文摘
据报道,定量肺的计算机断层扫描(CT)扫描显示减少的肺气肿患者随机临床试验中严重的α1抗胰蛋白酶(α1在缺乏接受每月静脉扩张治疗与人类的α1量。可比的结果没有得到使用,下降的速度在一秒钟用力呼气量。
因此,α1应承担基金会召开一个研讨会探讨使用定量CT数据的可行性试验主要结果变量的药物治疗α1在缺乏所致。
这份报告回顾了:现代CT扫描仪的使用原则量化肺气肿;方法和数据验证与测量相比严重肺气肿的inflation-fixed肺标本;和减少辐射剂量CT的可能性,使其安全、伦理上可以使用CT在纵向研究。
车间认为这是可行的,安全、伦理上可以使用计算机断层扫描肺气肿的纵向研究。它建议的主要终点应该是一个重大转变在15百分位的肺密度。
这个研讨会是由以下机构:AlphaNet,美国红十字会,安内特贝林LLC拜耳公司,Grifols,小野罗氏制药美国和生物科学。
严重的α1抗胰蛋白酶(α1量)缺乏症是一种遗传疾病,可能导致肺气肿和慢性气流阻塞的发展(α1检测慢性阻塞性肺疾病(COPD)),通常开始于4日十年的生活,与后来出现慢性阻塞性肺病。有与已知α∼6000人1AT-COPD在美国。肺气肿的进展更迅速,更糟糕的预后比通常的慢性阻塞性肺病1。
α的治疗1AT-COPD应承担的相同,对于通常的慢性阻塞性肺病,除了使用每周静脉扩张治疗人类α与集中1在设备(Prolastin®;拜耳医疗保健、数控、美国研究三角园)。目前,没有足够的Prolastin治疗所有病人来说,毒品已经规定。大量的α1在准备和其他antiprotease药物被吸入目前正在开发的管理,以及静脉输液。下降的速率在一秒用力呼气量(FEV1)已经被使用最广泛的结果变量显示在治疗慢性阻塞性肺病的临床疗效。
Schluchteret al。2制造能力的估计数据国家心肺和血液研究所注册α的患者严重缺乏1量。使用对象和初始FEV1预计35 - 49%,一年两次的肺量测定法获得/ 4岁和调整不服从需要147科目/治疗手臂检测FEV的区别123毫升·年下降−1或减少28%,下降的速度。招聘足够的α的费用和难度1量AT-deficient参与者到这样一个研究是强大的。
德克森et al。3报道α的双盲试验的结果1在增加治疗量26丹麦和荷兰30 exsmokers严重α1在缺乏和温和的肺气肿(FEV所致130 - 80%的pred)。病人被随机要么α1——(250 mg·公斤−1)或白蛋白(625 mg·公斤−1)注入4周间隔≥3年。肺气肿的程度量化每年15百分位的肺密度直方图来自计算机断层扫描(CT)。通过测量CT肺密度的损失,意味着±sem是2.6±0.41 g·L−1·年−1为安慰剂相比,1.5±0.41 g·L−1·年−1为α1——输注组(p = 0.07)。动力分析表明,这种保护作用是重要的在一个类似的试验和130名患者。相比之下,计算基于年度FEV的衰落1显示,550名患者需要显示每年减少50%的下降。
这些数据表明,肺气肿的发展速度在串行CT检查可以提供一个工具进行干预试验受试者在短的时间内少于使用FEV的下降速度1。因此,召开一个研讨会是α1应承担的基金会的赞助下2月2 - 3,2001,去探索知识的当前状态的使用CT成像量化的肺气肿。研讨会的主要目的是促进发展的一个共识的关键参数进行多中心、随机、双盲介入研究使用肺气肿CT指标的变化随着时间的主要结果变量。新信息发布以来,车间已纳入本报告。
背景
肺气肿
肺气肿的定义是“异常永久增大空气空间远端终端细支气管,伴随着破坏他们的墙壁和没有明显纤维化”4。描述病变的肺腺泡。Centriacinar肺气肿(CAE),主要见于上肺,是终端与炎症相关航空公司的扩张和破坏呼吸细支气管和相邻的空域。Panacinar肺气肿(PAE)均匀影响所有空域小核果和肺基地往往占主导地位。肺气肿是以知识的识别正常领空的大小,随高度变化极大,体重、性别和肺通货膨胀的程度。这将创建问题分离完全展开正常的肺从轻微肺气肿,并使其难以检测的过渡的健康疾病。
肺气肿在慢性阻塞性肺病通常可能是相对纯粹的CAE或PAE,但往往是两者的混合形式的肺气肿5。肺气肿的α1AT-COPD主要是PAE。呼吸空间大小的增加和减少组织发生在肺气肿引起的密度(重量单位体积)减少。因此,肺组织密度的测量用CT扫描应该能够提供定性和定量的估计肺气肿。虽然CT可以识别CAE和PAE6- - - - - -8车间里,重点是在量化的初始严重肺气肿和其严重性的变化随着时间的推移,不管解剖的恶疾。
计算机断层扫描成像的肺
