李濠君 综述，冉鹏 审校

550025 贵阳，贵州医科大学 临床医学院(李濠君); 550000 贵阳，贵州医科大学附属肿瘤医院 胸外科 (冉鹏)

肺癌是全球发病率和死亡率最高的恶性肿瘤，全球每年约有170万人[1]、我国每年约63万人[2]死于肺癌。在肺癌的多学科综合治疗方案中，手术是唯一可以达到根治目的的方案，也是综合治疗的基石。因手术切除肺叶导致的肺功能的下降，和术后余肺功能的逐步代偿，是肺癌术后患者肺功能最重要的生理改变。肺癌多见于中老年和吸烟人群，他们常合并有多种影响肺功能的肺部慢性疾病[3]，导致其肺功能状态较同龄人明显降低，进而增加了围手术期并发症发生和死亡的风险[4]。因此，若能在术前对患者的肺功能状态进行充分地评估、准确地预测术后肺功能，并明确不同因素对不同患者肺功能的影响，将有助于手术风险的评估和手术方式的制定，进而减少围手术期并发症或死亡的发生[5-6]，对肺癌的外科诊疗有重要意义。

肺功能是呼吸系统通气和换气功能的总称，可运用特定的手段和仪器对患者的呼吸功能进行检测和评价。临床上以肺通气功能检查(pulmonary function test，PFT)最为常用[7-8]。临床医生多采用PFT评估肺叶切除患者的肺功能状态[9]，并结合动脉血气分析结果，利用相应的公式[10-12]来推算患者的术后肺功能。

CT是一种无创的影像学检查，是目前了解患者胸部病变情况最常用、最有效的检查手段，能客观反映出肺组织的实际情况。随着影像学技术和研究的发展，以CT为基础的CT量化(quantitative CT，QCT)分析技术被逐渐应用于患者的肺功能评价中[8，13-15]，并取得了不错的进展。本文将针对胸部QCT分析技术在肺癌患者围手术期肺功能评估中的应用现状及进展进行综述。

1 肺功能评估的方法和优缺点比较

传统的肺功能评估方法有呼吸量测定法、血气分析、通气/灌注扫描和运动试验等[16]。呼吸量测定法是使用特定的仪器通过呼吸气量和速度，对患者的用力肺活量(forced vital capacity，FVC)、第1秒用力呼气容积(forced expiratory volume in the first second，FEV1)、最大通气量(maximal voluntary ventilation，MVV)等肺功能指标进行测量的技术[7-8]。其操作较为简便，是最早应用于手术耐受力评估的指标，也是较好的初筛检查。但其仅能反映患者的整体肺功能状态，且受患者的配合程度及非肺功能性机体状态影响较大[17]，不能客观反映儿童、老年人、肌无力患者的真实肺功能。动脉血气分析一直是术前常规评估的一部分，可以反映肺的换气功能。其主要指标有PaO2、PaCO2、DLco等，但也仅能反映患者的整体肺功能状态，无法根据患者病灶、手术方式情况对术后肺功能进行准确的预测。肺通气/灌注扫描是利用肺通气导入装置将具有放射性的气溶胶注入患者肺内，通过特殊的摄影装置获取具有通气功能肺的放射性体积；而后经静脉注射具有放射性的聚合蛋白，同样通过特殊的摄影装置获取具有血流功能肺的体积，进而计算出感兴趣区域的通气/血流比值以对患者的肺功能进行评估的技术[18]。虽然其能直观地显示单侧肺的局部通气和血流灌注情况，并可以结合呼吸测定法的指标预测切除术后残肺功能，但特殊设备的要求和放射性污染限制了它在临床上的广泛应用。运动试验，即运动心肺功能，有6分钟步行试验、折返步行试验和登楼试验。由于随着运动负荷的增加,受试者的通气量、最大摄氧量、二氧化碳排除量、脉率及心搏出量等都相应增加，在某种程度上与手术对患者施加的负荷相似，因此得到欧洲呼吸学会和欧洲胸外科协会共识的推荐[19]。同样，由于其仅能反映患者的整体肺功能状态，无法根据患者病灶、手术方式情况对术后肺功能进行准确的预测。

