Компьютерная томография в диагностике обструктивных болезней легких

В последние годы в пульмонологии большое внимание уделяется изучению обструктивных болезней легких (ОБЛ). При этом под термином ОБЛ понимаются хронические, медленно прогрессирующие заболевания, характеризующиеся необратимой или частично обратимой (при применении бронхолитиков или другого лечения) обструкцией бронхиального дерева. ОБЛ — собирательное понятие, которое объединяет группу хронических болезней дыха­тельной системы: хроническая обструктивная болезнь легких (ХОБЛ), эмфизема легких (ЭЛ) и бронхи­альная астма (БА).

ОБЛ относятся к числу наиболее распростра­ненных заболеваний человека. Так в США в 1995 г. ОБЛ было зарегистрировано у 14 млн. человек. В настоящее время в США около 6% муж­чин и 3% женщин болеют ОБЛ. Среди лиц старше 55 лет эта цифра достигает 10%. В России по результатам подсчетов с использованием эпидемиологических маркеров проживает около 11 млн. больных ОБЛ.

В Европе смертность от ХОБЛ колеблется от 2,3 (Греция)   до   41,4   (Венгрия)   на   100 тыс. населения. По статистическим данным 1997 г. в России этот показатель достиг 35,3 на 100 тыс. населения (или 2,4 % всех причин смерти).

В стандартах Европейского Респираторного Общества подчеркивается, что почти 75% случаев заболева­ния диагностируется несвоевременно, в поздних стадиях, когда самые современные лечебные программы не позволяют затормозить неуклонное прогрессирование болезни.

Ведущее значение в диагностике ХОБЛ и БА и объективной оценке степени тяжести заболевания имеет исследование функции внешнего дыхания (ФВД). Рентгенографическое исследование органов грудной клетки стало ведущим и обязательным методом в оценке макроструктуры и топографо-анатомического состояния легких у больных ХОБЛ и БА. В тоже время, его возможности существенно ограничены на ранних этапах заболевания и субъективны в оценке. Внедрение в клиническую практику компьютерной томографии (КТ) существенно повысило информативность медицинской визуализации заболеваний легких. Однако роль КТ в лучевой диагностике ОБЛ не ясна и остается предметом дискуссии многих ученых.

Материал и методы.

Нами было обследовано 10 здоровых добровольцев и 75 больных ОБЛ. Среди обследованных преобладали лица мужского пола - 48 (56,5%) человек. Средний возраст обследуемых составил 48 лет и колебался от 37 до 62 лет.

Всем больным исследовали функцию внешнего дыхания. Изучение жизненной емкости легких (ЖЕЛ), объема форсированного выдоха в первую секунду (ОФВ1), индекса Тиффно, мгновенной объемной скорости при выдохе 25%, 50% и 75% (МОС25, МОС50 и МОС 75) формировало функциональный диагноз ХОБЛ (таблица № 1).

Таблица №1.  Основные показатели вентиляционной функции легких

В соответствии с результатами клинического обследования и исследования ФВД основная группа пациентов была условно разделена на шесть подгрупп (таблица № 2).

Таблица №2. Распределение больных по данным ФВД.

Всем пациентам выполнялась цифровая рентгенография грудной клетки в прямой проекции и рентгеновская компьютерная томография (КТ).

Для исследования органов грудной клетки сканирование выполнялось в спиральном режиме Pulmo Spiral с синхронизацией с дыханием. Технические параметры были следующими: толщина среза 8 мм, подача стола пациента 12 мм, 140 кВ, 146 мАс, ядро преобразования АВ 50. Синхронизация КТ с дыханием пациента осуществлялась с целью стандартизации условий исследования. Сканирование осуществлялось на вдохе при величине ЖЕЛ, равной 50%.

Всем больным проводилось исследование в режиме шагового сканирования с высоким разрешением (КТВР) на максмальном вдохе (инспираторное) и максимальном выдохе (экспираторное). При этом технические параметры были следующими: толщина среза 1 мм, шаг 10 мм, 140 кВ, 141 мАс.

Анализ полученной информации включал четыре последовательных этапа: 1) визуальной оценки; 2) количественной оценки; 3) сравнительной оценки; 4)  сопоставления результатов.

Визуальная оценка КТ изображений осуществлялась с целью установления наличия ОБЛ, а также другой патологии в двух основных диапазонах: 1) при ширине окна 120 HU и центре окна –600 HU для легочной ткани 2) при ширине окна 500 HU и центре окна 40 HU для мягкотканных структур и средостения. Определялся характер выявленных патологических изменений и их распространенность. По количеству идентифицированных семиотических признаков определялась информативность спиральной КТ, а также инспираторной и экспираторной КТВР. Оценивалась, также, информативность КТВР при исследовании с различным шагом (10 мм, 20 мм и на трех уровнях: бифуркация трахеи, выше и ниже на 5 см). При этом использовался статистический критерий Розенбаума (Q).

