蒲豆豆，馬軍超，于勇，段海峰，楊創(chuàng)勃，黨珊，于楠

支氣管擴(kuò)張癥是呼吸系統(tǒng)疾病常見慢性疾病之一[1]。氣道壁結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致支氣管持續(xù)異常擴(kuò)張，臨床表現(xiàn)為咳嗽、咳痰和咯血等癥狀[2]。流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果顯示，我國(guó)成人支氣管擴(kuò)張癥的患病率和住院率明顯上升，可能遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國(guó)家[3-4]。我國(guó)現(xiàn)有支氣管擴(kuò)張癥患者約 1000萬～2000萬人，且具有獨(dú)特的疾病病原學(xué)和預(yù)后轉(zhuǎn)歸特點(diǎn)[5-7]?；颊叩牟∫?、癥狀、一般情況和影像學(xué)特點(diǎn)等多種因素可能影響患者的預(yù)后和轉(zhuǎn)歸[8-9]。

對(duì)支氣管擴(kuò)張的診斷必須基于影像學(xué)上明確可見有支氣管擴(kuò)張表現(xiàn)，目前對(duì)支擴(kuò)的影像診斷主要依靠于診斷醫(yī)師觀察支氣管直徑是否逐漸變細(xì)以及測(cè)量和計(jì)算支氣管直徑(B)與伴行肺動(dòng)脈直徑(A)的比值(B/A)[10-11]。對(duì)征象的觀察容易受到主觀因素的影響，B/A 的結(jié)果受到支氣管和肺血管直徑的雙重影響[12]。因此，針對(duì)支氣管的定量評(píng)價(jià)可能是解決以上問題的方法。

近年來，計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)的不斷發(fā)展為氣道疾病的定量分析提供了可能[13]。本研究基于計(jì)算機(jī)輔助診斷軟件的支氣管自動(dòng)分割和測(cè)量功能提取支氣管擴(kuò)張指數(shù)等定量數(shù)據(jù)，并探討定量指標(biāo)對(duì)支氣管擴(kuò)張的診斷效能，為支氣管擴(kuò)張的影像診斷提供參考信息，旨在更好地協(xié)助臨床對(duì)患者病情和預(yù)后進(jìn)行評(píng)估。

材料與方法

1.研究對(duì)象

連續(xù)搜集 2019年1月-2019年12月在陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院就診并進(jìn)行胸部CT檢查者的病例資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：①胸部CT檢查發(fā)現(xiàn)支氣管擴(kuò)張；②年齡18～70歲；③入組前無影響日?；顒?dòng)和夜間休息的咳嗽、咳痰、喘息和氣短癥狀，能夠配合胸部CT檢查；④入組前一個(gè)月內(nèi)未服用抗生素，未口服或吸入激素類藥物。排除標(biāo)準(zhǔn)：①嚴(yán)重肺氣腫或纖維化所致的牽拉性支氣管擴(kuò)張；②無肺葉切除術(shù)后、活動(dòng)性或陳舊性結(jié)核病灶、肺內(nèi)大片實(shí)變、肺部廣泛間質(zhì)改變、胸腔積液及廣泛胸膜粘連等影響支氣管分割的因素；③嚴(yán)重的心肺功能障礙或肝腎功能異常；④CT圖像上有明顯呼吸運(yùn)動(dòng)偽影或肺葉顯示不完整，計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)自動(dòng)分割的支氣管分級(jí)小于5級(jí)，或同一部位支氣管連續(xù)10級(jí)及以上分支出現(xiàn)中斷、纏繞現(xiàn)象。

最終納入110例支擴(kuò)癥患者，男64例，女46例，年齡19～70歲，平均(45±12)歲?；谥U(kuò)組患者的年齡和性別進(jìn)行匹配，選取110例無吸煙史的健康體檢者作為對(duì)照組。

本研究獲得陜西中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(SZFYIEC-PJ-2018-第[46]號(hào))。

2.臨床資料

影像檢查前詳細(xì)采集患者的病史及臨床表現(xiàn)等資料，包括吸煙史及既往疾病史以及近1個(gè)月來的癥狀，包括有無咳嗽、咳痰、咯血、發(fā)熱和氣短等。記錄患者的身高、體重和年齡。

3.CT檢查方法

使用GE Discovery CT 750 HD寶石能譜CT機(jī)。檢查前訓(xùn)練每例受試者的呼吸運(yùn)動(dòng)，于深吸氣末屏氣期行MSCT平掃，掃描范圍自肺尖至肺底平面，掃描參數(shù)：自動(dòng)管電流調(diào)制技術(shù)，管電流10～500 mA，掃描層厚1.25 mm，層距1.25 mm，螺距1.375，矩陣512×512，標(biāo)準(zhǔn)重建算法。重建層厚0.625 mm、層距0.625 mm。

