0.51±0.21和1.24±0.36克,p= 0.005)。此外,NTM-PD患者M15值均低于对照,整个肺测量的显著差异(21.8±4.70和32.3±5.74克,p= 0.003);这些统计上显著的差异更明显的顶端第三测量(5.93±1.44和9.49±2.01克,p< 0.001),在较小程度上,在中间第三测量(11±2.33和16.7±3.04克,p=(图0.003)1)。控制相比,患者NTM-PD C85和C97显示高值,观察虽然显著差异只有在基底第三个度量:76±9.37和61.1±8.45克,p= 0.013和26.2±4.83和21.8±3.96克,p分别为= 0.008,C85和C97(图2)。

我们也评估CT肺densitovolumetry结果之间的相关性和击球参数。FVC(左)与M3顶端第三负相关(r = -0.42;P= .021)和顶端的M15第三(r = -0.37;p= 0.047)。薄层色谱是负相关,以下测量:M3在整个肺(r = -0.66;p< 0.001);M3在中间第三(r = -0.60;p< 0.001);M3的顶端第三(r = -0.72;p< 0.001);M15在整个肺(r = 0.66;p< 0.001);和M15顶端第三(r = -0.50;p= 0.005)。房车(L)和生而言不啻₂O / L / s与M3顶端第三呈正相关(r = 0.48;p= 0.007;r = 0.41;p分别为= 0.026)。

4所示。讨论

本研究的主要发现是,NTM-PD患者相比,控制,显示减少肺质量,更明显的肺的顶端和中间三分之二。肺基地,然而,NTM-PD表现出增加肺癌患者相比,质量控制。功能,减少肺量与控制,虽然功能改变与气流减少也指出兼容。此外,更大的结构性破坏导致更大的功能变化。我们所知,这是第一个研究来评估量化NTM-PD患者的肺实质的肺质量和呼吸功能的相关措施。

类似于巴西研究梅洛et al。23)和Mogami et al。2),我们观察到m . kansasii是最常见的特种加工在我们的样例。然而,高的地理变异m . kansasii,高患病率在西欧和较低的发病率在美国和澳大利亚等国家,应该突出(24,25]。在我们的研究中,患者的前历史pleuropulmonary其肺结核发病率高(在巴西23)则被排除在外。这非常重要,因为一旦先前pleuropulmonary结核病的历史可能会影响辐射和功能结果(7]。

在NTM-PD成像研究是至关重要的建立诊断和协助疾病的临床管理(7,8,26]。NTM-PD症状不能从其他呼吸道疾病、分化和文化考试需要2 - 3周的时间对大多数特种加工增长,NTM-PD通常是由放射性的发现(最初怀疑27]。在我们的研究中,我们观察到一个高频率的支气管扩张和蛀牙,可至少部分解释了患病率越高m . kansasii。符合我们的发现,一些研究也报道支气管扩张和蛀牙患者常见的发现m . kansasii肺部感染,主要在上部叶,通过简单的x射线或胸部CT (2,28,29日]。阐明NTM-PD诊断的准确性和interobserver协议基于胸部CT的发现,夸克et al。27]表明,树模式、整合和肺不张NTM-PD与正确的诊断,而胸腔积液的存在会导致错误的诊断。事实上,在我们的研究人群中,这三个研究结果(或结合)也出现在CT扫描的很大一部分。值得注意的是,在我们的示例中,高频率的建筑变形被发现可以解释NTM-PD本身的挖掘和支气管扩张导致肺不张的叶2]。

通过CT肺densitovolumetry,我们观察到的减少患者肺质量NTM-PD控制相比,这更强调减少测量的顶端第三,在较小程度上,在中间第三的测量。减少患者的肺质量NTM-PD可以解释的更大的肺实质破坏上三分之二的肺,特别是因为有空洞的和/或支气管扩张病变(3,27]。另一方面,我们的研究结果还显示,这些患者提出的增加肺基底第三质量,证明了测量C85和C97。质量越大的肺基地NTM-PD集团可以通过发现合理的兼容纤维化(网状)和气道树芽征(模式),常见的叶在我们的样例。此外,较低的存在ventilation-perfusion比率在肺基地由于补偿增加剩余肺循环在这个地区由于肺实质的重要参与上三分之二的肺也是一个可能的解释这一发现[30.]。还值得一提的是,最近,胸部CT检查已经推荐前不久开始治疗,治疗结束时特种加工以文档放射反应(1]。更频繁的放射性监测过程中可能表示在选择个人NTM-PD治疗。在这种背景下,我们认为,CT肺densitovolumetry NTM-PD管理可能是一个有用的工具。CT肺densitovolumetry的一些优势是更详细的肺部病变及其与肺功能良好的相关性。此外,它可以用于目标支气管在个别情况下洗。事实上,胸部CT扫描紧随其后CT-directed支气管洗6和12个月的治疗后最近推荐的评价微生物反应患者无法咳出痰痰(1,31日]。