Оценка в режиме Pulmo базировались на изучении трех томограмм, полученных для срезов следующих областей: уровень бифуркации трахеи, выше на 5 см; ниже на 5 см. Каждая томограмма делилась на плащевую и срединную
зону, обсчет денситометрических показателей которых производился отдельно (Рис. 1 и 2).

Результаты представлялись в виде таблиц и гистограмм и сравнивались с контрольной гистограммой в соответствии с возрастом и полом

Кроме того, определялось соотношение объемов легких в процентах в соответствии со шкалой поглощения:

а) от –850HU до –910HU (гипервентиляция);

б) от –700HU до –850HU (нормальная легочная ткань);

в) от –600HU до –700HU (умеренная гиповентиляция);

г) от –200HU до –600HU (выраженная гиповентиляция).

Перечисленные выше показатели сравнивались во всех 6 подгруппах больных для дифференциальной диагностики БА и ХОБЛ.

Полученные в результате измерений данные сравнивались с результатами измерений на здоровых добровольцах, и определялась степень выраженности патологических изменений. На завершающем этапе проводилось сопоставление результатов рентгенографических, функциональных и КТ исследований с клиническими данными.

В результате проведенного исследования были выявлены следующие семиотические признаки, характерные для ХОБЛ и БА.

При спиральной КТ у 7 пациентов с легкой степенью течения БА было выявлено некоторое увеличение площади легочных полей (расширение ретростернального пространства, приближение передне-заднего размера грудной клетки к поперечному размеру), повышение прозрачности легочной ткани, уменьшение на единицу площади составляющих нормальный легочный рисунок. При инспираторной КТВР у этих пациентов отмечено обеднение легочного рисунка, у одного пациента дополнительно была выявлена единичная мелкая субплевральная булла в верхушке правого легкого.  При экспираторной КТВР у всех пациентов отмечалась незначительная неравномерность увеличения денситометрических показателей легочной ткани.

 У 9 пациентов со средней степенью тяжести БА при КТВР было выявлено усиление перечисленных выше признаков. Дополнительно, выявлялось расширение и уплотнение корней легких за счет легочных артерий, прикорневого фиброза, уплотнения лимфоузлов, лимфатических сосудов.

Эмфизематозные буллы определялись у 5 пациентов. При спиральной КТ у всех пациентов в той или иной степени отмечалась незначительная делятация бронхов (коэффициент соотношения диаметра бронха к диаметру идущей рядом артерии не превышал 1,5). У 4 пациентов визуализировалось фиброзное уплотнение стенок бронхиолПо данным экспираторной КТВР отмечалось локальное нарушение динамики воздухонаполнения. У 7 пациентов с тяжелой степенью БА имелось значительное усиление вышеперечисленных признаков при спиральной КТ. Дополнительно выявляелось вертикальное расположение сердца. Инспираторная КТВР позволяла обнаружить перибронхиальную субплевральную мелкоочаговую инфильтрацию, утолщение перибронхиального и перивазального интерстиция, уплотнение междолькового и внутридолькового интерстиция. У 6 больных отмечалось утолщение стенок бронхов, сужение их просвета. У трех больных имели место участки гиповентилляции.  Экспираторная КТВР доказывала отсутствие значительной разницы сокращения легких в сравнении с инспираторной КТВР.

У 9 пациентов с легкой степенью тяжести ХОБЛ при спиральной КТ было выявлено невыраженное очаговое вздутие легочной ткани (чаще в верхушках легких) с участками гиповентилляции в нижних долях. Отмечалось некоторое увеличение корней легких,  утолщение  стенок бронхов, незначительное усиление и обогащение легочного рисунка за счет интерстициального компонента по мелко-сетчатому типу. При инспираторной КТВР визуализировалось незначительное утолщение перибронхиального и междолькового интерстиция.