4.支氣管擴(kuò)張的診斷和定量分析

支氣管擴(kuò)張的診斷由兩位具有3年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師獨(dú)立進(jìn)行，對(duì)所發(fā)現(xiàn)的擴(kuò)張支氣管進(jìn)行記錄。支氣管擴(kuò)張的診斷標(biāo)準(zhǔn)：①支氣管內(nèi)徑大于鄰近肺動(dòng)脈直徑；②支氣管遠(yuǎn)端未逐漸變細(xì)；③肺外帶胸膜下0～2 cm處仍可見支氣管。符合其中一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)即認(rèn)定存在支氣管擴(kuò)張，記錄每級(jí)擴(kuò)張支氣管最明顯的位置。若出現(xiàn)支氣管多級(jí)連續(xù)擴(kuò)張，則記錄擴(kuò)張全程中擴(kuò)張最明顯的位置。如果診斷結(jié)果有歧義，由第三位高年資胸部影像診斷醫(yī)師來確定診斷。

采用兩個(gè)量化指標(biāo)對(duì)擴(kuò)張支氣管進(jìn)行評(píng)價(jià)，半定量指標(biāo)支氣管與血管直徑的比值(B/A) 和定量指標(biāo)擴(kuò)張指數(shù)(dilation index，DI)。

B/A ：由兩位放射科醫(yī)師在擴(kuò)張支氣管的管腔最大處分別測(cè)量其管腔內(nèi)徑(B)和與之伴行的血管直徑(A)，取兩位醫(yī)師測(cè)量結(jié)果的平均值，計(jì)算 B與A的比值。

DI：采用Digital-Lung(神州德信-FACT，中國(guó))分析平臺(tái)對(duì)所有被試者的CT圖像進(jìn)行分析。計(jì)算機(jī)自動(dòng)連續(xù)測(cè)量支氣管全程管腔內(nèi)徑，計(jì)算每支支氣管各級(jí)分支的平均直徑。計(jì)算評(píng)估部位管腔內(nèi)徑與上一級(jí)支氣管管腔內(nèi)徑平均值的差值，即為DI。當(dāng)某級(jí)支氣管內(nèi)徑大于或等于其上一級(jí)支氣管內(nèi)徑的平均值即DI≥0時(shí)，視為存在支氣管擴(kuò)張，軟件對(duì)擴(kuò)張支氣管進(jìn)行標(biāo)記；反之，當(dāng)某級(jí)支氣管內(nèi)徑小于其上一級(jí)支氣管內(nèi)徑平均值即DI<0時(shí)，視為正常支氣管，不對(duì)其DI值進(jìn)行計(jì)算。研究流程見圖1。

圖1 研究流程圖。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 26.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。符合正態(tài)分布的變量以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，不符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)以中位數(shù)±四分位間距表示。計(jì)量資料的組間兩兩比較采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)，定量指標(biāo)的相關(guān)性分析采用Spearman相關(guān)分析。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.定量指標(biāo)的組間比較

經(jīng)過人工判讀，在110例患者中共標(biāo)記了204支擴(kuò)張支氣管，分布于第4～15級(jí)支氣管。按照所標(biāo)記的擴(kuò)張支氣管的位置，在對(duì)照組CT圖像上對(duì)應(yīng)標(biāo)記204支非擴(kuò)張支氣管，測(cè)量B/A值。比較對(duì)照組和支氣管擴(kuò)張組支氣管B/A值。兩組之間支氣管內(nèi)徑、肺動(dòng)脈直徑和B/A值的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。支氣管擴(kuò)張組的B/A值更大，支氣管內(nèi)徑增大，而伴行肺動(dòng)脈直徑縮小。支氣管擴(kuò)張組 DI 值為1.34±0.95，大于正常對(duì)照組支氣管DI值(DI<0)。

表1 支氣管定量指標(biāo)在不同人群之間的比較

2.相關(guān)性分析

基于人工半定量方法測(cè)量的B/A值與計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量的DI值的相關(guān)性良好(r=0.96，P<0.001)。

3.人工判讀與定量指標(biāo)評(píng)估結(jié)果的比較

人工判讀與計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量DI對(duì)支氣管擴(kuò)張的判斷結(jié)果的比較見表2，兩種方法診斷支氣管擴(kuò)張的一致率為77.9%。在總的408處評(píng)估部位中， 189處為兩種方法均為陽性結(jié)果(圖2)；75 處為DI判斷結(jié)果為陽性而人工判讀結(jié)果為陰性(圖3)；15 處為人工判讀結(jié)果為陽性而DI判斷結(jié)果為陰性(圖4)。