正如预期的那样,我们的病人显示重要fibrosing肺功能影响肺减容的变化。同样,公园等。32)表明,在前瞻性群组NTM-PD病人,肺功能迅速下降最明显在那些没有回应治疗。然而,我们也观察到功能改变与气流减少兼容,海拔房车,RV / TLC和生,不得解释为吸烟的影响在我们的样例因为我们排除那些以前的超过10包年吸烟史的人。这个分界点(> 10久)被用来定义负载吸烟,会影响肺功能(33,34]。有趣的是,黄等。35)表明,在控制了混杂因素,慢性阻塞性肺疾病患者肺功能下降和NTM-PD大于那些没有NTM-PD。

之间的关联成像和肺功能的评价是一个重要的一步NTM-PD自治疗反应几乎总是使用临床评估数据和击球结果(9]。之间在目前的研究中,我们观察到负相关性肺质量测量和体积参数评估击球。有趣的是,最大数量的相关性,相关性最强的是那些质量测量的顶端三分之一的肺,它反映了结构损伤的影响的地区肺容积。另外,我们观察到功能反映气流限制措施(RV和生)呈正相关质量测量的顶端三分之一的肺,显示肺气泡的影响,气肿病变位于这个区域的呼吸功能测量。

在最近的一项研究中,仓叶等。15)评估患者通过q-MDCT MAC,观察到,电磁阀和CT的平均值与所有击球结果显著相关。在相同的研究中,有显著相关性肺浸润和击球结果的比例,特别是FVC (= -0.52),房车(= -0.51)和薄层色谱(= -0.59);腔体积有密切关系FVC (在患者腔= -0.78),而肺浸润的比例有密切关系FVC (= -0.53)的病人没有腔。某些特种加工的物种,如m . kansasii,往往被认为比其他物种更致命的,,因此,更高的患病率m . kansasii在我们的示例可能至少部分解释观察到的差异导致densitovolumetry之间的相关性和击球与所观察到的仓叶等。15]。

这项研究有一些局限性。首先,它是一个单中心研究。第二,我们没有根据每个子群分析特种加工的物种,因为每组的患者。这是很重要的,因为可能会有差异成像和肺功能NTM-PD患者感染了不同的物种。第三,我们没有进行呼气CT研究气道介入,和,因此,妨碍的小航空公司可能被低估了。尽管有这些限制,我们认为CT肺densitovolumetry可能是一个辅助工具NTM-PD患者的随访。因此,进一步的调查技术在该人群可能是重要的,包括纵向变化发生在对治疗的反应。

总之,我们的结果表明,NTM-PD患者减少肺质量,尤其是在肺部的顶端区域。然而,在基底的肺部区域越多,有轻微积累肺质量。尽管限制功能损害肺容积减少,功能的迹象气流限制也存在于这些病人。此外,有一个肺质量测量和肺功能参数之间的关系。

缩写

美国胸科协会:	美国胸科学会
C85:	补充由肺总质量的质量-肺总量的15%
C97:	补充由肺总质量的质量-肺总量的3%
CT:	计算机断层扫描
菲 :	一秒钟用力呼气量
FVC:	用力肺活量
胡:	Hounsfield单位
:	平均密度气管内的空气
:	在降主动脉平均密度的血
:	立体像素密度Hounsfield单位
只不过它们:	美国传染病学会
M:	累积肺质量
M3:	累计质量比计算肺总量的3%
M15:	累计质量比计算肺总量的15%
M85:	累计质量比计算肺总量的85%
M97:	累计质量比计算肺总量的97%
麦克:	鸟型分支杆菌/ intracellulare复杂
特种加工:	Nontuberculous分枝杆菌
NTM-PD:	Nontuberculous分枝杆菌肺病
击球时:	肺功能测试
q-MDCT:	量化的肺容积使用经由电脑断层扫描
生:	气道阻力
房车:	残余体积
薄层色谱:	肺活量
TLM:	肺总质量
电磁阀:	肺总量。

数据可用性

胸部CT扫描,肺功能测试,和病人的数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

帕特里夏·戈梅斯Cytrangulo马卡,Telma戈登堡,费尔南达卡瓦略奎罗斯梅洛,Alysson们席尔瓦卡瓦略,艾伦·拉涅利Medeiros Guimaraes Roberto Mogami和Agnaldo何塞·洛佩斯了很大研究设计,数据分析和解释,写的手稿。

确认

本研究由巴西科学和技术发展委员会(CNPq)和里约热内卢州支持基础研究(FAPERJ)。

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