У 32 пациентов со средней степенью тяжести ХОБЛ при спиральной КТ дополнительно к усилению вышеперечисленных симптомов выявлялось уменьшение размеров сердца, плевро-апикальные наслоения и плевро-диафрагмальные спайки. При инспираторной КТВР определялось расширение бронхиол, утолщение их стенок, неравномерность просвета, симптом «визуализации бронхиолы у наружной грудной стенки». Отмечалось уплотнение междолькового и внутридолькового интерстиция, утолщение субплеврального интерстиция. При экспираторной КТВР визуализировалась мозаичность структуры легочной паренхимы, единичные, расположенные преимущественно субплеврально «ловушки» воздуха.У 11 пациентов с тяжелой степенью ХОБЛ при спиральной КТ было выявлено значительное обогащение и деформация легочного рисунка за счет интерстициального компонента по мелко-сетчатому типу, значительное, у 9 больных неравномерное,  утолщение стенок бронхов. При инспираторной КТВР у всех больных определялось значительное утолщение перибронхиального и периартериального, уплотнение междолькового и внутридолькового интерстиция. Визуализировались множественные мелкоочаговые участки перибронхиальной и альвеолярной инфильтрации. Характерным признаком были кольцевидные тени осевых сечений бронхов (при их перпендикулярном сканировании) или симптом «трамвайных рельсов» (при параллельном сканировании бронха), дивертикулоподобные выпячивания стенок бронхов, зазубренность их наружных и внутренних контуров, четкообразность форм.
У 5 больных визуализировались бронхиоло- и бронхоэктазы мелких бронхов. При экспираторной КТВР идентифицировалась мозаичность структуры легочной паренхимы, множественные расположенные субплеврально и паренхиматозно «ловушки» воздуха.

Изучение информативности КТВР при исследовании с различным шагом подачи стола продемонстрировало отсутствие достоверного различия между методами сканирования через 10 мм и 20 мм (p>0,05).  В тоже время томография на трех уровнях (бифуркация трахеи, выше и ниже на 5 см) существенно снижала чувствительность исследования (p<0,05).

Сравнительный анализ денситометрических показателей легких выявил следующие закономерности. В группе контроля плотность легочной ткани зависела от уровня исследования (таблица № 4). Максимальная воздушность, до -810,2+16,6 HU, отмечалась на уровне бифуркации трахеи, минимальная, до -785,2+61,2 HU, на уровне выше бифуркации на 5 см. При этом, несмотря на особенности строения правого и левого легких, плотностные различия были минимальны и статистически недостоверны. Практически важным оказался тот факт, что стандартная девиация плотности была наименьшей на среднем уровне исследования (+16,6 HU), а наибольшей – на верхнем (+61,2HU). Это объясняется, прежде всего, индивидуальными различиями в размерах и форме грудной клетки, которые нивелировались в ее средней части.

Принципиальное значение имел вопрос дифференциальной диагностики БА и ХОБЛ на ранних этапах развития обструктивного процесса при легкой степени тяжести, когда еще возможна и эффективна индивидуальная патогенетическая терапия.  Оказалось, что вследствие преобладания эмфиземы легких при БА происходит незначительное, до –835,7+25,3 HU, повышение воздушности на среднем уровне обоих легких в равной степени. При этом следует отметить, что  различие плотности легких у таких больных и обследуемых лиц группы контроля не являлось статистически достоверным (p>0,05).

Иная тенденция прослеживалась у больных с ХОБЛ легкой степени тяжести. Уже на ранних этапах развития отмечались пневмосклеротические изменения, проявляющиеся в уплотнении  паренхимы на всех уровнях обоих легких. В частности на среднем уровне обоих легких денситометрические показатели достигали -751,6+42,4 HU. Различия результатов денситометрии у больных ХОБЛ с результатами обследования больных БА и лиц группы контроля были статистически достоверными  (p<0,05).

При длительном течении заболевании, развитии процесса средней и тяжелой степени тяжести с точки зрения денситометрических изменений в легких различия между БА и ХОБЛ стирались. Разница средних арифметических значений составляла около 25 HU и объяснялась более выраженными при БА эмфизематозными  изменениями.  Существенное  увеличение  стандартной де-

Таблица № 4.

виации до 60-80 HU делало указанные различия статистически недостоверными (p>0,05).  В первую очередь, выявленная закономерность была обусловлена преобладанием диффузных пневмосклеротических изменений как при ХОБЛ, так и больных с БА. Выявленный факт еще раз подтверждает мнение многих ученых, что ОБЛ, вне зависимости от особенностей дебюта заболевания на поздних стадиях является единым патологическим процессом требует во многом унифицированного подхода в лечении.

Следует отметить полную тождественность выявленных изменений на всех уровнях и в обоих легких. Это существенно упростило протокол обработки данных, ограничивая его анализ только уровнем бифуркации трахеи.

Сегментарный анализ денситометрических изменений показал их неоднородный характер в плащевой и срединной зонах обоих легких на уровне бифуркации трахеи. Измерения ограничились контрольной группой и группой пациентов с ХОБЛ и БА легкой степени тяжести, в связи с тем, что только у данной категории больных имелись достоверные различия плотностных показателей (таблица № 5).

