探讨呼吸运动对中央气道径线值的影响及其临床意义。
2016年3—7月郑州大学第一附属医院放射介入科招募60名健康成人志愿者进行前瞻性研究。其中男32例，女28例，年龄25～54(34.0±9.1)岁。志愿者均行胸部多层螺旋CT(MSCT)检查，于深吸气末、深呼气末分别扫描全肺，薄层图像结合多平面重建技术(MPR)，使用特殊纵隔窗(窗宽500 HU，窗位－100 HU)在吸气末、呼气末时测量中央气道横截面积，计算塌陷指数，测量左主支气管-右主支气管夹角(隆突角，∠C)、右上叶-中间支气管夹角(∠RI)、右中叶-右下叶支气管夹角(∠RMI)及左上叶-左下叶支气管夹角(∠LUI)，并观察吸气末、呼气末时中央气道的形态改变。
深呼气末，中央气道横截面积均少于吸气末相，差异均有统计学意义(P值均<0.01)。气管塌陷指数为19.7%±8.6%；右主支气管、中间支气管、右上叶支气管、右中叶支气管和右下叶支气管塌陷指数分别为21.4%±9.6%、14.7%±6.2%、15.5%±5.7%、10.1%±3.6%、24.5%±9.1%；左主支气管、左上叶支气管、左下叶支气管塌陷指数分别为24.0%±9.4%、15.1%±5.0%、27.6%±10.7%。左侧中央气道中，各级支气管塌陷指数比较，差异有统计学意义(F＝32.696, P<0.05)；其中左主支气管、左下叶支气管的塌陷指数较大，与左上叶支气管塌陷指数比较，差异均有统计学意义(P值均<0.05)。右侧中央气道中，各级支气管塌陷指数比较，差异有统计学意义(F＝38.154, P<0.05)；其中右主支气管、右下叶支气管的塌陷指数较大，分别与右上叶支气管、中间支气管、右中叶支气管塌陷指数比较，差异均有统计学意义(P值均<0.05)。呼气末与吸气末时比较，∠C增大，∠RI、∠RMI、∠LUI均减小，差异均有统计学意义(P值均<0.01)，其中∠LUI吸气-呼气差值最大。深吸气末时，中央气道的轴位横断面多为类圆形或卵圆形。深呼气末时，气管85%(51/60)、左主支气管70%(42/60)、右主支气管82%(49/60)呈后膜变平或轻度前弓形态。叶支气管断面形态改变不明显。
MSCT为观察和测量中央气道径线的有效手段，根据不同呼吸时相的气管及各级支气管的横截面积和夹角变化程度不同，有利于指导临床选择合适型号的气道支架，也有助于探讨和研发更具有生理适应性的气道支架。
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气道内支架已被广泛应用于治疗中央气道阻塞性疾病和各种气道瘘，中央气道径线值的准确测量是气道内支架治疗成功的关键因素之一[1,2]。近年来，有研究报道关于中央气道的定量测量研究，但大多在尸体标本上测量，不能反映不同呼吸状态下的生理性差异[3]。为此，笔者选择60名健康成人采用MSCT测量不同呼吸状态下中央气道的径线，探讨呼吸运动对气道径线值的影响。
2016年3—7月郑州大学第一附属医院放射介入科招募60名健康成人志愿者进行前瞻性研究。其中，男32例，女28例；年龄25～54(34.0±9.1)岁。纳入标准：(1)年满18周岁，能够配合扫描；(2)同意参加该项研究，并签署知情同意书。排除标准：(1)存在颈胸部肌肉骨骼畸形，脊椎侧凸畸形者；(2)存在破坏性肺部疾病，包括肺大疱、肺纤维化、肺结核、中晚期肺癌和肺转移癌者；(3)有明显影响气道生理径线值的疾病史者，如左心肥大、气管软化、支气管扩张、纵隔或支气管异物压迫气道以及压迫气道的肺部占位性病变等；(4)怀孕或育龄、哺乳期妇女；(5)图像质量差者。本研究经郑州大学第一附属医院伦理委员会批准[2016年科研第(14)号]。
采用GE宝石能谱CT机(GE Discovery CT750HD)。患者取仰卧、头正中位，扫描范围覆盖整个中央气道。采用自适应迭代重建技术行低剂量胸部CT扫描，扫描参数：管电压120 kV，自动管电流10～350 mA，层距5 mm，X线球管转速0.8 s/r，螺距1.375，矩阵512×512。将扫描所得原始数据重建为薄层图像，重建层厚为1.0 mm。