圖2 人工判讀的擴(kuò)張支氣管。a)CT 圖像顯示左下肺支氣管擴(kuò)張(紅框)，可見印戒征，測(cè)量B/A值為1.0，計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量計(jì)算的DI值為1.10； b)支氣管樹三維顯示圖，以紅色標(biāo)注了所有計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量計(jì)算的DI≥0 的支氣管。 圖3 計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量標(biāo)注的擴(kuò)張支氣管。a)計(jì)算機(jī)自動(dòng)分割的支氣管樹圖像，紅色標(biāo)記DI≥0 的支氣管，左下肺可見擴(kuò)張支氣管(紅箭)，其DI值為0.64； b)診斷醫(yī)師在對(duì)CT圖像進(jìn)行分析時(shí)未識(shí)別擴(kuò)張支氣管(紅框)而未標(biāo)注，此處的B/A 值為 0.6。 圖4 人工判讀陽性、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量為陰性的支氣管。a)CT曲面重組圖像，顯示擴(kuò)張支氣管; b)橫軸面CT圖像顯示擴(kuò)張支氣管呈“印戒征”表現(xiàn)，測(cè)量B/A值為 1.0; c)計(jì)算機(jī)測(cè)量和計(jì)算此處支氣管的DI為負(fù)值，故不顯示; d)人工判讀的陽性支氣管，計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別為陰性(紅箭)。

表2 人工判讀與基于DI指數(shù)判斷支氣管擴(kuò)張結(jié)果的對(duì)比 /處

以診斷醫(yī)師對(duì)支氣管擴(kuò)張的判讀結(jié)果作為金標(biāo)準(zhǔn)，分析B/A和DI對(duì)支氣管擴(kuò)張的診斷效能，結(jié)果見表3和圖5。兩個(gè)指標(biāo)診斷支氣管擴(kuò)張效能的ROC曲線下面積分別為0.83和 0.90。

表3 定量參數(shù)對(duì)支氣管擴(kuò)張的診斷效能

討 論

CT支氣管分割定量測(cè)量技術(shù)是人工智能技術(shù)在計(jì)算機(jī)分割中的體現(xiàn)。對(duì)支氣管結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割，量化支氣管管腔內(nèi)徑、外徑、內(nèi)周長(zhǎng)和外周長(zhǎng)等指標(biāo)。通過對(duì)各級(jí)支氣管內(nèi)徑進(jìn)行比較，展示支氣管內(nèi)徑的變化趨勢(shì)[21]，是對(duì)“支氣管逐漸變細(xì)”征象的定量化展示，為支氣管擴(kuò)張的診斷和病情評(píng)估提供了新的技術(shù)手段。該技術(shù)在慢性阻塞性肺疾病和哮喘等氣道疾病的應(yīng)用較廣泛[14]，而在支氣管擴(kuò)張癥評(píng)估方面的應(yīng)用還較少。本研究通過對(duì)支氣管擴(kuò)張癥患者的支氣管進(jìn)行分割和定量測(cè)量。發(fā)現(xiàn)半定量指標(biāo)B/A和定量指標(biāo)DI在不同組間的存在差異，兩者指標(biāo)相關(guān)性良好，且對(duì)于支氣管擴(kuò)張的診斷均具有較好的診斷效能。

支氣管擴(kuò)張的存在常常預(yù)示著病情進(jìn)展和預(yù)后不佳。患者常伴有病原微生物長(zhǎng)期在氣道滯留，導(dǎo)致患者癥狀重、治療時(shí)間長(zhǎng)、肺功能損害和大咯血的發(fā)生以及預(yù)后不良[15-19]。 以往對(duì)支氣管擴(kuò)張的診斷依賴于放射科醫(yī)師對(duì)征象的主觀判斷評(píng)價(jià)，還可參照支氣管內(nèi)徑與伴行血管直徑的比值(B/A)，正常B/A值約為0.65～0.70，B/A≥1認(rèn)為其具有診斷價(jià)值。然而由于很多慢性呼吸系統(tǒng)疾病可導(dǎo)致肺血管的形態(tài)、大小等發(fā)生改變，如阻塞性肺疾病患者和長(zhǎng)期吸煙者常伴有肺動(dòng)脈變細(xì)[20]，體現(xiàn)在本研究中的15處人工判讀結(jié)果為陽性而DI判斷結(jié)果為陰性的支氣管。因此，僅依靠B/A≥1作為判斷有無支氣管擴(kuò)張可能會(huì)高估支氣管管腔的擴(kuò)張程度，導(dǎo)致假陽性結(jié)果。本研究中有75處DI判斷為支氣管擴(kuò)張而人工判讀為陰性，計(jì)算這一組支氣管的B/A平均值為0.68，在正常B/A均值范圍內(nèi)(0.65～0.70)。分析這些支氣管的CT圖像發(fā)現(xiàn)46處支氣管存在管壁增厚、支氣管遠(yuǎn)端未逐漸變細(xì)的征象，而這些征象在第一次人工判讀時(shí)一定程度上被忽略。

綜上所述，計(jì)算機(jī)定量分析技術(shù)獲得的擴(kuò)張指數(shù)對(duì)支氣管擴(kuò)張具有定量診斷價(jià)值，可作為 B/A 以外的另一定量指標(biāo)來反映支氣管內(nèi)徑的改變。