При обследовании лиц контрольной группы в частности было обнаружено, что воздушность срединной зоны легких примерно на 30-40 HU выше, чем плащевой. У пациентов с ХОБЛ и БА легкой степени тяжести эта разница незначительно уменьшалась до 20 HU (p>0,05).

Детализация изменений денситометрических показателей у больных с БА показала статистически недостоверное (p>0,05) повышение воздушности больше в плащевых зонах обоих легких на 20-30 HU.

У пациентов с ХОБЛ легкой степени уплотнение легочных полей определялось во всех зонах. В плащевых зонах средняя плотность повышалась по сравнению с лицами группы контроля на 45 HU. Однако указанное различие было недостоверным ввиду больших значений стандартной девиации (p>0,05). Уплотнение срединных зон было более выраженным, до 65 HU, и статистически значимым (p<0,05).

Таблица № 5.

Однако большее практическое значение имел зональный сравнительный анализ денситометрии пациентов с БА и ХОБЛ легкой степени тяжести. Он продемонстрировал статистически значимую разницу в плотности двух категорий больных, составляющую около 80 HU (p<0,05).

Изучено соотношение объемов легких в соответствии со шкалой поглощения в группе контроля и у больных ХОБЛ (таблица № 6). Использование терминов «гипервентиляция», «нормальная легочная ткань», «умеренная и выраженная гиповентиляция» были условны и включали в себя весь спектр вокселей легочной ткани с учетом эффекта объемного усреднения.  Тем не менее, данная градация оказалась достаточной для изучения денситометрических изменений в полном объеме легочной ткани.

Таблица № 6.

На ранних этапах развития обструктивного процесса для БА было характерно увеличение объема гипервентиляции легких до 47,4% за счет уменьшения объема нормальной легочной ткани до 35,0% (p>0,05). Доля объемов умеренной и выраженной гиповентиляции осталась практически неизменной.

При ХОБЛ легкой степени тяжести объем нормальной легочной ткани остался прежним. В тоже время имело место статистически достоверное уменьшение объема гипервентиляции до 14,6% (p<0,05) и увеличение объемов умеренной (p>0,05) и выраженной (p<0,05) гиповентиляции до 15,6% и 22,8% соответственно.

Различия соотношения объемов легких у больных с БА и ХОБЛ были статистически достоверными (p<0,05).

При развитии ХОБЛ и БА средней и тяжелой степени тяжести изменения объемных соотношений имели единую тенденцию. Объем нормальной легочной ткани у пациентов с ХОБЛ не изменялся и соответствовал данному показателю у лиц группы контроля. С увеличением тяжести БА объем нормальной легочной ткани увеличивался и в итоге также соответствовал средним нормальным показателям.

Доля объема гипервентиляции с увеличением тяжести ХОБЛ и БА уменьшалась в 2 и 1,5 раза соответственно. С другой стороны происходило увеличение долей умеренной и выраженной гиповентиляции в тех же соотношениях. Различия соотношения объемов легких у больных с БА и ХОБЛ средней и тяжелой степеней тяжести были статистически недостоверными (p>0,05). Это свидетельствовало о преобладании пневмосклеротических изменений при длительном течении ОБЛ.

1. КТ является высоко информативным дополнительным методом в диагностике ОБЛ, в том числе на начальных стадиях развития обструктивного процесса.
2. КТ позволяет дифференцировать БА и ХОБЛ при легкой степени тяжести заболевания с использованием, прежде всего, денситометрических показателей. Уровень бифуркации трахеи является оптимальным и достаточным для оценки плотностных изменений. При этом следует учитывать изменения в срединной и плащевой зонах легочных полей.
3. При длительном течении у больных БА и ХОБ развиваются тождественные денситометрические изменения. Поэтому их дифференциальная диагностика должна быть основана на особенностях семиотики. Проведенное исследование позволило выявить наиболее характерные компьютерно-томографические признаки заболевания на различных этапах патогенеза.
4. Инспираторная и экспираторная КТВР позволяют существенно повысить информативность метода КТ и идентифицировать дополнительные семиотические признаки. При этом шаг подачи стола, равный 20 мм, является оптимальным с учетом достаточной чувствительности и минимизации лучевой нагрузки.
5. Методика анализа соотношения объемов легких в соответствии со шкалой поглощения позволяет дифференцировать БА и ХОБЛ у пациентов с легкой степенью тяжести. Выявлены характерные изменения долевого соотношения объемов легких на различных стадиях ХОБЛ и БА.