将所有CT扫描图像传至GE AW 4.6工作站(GE HealthCare, USA)，采用多平面重建技术(multiplanar reconstruction, MPR)，以目标气道正中为原点，垂直于气道壁行薄层重建，层厚0.625 mm，间距0.625 mm，取得目标气道的轴位薄层图像，重建图像FOV统一采用4.5 mm。采用能够清晰显示气道壁，测量值与生理值最为接近的特殊纵隔窗(窗宽500 Hu，窗位－100 Hu)进行测量[4]。图像由两名经过培训的、从事影像诊断工作分别为6年和8年的高年资影像科医师独立测量，最终结果取平均值。
观察吸气末、呼气末时气管与主支气管的断面形态变化。采取轴位重建的首层图像进行测量，即垂直于各气管、支气管开口处的层面，采用自动跟踪程序测量气管与主支气管对应气道层面的横截面积(图1)。根据横截面积计算塌陷指数[5],比较各气道狭窄情况。选取左主支气管与右主支气管、右上叶支气管与中间支气管、右中叶支气管与右下叶支气管、左上叶支气管与左下叶支气管之间的夹角远端约1 cm处重建轴位图像，旋转重建图像，清晰显示并测量各支气管内侧壁夹角，即左主支气管-右主支气管夹角(隆突角，∠C)、右上叶-中间支气管夹角(∠RI)、右中叶-右下叶支气管夹角(∠RMI)、左上叶-左下叶支气管夹角(∠LUI)。见图2、图3。
塌陷指数(%)＝(吸气末横截面积－呼气末横截面积)/吸气末横截面积×100%。
应用SPSS 17.0软件对数据进行统计学分析，服从或近似服从正态分布的计量资料以
±s表示，吸气相、呼气相中央气道面积和角度变化的比较采用配对t检验。不同支气管塌陷指数的比较采用方差分析，两两比较采用LSD-t检验。以P<0.05为差异有统计学意义。采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient, ICC)评定两名医师测量结果的一致性：ICC>0.75一致性优，ICC 0.40～0.75一致性中等，ICC<0.40一致性差。
观察者间的一致性检测结果显示ICC均>0.84，一致性优。
呼气末时，中央气道横截面积均少于吸气末相，差异均有统计学意义(P值均<0.01)。见表1。左侧中央气道中，各级支气管塌陷指数比较，差异有统计学意义(P<0.05)；其中左主支气管、左下叶支气管的塌陷指数较大，与左上叶支气管塌陷指数比较，差异均有统计学意义(P值均<0.05)。右侧中央气道中，各级支气管塌陷指数比较，差异有统计学意义(P<0.05)；其中右主支气管、右下叶支气管的塌陷指数较大，分别与右上叶支气管、中间支气管、右中叶支气管塌陷指数比较，差异均有统计学意义(P值均<0.05)。见表2。
MSCT检测健康成人吸气末、呼气末气管及不同支气管横截面积的比较(mm2, 
±s)
MSCT检测健康成人吸气末、呼气末气管及不同支气管横截面积的比较(mm2, ±s)
| 观察时相 | 例数 | 气管 | 左肺 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| 左主支气管 | 上叶支气管 | 下叶支气管 | |||
| 吸气末 | 60 | 228.4±57.8 | 126.4±32.1 | 72.6±17.8 | 69.1±14.0 |
| 呼气末 | 60 | 181.3±41.4 | 96.1±28.2 | 61.7±15.9 | 50.4±14.8 |
| 吸气末-呼气末差值 | 47.1±26.3 | 30.3±13.1 | 10.9± 4.5 | 18.6± 8.0 | |
| t值 | 13.911 | 17.862 | 18.670 | 17.972 | |
| P值 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | |
| 观察时相 | 右肺 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 右主支气管 | 中间支气管 | 上叶支气管 | 中叶支气管 | 下叶支气管 | |
