定量CT衍生的肺叶间锥度作为与气道主导型非肺气肿性慢性阻塞性肺疾病相关的候选影像学特征

《Frontiers in Medicine》：Quantitative CT-derived lobar inter-tapering as a candidate imaging feature associated with airway-predominant non-emphysematous COPD

　　

背景：慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一种异质性疾病，涉及气道异常和肺气肿性破坏的不同程度贡献。然而，存在气流受限但肺气肿轻微的患者的气道结构改变仍未完全明确。基于定量CT（QCT）的气道形态学分析可能捕捉与气道主导型结构模式相关的气道几何学额外方面。目的：研究人员旨在评估非肺气肿性COPD（NE-COPD）患者定量CT上的肺叶间锥度异常，并探讨纳入间锥度特征是否能改善研究队列中的区分能力。方法：这项回顾性横断面研究纳入了2023年1月至2025年3月期间接受吸气相薄层胸部CT和支气管扩张剂后肺功能检查的173名受试者。NE-COPD定义为气流受限伴最小肺气肿，肺气肿通过?950 HU以下低衰减面积百分比（LAA%-950 <5%）量化。采用自动化气道分割和基于中心线的分析来量化第四代肺叶间锥度指数。构建了包含年龄、性别和吸烟暴露的临床模型。随后使用LASSO选择的肺叶间锥度特征和整体气道分支复杂度开发了影像增强模型。使用受试者工作特征分析、bootstrap验证、校准评估、决策曲线分析和SHAP解释评估模型性能。结果：在173名受试者中，87名患有NE-COPD，86名为非COPD对照。与非COPD对照相比，NE-COPD患者在多个肺叶表现出第四代肺叶间锥度模式改变。临床模型取得了曲线下面积（AUC）0.717。纳入定量气道特征后，影像增强模型显示出改善的区分能力，AUC为0.851。Bootstrap验证显示模型性能稳定。SHAP分析表明，四个肺叶第四代间锥度指数在拟合模型中占据了相当大的特征贡献比例。决策曲线分析提示影像增强模型在评估的阈值概率范围内具有更高的理论净获益。结论：定量CT衍生的肺叶间锥度与肺功能定义的非肺气肿性COPD相关。这些发现表明，肺叶间锥度是描述气道主导型结构模式的候选几何CT描述符。需要进一步开展具有外部验证和补充定量CT描述符整合的多中心研究，以确定其更广泛的临床应用价值。

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一种异质性呼吸系统疾病，其气流受限受气道异常和肺实质破坏的不同程度影响。虽然定量CT（QCT）已用于评估肺气肿和气道异常，但许多肺功能确诊的COPD患者CT上显示很少或没有肺气肿，其结构改变可能以气道为主。然而，常规视觉评估难以捕捉气道管径在连续代际间的细微变化。因此，研究人员在《Frontiers in Medicine》发表了一项研究，旨在评估定量CT衍生的肺叶间锥度（指从近端亲代气道到远端子代气道管径的相对减少）是否与非肺气肿性COPD（NE-COPD）相关，并探讨该特征能否改善对NE-COPD的判别能力。

研究人员开展了一项回顾性横断面研究，在山西省长治市人民医院进行。研究纳入了2023年1月至2025年3月期间接受吸气相薄层CT和支气管扩张剂后肺功能检查的173名受试者，其中87例为NE-COPD，86例为非COPD对照。NE-COPD定义为支气管扩张剂后FEV₁/FVC<0.70且全肺低衰减面积百分比（LAA%）<5%（?950 HU阈值）。关键技术方法包括：采用深度学习方法（TotalSegmentator和nnU-Net）自动分割肺和气道，提取中心线并分配气道代次，计算第四代肺叶间锥度指数；通过气道段数量的对数-代次回归得到整体气道分支复杂度（global k值）；随后构建临床模型（年龄、性别、吸烟暴露）和影像增强模型（临床变量+global k值+LASSO选择的四个肺叶间锥度指数），并用受试者工作特征（ROC）曲线、bootstrap内部验证、校准曲线、决策曲线分析（DCA）和SHAP分析评估模型。

结果部分按以下小标题展开：

3.1 参与者特征：与非COPD对照相比，NE-COPD患者年龄更大（60.18±9.65 vs 53.29±11.86岁）、男性比例更高（71.3% vs 51