肺部CT图像由单个体素(Volume Pixel)组成，每个体素内的肺组织均拥有各自的线性衰减的平均值，以HU为单位。QCT即是以此为基础，对CT获取的某些感兴趣的信息进行量化分析的技术。QCT分析用于肺功能评估的技术方法是使用计算机辅助对CT扫描获取的数据进行肺轮廓勾画并重建肺的三维结构，再分别计算出各肺叶的总容积、功能性肺体积、无功能肺容积、像素值、平均肺密度和标准差等肺功能指标，并结合统计分析以达到评估肺功能的目的[17，20-26]。

随着CT在临床上的广泛应用，以及计算机辅助技术(肺分割和三维重建)的发展，国内外学者对基于QCT分析的肺功能评估进行了相关研究，并证实其与临床肺功能有着良好的相关性[26-46]。有研究证实QCT分析在肺叶切除术后肺功能预测中与核通气或灌注扫描的一致性高达99%，预测的准确率为87.5%～100%[26]。而Chae等[27]研究发现QCT分析在预测术后肺功能时较肺灌注扫描更准确。Fourdrain等[45]对2种基于术前呼吸量测定法、1种基于19段肺通气扫描法、1种基于19段肺灌注扫描法与QCT分析法的预测术后肺功能效能进行了比较，发现QCT分析较其它方法对术后FEV1的预测更可靠。

2 QCT分析的原理及背景

与胸部微创手术一样，多层螺旋CT(Multisliecs Helieal CT，MSCT)于上世纪90年代开始应用于临床。与单层螺旋CT不同的是，MSCT在Z轴方向上有多排探测器和多个数据采集通道，具有扫描和成像速度更快、获取信息量更大、图像更清晰、射线吸收剂量更低等优势[47-50]。这使得QCT分析成为可能。QCT分析即是利用计算机对CT图像某些感兴趣的信息进行处理、分析以获取所需参数的技术[13-15]。胸部QCT分析技术最早起源于上世纪80年代末[51]。经过多年发展，目前已广泛应用于对肺体积、密度、气道参数的分析及评估。

2.1 对肺体积的评估

肺总容量(total lung capacity，TLC)、功能残气量(functional residual capacity，FRC)和余气量(residual volume，RV)是临床上最常用的肺容量评价指标，也是QCT分析研究的主要内容。QCT分析评估它们的方法主要有两种，其中较为准确的方法是使用一个容量控制器来控制被测者屏住呼吸的肺容量[52]。Iyer等[28]招募了37例志愿者，利用上述方法行胸部CT检查并进行量化分析，发现基于CT所测定的吸气量与PFT检查所测定的缓慢肺活量之间存在明显的相关性(仰卧位：r= 0.940；坐位：r=0.770)。另外一种较为实用的方法是，在开始扫描之前指导患者呼吸以达到所需的肺容量[53]。Becker等[29]对28例行肺减容手术患者的TLC和RV进行了评估，发现利用该方法所测得的TLC和RV之间有良好的相关性(r=0.900，P<0.001；r=0.840，P<0.001)。此外，Choe等[30]在使用该方法对88例肺癌手术患者肺功能变化情况进行研究后发现，肺癌术后余肺体积将代偿性增加，同侧肺叶的增幅明显大于对侧肺叶(同侧：21.8%±46.2%, 对侧：10.0%±20.8%，P=0.031)。上述研究表明QCT肺体积分析可用于围手术期肺功能的评估。

2.2 对肺密度的评估

QCT分析对肺密度的评估主要有两种方法，即CT密度测定法和百分位密度测定法。CT密度测定法是对肺实质设置一个线性衰减均值的阈值，并计算在该阈值以下的体素占所有体素的百分比。常用的阈值有-950HU、-900HU等。而百分位密度测定法是在衰减分布曲线中确定一个百分位临界值，并计算在该临界值下体素的线性衰减平均值数值。常见的临界值范围为1%～18%之间。张迪等[31]同时使用CT密度测定法和百分位密度测定法进行QCT分析发现，在吸烟或不吸烟的健康人群及吸烟的慢性阻塞性肺疾病患者中，肺密度指标LAA%-950、P15-EX与PFT生理指标FEV1/FVC、DLco/VA存在显著相关性，P15-IN与FEV1%、DLco/VA也都存在显著相关性。此外，Gawlitza等[32]研究发现平均肺密度不仅在呼气相与PFT生理指标FEV1(r=0.470，P=0.003)、FEV1%VC(r=0.636，P=0.013)、RV(r=-0.636，P=0.013)、RV%TLC(r=-0.611，P<0.001)等存在明显相关性；而且在吸气相也与PFT所测得的RV之间存在明显的相关性(r=0.529，CI：0.289 to 0.707，P<0.001)。因此，QCT肺密度分析可用于肺功能评估。