| 吸气末 | 169.1±34.5 | 115.7±26.5 | 63.2±18.3 | 34.7±13.2 | 66.4±14.5 |
| 呼气末 | 132.8±30.1 | 99.6±27.1 | 53.5±16.0 | 31.4±12.6 | 50.8±15.0 |
| 吸气末-呼气末差值 | 36.4±18.6 | 16.1± 6.8 | 9.6± 4.1 | 3.3± 1.2 | 15.6± 5.9 |
| t值 | 15.120 | 18.431 | 18.092 | 20.926 | 20.576 |
| P值 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 |
MSCT检测健康成人不同支气管塌陷指数的比较(%，
±s)
MSCT检测健康成人不同支气管塌陷指数的比较(%，±s)
| 部位 | 例数 | 塌陷指数 | |
|---|---|---|---|
| 左肺 | |||
| 左主支气管 | 60 | 24.0± 9.4 | |
| 上叶支气管 | 60 | 15.1± 5.0ab | |
| 下叶支气管 | 60 | 27.6±10.7 | |
| F值 | 32.696 | ||
| P值 | <0.01 | ||
| 右肺 | |||
| 右主支气管 | 60 | 21.4±9.6 | |
| 中间支气管 | 60 | 14.7±6.2cd | |
| 上叶支气管 | 60 | 15.5±5.7cd | |
| 中叶支气管 | 60 | 10.1±3.6cd | |
| 下叶支气管 | 60 | 24.5±9.1 | |
| F值 | 38.154 | ||
| P值 | <0.01 | ||
注：左肺中，与左主支气管比较aP<0.05，与下叶支气管比较bP<0.05；右肺中，与右主支气管比较cP<0.05；与下叶支气管比较dP<0.05
呼气末与吸气末时比较，∠C增大，∠RI、∠RMI、∠LUI均减小，差异均有统计学意义(P值均<0.01)。各气管夹角吸气末-呼气末差值比较，差异有统计学意义(F＝71.943，P<0.01)，其中∠LUI吸气末-呼气末差值最大。见表3。
MSCT检测健康成人呼气末、呼气末中央气道支气管夹角的比较(°，
±s)
MSCT检测健康成人呼气末、呼气末中央气道支气管夹角的比较(°，±s)
| 观察时相 | 例数 | ∠C | ∠RI | ∠RMI | ∠LUI |
|---|---|---|---|---|---|
| 吸气末 | 60 | 76.8±16.7 | 88.3±17.4 | 29.7±12.2 | 90.8±19.0 |
| 呼气末 | 60 | 85.8±18.1 | 79.9±18.6 | 24.6±12.9 | 73.1±18.6 |
| 吸气末-呼气末差值 | －9.1±3.9a | 8.4±4.1a | 5.1±4.0a | 17.8±7.1 | |
| t值 | －18.099 | 15.916 | 9.761 | 19.388 | |
| P值 | <0.01 | <0.01 | <0.01 | <0.01 |
注：∠C为隆突角；∠RI为右上叶-中间支气管夹角；∠RMI为右中叶-右下叶支气管夹角；∠LUI为左上叶-左下叶支气管夹角；与∠LUI吸气末-呼气末差值比较，aP<0.05
吸气末时，中央气道的轴位横断面多为类圆形或卵圆形。呼气末时，气管与主支气管的断面形态变化较为明显：气管85%(51/60)、左主支气管70%(42/60)、右主支气管82%(49/60)的后膜不同程度的前凸，呈后膜变平或轻度前弓形态(图4)。叶支气管断面形态改变不明显。动态连续播放气管、主支气管的重建轴位图像，发现前、侧壁与后壁的运动幅度不同，后壁由膜壁构成，缺少软骨的支撑，呼吸运动幅度更大。