X射线CT应承担的通过一个X射线光束通过一个对象获得多个一维的线积分,或预测对象的。逆拉东变换进行一维的线积分产生真正的二维轴向图像对象的在一个特定的水平。多个二维轴向图像然后堆在一起,制造出一种真实的三维图像扫描对象9。
图像采集
电脑断层扫描仪几何
简单描述,CT扫描仪由一个旋转x射线管和探测器阵列,相距180°。连续旋转是通过将x射线管,应承担相关的x射线探测器阵列和电子产品到一个大型金属圆筒旋转在一个稍大的金属圆筒。之间的大的圆孔位于x射线管和x射线探测器阵列。病人是放在一个表内精确定位孔之间的旋转x射线管和x射线探测器阵列。
最新的多螺旋CT扫描仪(MDCT)超过一行的探测器绕着病人。多个图像得到每360°旋转。对于四个探测器行多层螺旋ct,四个名义切片厚度的横向图像可以获得每360°旋转9。当前四行多层螺旋ct,这取决于制造商可以获得四个1毫米或四个名义两肺切片厚度1.25毫米的图像在一个单一的屏息,25 - 30年代;八行多层螺旋ct扫描仪实现这一在10和16行多层螺旋ct可以达到5 s。多层螺旋ct显示良好的重复性测量肺气肿的病人扫描2周10。
X射线管应承担的扫描参数
通常,峰值电压(千伏峰值)在x射线管,应承担的地理决定的最大能量x射线光子所产生,是120 - 140千伏峰值。< 120千伏峰值能量增加辐射剂量对于一个给定的图像中噪声水平。改变千伏峰值也改变图像的对比度规模10- - - - - -14。使用一个x射线管当前> 160 milliampere-seconds (mas)几乎不增加CT图像质量和增加了辐射剂量mas的比例增加15。
音高(p)被定义为表运动(d)的速度,在毫米每完成360°旋转x射线管和探测器,除以探测器的产品行(M)和名义切片厚度(S),如下:一个单检测型螺旋CT扫描仪的x射线管通过旋转360°在1 s,一个表的速度10毫米/ x射线管和图像的旋转片厚度或准直10毫米间距1。如果表每旋转速度增加到20毫米x射线管,应承担的球场2。增加沥青从1到2的优势是辐射剂量减少到一半没有增加的噪音水平9。增加沥青超过2在螺旋CT扫描导致采样对象的纵向差距(z)轴,9,14,16。
准直是指x射线束应承担的厚度,因为它影响着x射线探测器,应承担四行多层螺旋ct的情况下,名义的省际层面可以产生四个横向图像切片厚度。对于一个给定的千伏峰值和mas图像中的噪声准直减少上升。取得了优秀的成果在肺气肿的定量CT评估使用1、7、8或10毫米准直,11- - - - - -14,17- - - - - -23。获得单轴横向图像在非连续定期减少剂量18。肺螺旋CT检查提供连续的收购数据。片宽度小于原始检测器的宽度是不能实现的9。最近的一项研究报道的定量CT结果在肺气肿使用多螺旋CT扫描仪,同时获得四个2.5毫米厚轴向图像10。
图像重建
重建过程可以调整改变最终的图像特征。例如,较低的局部算法提供了最佳的图像对比空间分辨率为代价的。局部算法提供了高空间分辨率高对比分辨率为代价的。标准算法是介于这两个极端之间。标准算法主要用于研究使用10毫米准直和高空间分辨率的算法主要用于研究使用1毫米准直。投影或原始射线数据可以使用任何重建算法重建9。Kemerinket al。24表示“…我们发现缩放因子和重建滤波器的影响可以忽略不计,除了超高分辨率过滤器的肺密度极低”。车间同意应该使用标准的重建算法来避免Kemerink描述的错误et al。24超高分辨率的过滤器。此外,Kemerinket al。25强调,为了比较不同CT扫描CT直方图参数收购,样本数量≥8毫米3应该使用大小。准直的实际样品体积是一个函数,在平面分辨率,和重建滤波器。样卷> 8毫米3更准确的确定肺密度比小样本册。这一点尤其重要,如果扫描将获得使用不同的准直和重建过滤器。车间同意应该获得所有CT扫描等时尚,使切片厚度较大的重建的图像数据,即。≥7毫米,和一个标准的重建滤波器或更好的定制过滤器可能会进一步优化肺密度测定或其他重要的图像测量。这意味着获取扫描的样品体积≥10.15毫米3,使用的数据Kemerinket al。25。
使用实验猪模型,好重量分析地和CT-determined肺密度之间的相关性被报道使用1、3、7、10毫米准直和标准和高分辨率重建算法26。研究人员建议7毫米准直使用标准重建算法可能最优量化肺密度。
肺容量
肺部可以扫描附近肺活量(TLC),或在功能余气量。病人可以指导屏息在所需的肺容积或肺活量计可以用来确认准确的肺容积CT检查。大多数研究使用定量CT肺量测定法11,17- - - - - -22,23,25。最近的一项研究得出的结论是,spirometrically控制肺容积不提高定量CT扫描在评估的可重复性的肺气肿12。有争议的文献是否呼气27,28或吸入19CT扫描更好的相关生理指标的肺气肿。工作室成员同意尽可能接近薄层色谱扫描没有肺量测定法是可以接受的。