2.3 对气道的评估

已有研究证实，气道的面积是肺功能的重要决定因素[33-35]。QCT分析结合气道三维重建技术可获取诸如气道平均内直径、气道壁面积(wall area，WA)、气道壁面积百分比(percentage of the wall area，WA%)等参数，其对气道评估中的作用是其它评估方法不可比拟的。Nakano等[33]利用QCT分析技术对114位吸烟患者的支气管进行了测量，发现支气管腔内面积与PFT所测得的FEV1存在相关性(r=0.273，P<0.05)；同时，WA%与RV/TLC也存在正相关(r=0.422，P<0.001)。另外，Nambu等[34]研究还发现，WA%与中期呼气流速(FEF25%～75%)也具有明显相关性(r=-0.669，P<0.001)。Matsuoka等[35]在对次级支气管进行研究时发现，呼吸时WA的变化不仅与FEV1明显相关(r=0.720，P<0.001)，而且随着支气管解剖等级逐渐上升(由第三上升至第四、第五级)其相关性也逐渐增加(吸气相：IA3，r=0.020；IA4，r=0.180；IA5，r=0.260；呼气相：EA3，r=0.090；EA4，r=0.400；EA5，r=0.630)。再者，已有基于QCT分析的研究也证实支气管壁的厚度和角度变化均会对肺功能产生重要影响[36-38]。总之，QCT气道分析与肺功能的生理指标存在一定的相关性，在患者肺功能评估方面具有一定的临床实用和科研价值，值得进一步深入研究。

2.4 QCT分析对肺功能评估的优势

PFT在临床上应用较早，具有技术相对成熟、简单、易于广泛应用等优势。但由于受患者配合程度、技师检查水平、体位变化等因素的影响[54-55]，PFT结果往往不能客观反映患者的真实肺功能情况，即使同一时间对同一患者进行重复检查结果也可能有差异。同时，PFT仅能对患者双侧肺的整体肺功能进行评估，无法单独地检查单侧肺、单肺叶的肺功能情况，也无法提供病灶大小、位置，气管角度变化等因素对患者肺功能的影响情况。因此，单纯基于PFT结果的术后肺功能预测准确性往往不高[56]。

与PFT不同，QCT分析对肺功能的评估是建立在对肺组织的客观反映的基础之上，受外界因素和患者配合度的影响相对较小，在构成有效肺功能的肺体积、肺密度、肺间质质量、支气管情况等参数的分析方面具有天然优势。QCT不仅可以提供单一肺叶体积、肺密度等参数，也还可以提供病灶体积、病灶位置因素导致的肺功能改变情况，能精准地分析手术前后支气管管径大小、管壁厚度、管腔面积和角度变化与肺功能变化的关系[57]。这些都是QCT分析相对于PFT的优势。

3 QCT分析在围手术期肺功能评估中的应用

基于上述优势和MSCT的广泛应用，早在2004年就有学者将QCT分析应用于围手术期肺体积的量化分析[39]，并发现左、右全肺切除术后余肺膨胀的程度具有明显差异。Mortani等[40]应用QCT分析对肺移植术后肺功能进行评估研究时发现，QCT分析比半定量评分(semiquantitative scores，SQS)能更好地预测移植肺的术后肺功能，与FEV1之间有更强的相关性(QCT：r=0.654vsSQS：r=0.114)。另外，Suzuki等[41]使用QCT分析对单肺移植术后肺功能变化进行分析时发现，术后5年自体肺体积与总肺体积的比率与术后FEV1百分比呈负相关(R2=0.711，P<0.05)。