中央气道是指段以上的下呼吸道，包括气管、主支气管及叶支气管。中央气道相关疾病(如气道狭窄和气道瘘)，可严重影响通气功能，患者可有严重的呼吸困难和肺部感染，常因呼吸衰竭死亡。气道支架置入能够迅速改善患者的通气功能，目前已成为治疗中央气道狭窄和气道瘘的重要方法之一。然而，一些气道支架可导致气道肉芽组织增生、气道出血等并发症，制约着该项技术在临床的应用。有研究表明，气道不断进行的呼吸运动是导致气道支架治疗相关并发症的重要原因之一[6,7]。目前，关于中央气道吸气相-呼气相径线变化的研究报道较少。了解呼吸运动对中央气道径线值的影响不仅有利于指导临床选择合适型号的气道支架，也有助于探讨和研发更具有生理适应性的气道支架。
MSCT扫描是目前临床诊断气道病变，测量气道径线最为理想的技术[8]。MSCT胸部扫描为无间隔的连续性扫描或容积扫描，扫描后可进行任意的后处理，如各断面图像重建和3D重建。由于中央气道与邻近软组织存在高对比度，因此低剂量自适应迭代重建技术能够有效评估中央气道[9,10]。由于支气管和MSCT扫描平面呈斜角，常规的轴位及冠矢状位图像上并不能准确测量其径线值，进行支气管的轴位重建就很有必要。本研究冠状位MPR的FOV选取26.0 cm，多角度调整3D图像，使目标气管显示最佳。有研究显示，不同重建层厚、不同FOV并不会影响径线测量的准确性[11]。在本研究中，为减少手动测量的误差，测量时FOV统一选取4.5 cm；为减少部分容积效应，重建层厚选取0.625 mm。窗宽、窗位的不同将会严重影响测量的准确性，韩新巍等[4,12]报道，特殊纵隔窗即有利于完整的显示气道，又与生理径线值最为相符。因此，在本研究中笔者采用临床最为常用的特殊纵隔窗作为测量中央气道的窗宽、窗位。
本研究测量结果显示，呼吸运动导致中央气道的径线和形态发生了较为明显的变化：呼气末时，中央气道横截面积均少于吸气末相，其中在叶支气管水平，双肺下叶支气管塌陷指数最大，与同侧叶支气管比较，差异均有统计学意义(P<0.05)。笔者分析，两肺下叶肺活量占全肺活量比重最大，是下叶支气管塌陷率较高的原因。Matsuo等[13]报道两肺下叶肺活量和肺容积值的相关性显著高于其他肺叶。刘斋等[14]报道两肺下叶吸气末和呼气末容积差值明显高于其他各叶，提示两肺下叶占肺活量权重最大。本研究结果显示，气管、主支气管的断面形态在吸气末多为圆形或卵圆形，在呼气末后膜变平或呈轻度前弓形；叶支气管形态改变不明显，其原因为随着主支气管延伸为叶支气管，膜壁面积相对减小，而平滑肌纤维增多并呈螺旋形态分布；深吸气时隆突角度减小9.1°±3.9°，与Chen等[15]报道结果类似；而深吸气时各叶支气管夹角变大，其中左上叶-左下叶支气管夹角变化最大，这可能与左肺两叶肺容量较大以及深吸气时左肺两叶体积改变较大有关。
以往吸气相、呼气相MSCT测量气道横截面积，计算塌陷指数被用于诊断气管支气管软化症，呼气末气管塌陷指数>50%被认为是诊断标准[10,16,17]。而本研究观察对象均为健康成人，未发现狭窄>50%者。鉴于吸气相、呼气相中央气道径线变化值不同，笔者建议在治疗气道狭窄及气道瘘时进行个性化的气道支架测量、选择和设计。目前，Y型支架内径的测量多依据MSCT的轴位图像，选取目标气管近似圆形的层面进行测量，这无疑是不准确的，因为主支气管、叶支气管与人体长轴呈倾斜走形[18]。本研究采用MPR，选取主支气管、叶支气管垂直面重建的图像能够准确地测量其内径和面积，据此选择直径合适的支架可减少并发症发生的可能性。笔者总结，采用内支架治疗中央气道疾病时需注意以下几方面：(1)对内支架直径选择既要兼顾呼气时相，也要兼顾吸气时相，最好是直径顺应性内支架，支架直径具有潜在的扩张性，能够在不同的生理呼吸时相都适应中央气道内径变化；(2)鉴于左侧叶支气管吸气末-呼气末角度变化较大，建议适当增加左侧小Y支架分支夹角处的顺应性；(3)主支气管与双肺下叶支气管的塌陷指数较大，置入该位置的气道支架的顺应性可适当增加。另外，在支架设计方面，气管、主支气管膜壁变化幅度较大，设计后壁具有较高顺应性的管状支架和大Y型支架是支架研发的方向之一。
综上所述，MSCT是观察测量中央气道吸气相、呼气相相关径线值变化的理想工具；可根据不同呼吸时相的气管和各级支气管的横截面积和夹角变化程度不同，研究和设计更具生理适应性的气道支架。由于样本量少，本研究中在统计时未考虑研究对象的性别、年龄、身高及民族因素，研究结果可能存在偏差。在今后的研究中可增加样本量，进一步深入观察。
