暗场胸片信号：呼吸状态与肺气肿的紧密关联 —— 为精准诊断带来新契机

为探究暗场胸片信号与呼吸状态关系及肺气肿的影响，研究人员对 88 名受试者进行研究。结果显示，暗场信号依赖呼吸状态，且受肺气肿严重程度影响。这对明确最佳呼吸状态、提升暗场胸片诊断价值意义重大。

在医学影像学领域，X 射线成像技术不断发展，为疾病诊断提供了重要依据。X 射线暗场成像作为一种新兴技术，自 2008 年问世以来，逐渐受到关注。与传统基于衰减的 X 射线摄影不同，X 射线暗场摄影的对比度是由被研究样本内微观结构材料界面处的 X 射线超小角度散射产生的。健康的肺部由于肺泡中存在大量的气 - 组织界面，在暗场成像中会产生相对较高的信号。此前，诸多临床前研究在标本和动物身上展开，已证实该技术在评估多种肺部疾病，如肺气肿、肺纤维化、放射性肺损伤、肺肿瘤和气胸等方面具有潜在价值 。

然而，以往的研究大多仅分析了深吸气时的暗场图像。虽然有针对机械通气小鼠和活体猪的研究发现暗场信号会随呼吸周期或通气压力变化，但在人体中，暗场信号与呼吸状态的关系尚未得到明确研究。而患者的呼吸状态极有可能影响暗场胸片的诊断价值，哪种呼吸状态更有利于提升诊断效果也有待确定。为了解决这些问题，来自德国慕尼黑工业大学（Technical University of Munich）等机构的研究人员开展了一项前瞻性研究。

研究人员依据赫尔辛基宣言（2013 年修订版）开展此项研究，获得了机构审查委员会和国家辐射保护机构的批准，所有参与者均签署了书面知情同意书。从 2018 年 10 月至 2020 年 10 月，研究人员对进行胸部 CT 检查的患者进行筛选，选取至少 18 岁、能够自主站立且无除肺气肿外其他肺部疾病的患者作为研究对象 。

研究中，所有参与者均使用原型暗场胸片系统进行检查，在深吸气和深呼气状态下分别进行后前位和侧位图像采集。研究人员不仅对暗场信号进行定性评估，还计算了每个参与者在吸气和呼气时的总暗场信号（∑DF）和暗场系数（ϵ） 。总暗场信号被认为与肺部充气肺泡的数量成正比，而暗场系数则是总暗场信号与肺体积的比值，它描述了每单位长度肺组织产生的平均暗场信号，取决于组织的微观结构特性，如肺泡的堆积密度 。此外，研究人员还通过胸部 CT 对肺气肿进行半定量评估，并运用多种统计学方法对数据进行分析。

研究结果

1. 参与者基本信息：88 名参与者（55 名男性，33 名女性），平均年龄 64±11 岁。其中 52 名患有肺气肿，根据严重程度分为不同等级 。
2. 肺体积：所有参与者吸气时肺体积为 7.3±1.7 L，呼气时降至 5.2±1.8 L。肺气肿患者在吸气和呼气时的肺体积均大于非肺气肿参与者，且非肺气肿组的肺体积相对差异更大 。
3. 总暗场信号：总体而言，吸气时的总暗场信号（∑DF=1.6×10−2±0.4 m2）高于呼气时（∑DF=1.5×10−2±0.4 m2）。与对照组相比，融合型和晚期破坏性肺气肿组在吸气和呼气时的总暗场信号显著降低。所有参与者呼气与吸气总暗场信号的平均比值为 0.93±0.09，各肺气肿组与对照组之间无显著差异 。
4. 暗场系数：呼气时的暗场系数（ϵ=3.1±1.1 m−1）高于吸气时（ϵ=2.3±0.6 m−1）。在两种呼吸状态下，轻度和微灶型肺气肿组与对照组的暗场系数无显著差异，但中度、融合型和晚期破坏性肺气肿组的暗场系数较低。对照组呼气与吸气暗场系数的比值为 1.42±0.24，轻度和微灶型肺气肿组该比值无变化，而中度、融合型和晚期破坏性肺气肿组的比值较低 。

研究结论与讨论

研究表明，暗场信号总体上依赖于呼吸状态。正如预期的那样，基于暗场信号本质上是测量光束路径中肺泡数量的假设，整个肺部的总暗场信号在吸气和呼气之间仅发生轻微变化（减少不到 10%）。相比之下，与肺泡密度更相关的暗场系数，从吸气到呼气增加了高达 40%，尤其是在无到轻度肺气肿的参与者中 。

这一发现与之前在机械通气小鼠和猪身上进行的关于呼吸状态或通气压力对暗场射线照片影响的研究结果一致。这些研究也发现，较低的通气压力会使暗场信号增加，且下肺部的增加更为明显。这表明下肺部的肺泡堆积密度增加更强，这与下肺部在生理上因重力对肺回缩和吸气时相邻膈肌的上下运动的影响，在吸气和呼气之间表现出比上肺部更大的体积变化这一事实相符 。

对于使用暗场系数定量检测肺气肿，吸气和呼气图像的性能相似。两种呼吸状态下的暗场系数在无肺气肿组和至少中度肺气肿组之间均显示出显著差异。然而，要确定哪种呼吸状态更有利于暗场射线照相，除了本研究中的定量评估外，还需要通过读者研究进行定性分析。此外，在给出建议之前，还需要对不同的肺部疾病进行更多研究 。

该研究也存在一定局限性。例如，虽然告知患者在深吸气或深呼气时屏住呼吸，但未对呼吸状态进行定量测量；计算暗场系数时使用的肺体积是通过胸片确定的，而非肺功能测试这一标准方法；研究仅在单一机构进行，且参与者数量较少，尤其是在更严重的肺气肿阶段。因此，本研究中发现的任何统计学意义都需要在更大规模的队列研究中进一步证实，最好在其他机构也进行相关研究 。

尽管如此，该研究为理解暗场胸片信号与呼吸状态及肺气肿之间的关系提供了重要依据，对未来优化暗场胸片检查、提高肺部疾病诊断准确性具有重要意义。该研究成果发表在《European Radiology Experimental》上，为相关领域的研究和临床实践开辟了新的方向，有望推动医学影像学在肺部疾病诊断方面的进一步发展。