对于围手术期肺功能的评估，临床外科医生不仅要关注患者的整体肺功能状态，更希望对病灶所在肺叶及术后各残肺叶的肺功能有所了解。由于QCT分析能客观、准确地反映各肺叶组织的内在情况，因此其可用于单一肺叶肺功能的评估。Silei-kiene等[42]通过对59例患者的CT进行量化分析，发现总肺、右肺、左肺、右中肺、右下肺、左上肺、左下肺的低于-950HU区域的体积(low attenuation volume，LAV-950HU)与PFT实测的FEV1和FEV1/FVC之间存在相关性(r=-0.500～r=-0.300，P<0.031)。同时，还发现除右上肺和右中肺外，其余各叶肺的LAV-950HU与DLco均呈现弱至中度负相关(r=-0.610～r=-0.350，P<0.022)，与TLC呈弱正相关(r=0.340～r=0.440，P<0.023)。

以上研究表明，QCT分析可用于围手术期肺功能评估。由于其能客观、准确地反映各肺叶组织的内在情况，可用于单一肺叶肺功能的评估，因此在外科手术策略制定中有着重要意义。

4 QCT分析在术后肺功能预测中的作用

既往胸外科医生多基于PFT检查结果利用相应的公式推算患者的术后肺功能，如1975年的Juhl[10]公式、1986年的Egeblad[11]公式、1988年的Nakahara[12]公式等，并在世界范围内广泛应用。按照这些肺功能预测公式所有肺切除患者术后肺功能都会明显减低。然而在实际临床上，行肺切除术后患者的肺功能不仅没有显著减低反而较术前增加的情况时有发生[58]。因此，我们迫切需要一种更精准的术后肺功能预测方法来指导我们制定临床策略。

QCT用于术后肺功能的预测最早提出于上世纪90年代[43]，证实了QCT分析在预测术后患者肺功能中的可行性。随着MSCT和高分辨率CT的广泛应用，CT可以获取更多的肺组织信息，如各肺叶体积、密度、支气管管径大小和面积、以及病灶体积等。我们可以将这些信息通过特定的方法计算出与肺组织相关的术前病灶体积占总肺体积比率、拟切除肺体积占术前总肺体积比率、支气管角度变化等参数，而后结合肺功能检查通过统计学相关性分析和回归方程分析构建术后余肺体积代偿性膨胀和密度变化与肺功能关系的模型，进而对术后肺功能恢复进行预测。Yabuuchi等[44]利用QCT分析对49例因肺癌接受肺叶切除患者的肺功能进行了预测。其结果发现，术后肺预测的功能改变(ppo-ΔFEV1和ppo-ΔVC)与PFT实测的肺功能变化(ΔFEV1和ΔVC)之间存在高度相关性(ΔFEV1与ppo-ΔFEV1，r=0.720；ΔVC与ppo-ΔVC，r=0.710)。Fourdrain等[45]对QCT分析和其他四种肺癌术后的肺功能预测方法进行了比较，结果发现相较于传统的Nakahara公式，Juhl和Frost公式、肺通气显像、肺灌注显像等技术，QCT分析对术后3月FEV1的预测和术后3月的实际FEV1相关性更好(R2:0.790vs0.750、0.750、0.670、0.640，P<0.01)，并认为QCT分析可作为术后FEV1预测的参考标准。再者，Kobayashi等[46]一项基于53例肺癌患者的研究发现，相较于传统的节段计数法，基于QCT分析的术后肺功能预测值与实测值之间相关性更高(VC:r=0.873vsr=0.885；FEV1:r=0.845vsr=0.884；DLco:r=0.826vsr=0.843，P<0.01)，预测值与实测值差异更小(VC: 0.000±0.330vs0.020±0.310；FEV1:-0.130±0.250vs-0.110±0.220；DLco: -1.110±2.600vs-0.980±2.480)，可以更加精确地预测残余肺的肺功能。

5 总 结

综上所述，由于QCT具有能客观反映患者各肺叶体积、密度、支气管管径大小和面积、以及病灶体积等优势，结合特定的计算方法可更精准地对肺癌患者围手术期的肺功能进行评估和预测。若未来的研究能解决以下问题：1)探索出适用范围更广、更准确的预测方法或公式；2)如何与传统肺功能检查及血气分析结合、对应，那么QCT在临床上必将拥有更为广泛的应用前景。

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