静脉注射造影剂
理论上,静脉注射对比剂不应使用评估的肺气肿,因为对比剂增加x射线衰减的肺实质。在一项小型研究,Coxsonet al。23发现静脉注射造影剂的存在增加肺密度胡810−−832。必要的精密度和准确度高的纵向定量CT评估肺气肿,即。低至1.1胡·年变化−1,无疑会使静脉注射造影剂的使用禁忌。明确共识研讨会的参与者,不应使用静脉注射造影剂的研究CT肺微。
图像分析
定性分析
戈达德et al。29日开发了一种半定量的,主观的方法来评估肺气肿;这取决于低衰减和血管破坏个人的肺部CT图像。伯金和他的同事们30.,31日,使用戈达德的方法,相关的半定量的分析了CT图像与相应的inflation-fixed barium-impregnated标本;他们表明,CT准确区分panacinar, centriacinar和远端腺泡的肺气肿。这些和其他报告使用相似的技术确认好的肺气肿的分布和严重程度之间的相关性和生理和病理结果29日- - - - - -32。
定量分析
古尔德et al。33报道的第一个成功应用定量CT技术,相关与肺气肿的病理证据。他们使用两个13毫米厚肺的轴向图像6和15厘米以下胸骨切口,单片扫描时间15秒45的患者随后有叶或为肺癌肺切除。直方图的汇集数据来自这两个图像。模态CT衰减值和直方图的第五百分位值与相关的形态学指标衡量肺部分,单位表面积呼吸领空墙壁肺容积(p < 0.0001)。
穆勒et al。34开发出一种密度的面具,确定了CT体素被认为代表肺气肿直方图。他们研究了体素的比例< 900−−−910 920,发现压的比例<−910胡相关最好的解剖测量肺气肿和肺功能的措施。他们和其他人表明这种方法只确定了气性空域∼5毫米直径或更大34;检测到阈值856−胡温和形式的肺气肿23。
Kinsellaet al。35使用密度掩模技术的阈值910−胡锦涛展示,有良好的相关性肺功能测试和定量CT肺气肿的证据。后来许多报道证实histogram-derived的良好相关性,定量CT技术与肺功能测试和肺气肿的病理证据36- - - - - -41。
Bankieret al。13掩模技术与密度阈值相比950−胡锦涛和定性测量由戈达德et al。29日。62年连续的病人,肺气肿的主观评分与宏观病理显示更少的协议(r = 0.439 - -0.505, p < 0.5)比客观定量CT技术(r = 0.555 - -0.623, p < 0.001)。
幻影电脑断层扫描仪校准
空气和水幻影应该用于校准CT扫描仪每天保持在给定值的准确性扫描仪。拟人化的幽灵也可以评估CT扫描仪的精确测量肺气肿的证据。
中央数据分析
国家肺气肿治疗试验(净)42一项持续数年的多中心随机对照试验的药物治疗的相对有效性与肺减容手术在晚期肺气肿患者,已经开发了一个图像分析中心(IAC)爱荷华州立大学。IAC的收集、归档和分析CT图像数据从17个纯净的中心在美国。CT数据中心在互联网上传播,使用传输协议成功地处理数据安全,病人保密,图像分析结果的存档和传输study-coordinating中心。到目前为止,> 4000文件传输,> 1900进行了分析。作者相信,其他中心可以复制。
计算机断层扫描辐射剂量
很明显,如果使用CT评估严重肺气肿的纵向研究,辐射剂量研究参与者必须尽可能低不影响数据质量。CT检查1994年在德国由放射检查总数的4.2%,但贡献了37.8%的整个德国人口的有效辐射剂量9。类似的结果在英国已报告,据估计,CT占4%的总放射学检查和贡献40%的人口的有效辐射剂量43,44。
最近的估计有效辐射剂量为一个典型的胸部CT检查范围8.9 - -10.9毫西弗(mSv)45。推荐的年辐射剂量水平的生物医学研究中间风险范围是1 - 10毫西弗10。
Stolket al。10多探头使用四行CT扫描仪,扫描10肺气肿患者两次,2周。扫描参数140千伏20 mas 4×2.5毫米准直和有效切片厚度为2.5毫米。肺密度测定15百分位点和肺部的相对面积低于910−胡锦涛。测量的重复性非常好,估计每检查CT剂量为0.7毫西弗的胸部30厘米的长度,
在一项研究仍在进行中,德克森et al。46评价CT肺密度的再现性与α在25个学科1——缺乏和25个吸烟者慢性阻塞性肺病。低剂量,多层螺旋CT相隔两周完成在三个不同的辐射剂量(40岁,20和10 mas)。使用三种不同的图像重建算法(低、中、高空间分辨率)。高噪音水平呈现10 mas数据无法解释的。有良好的再现性20和40 mas数据,这是独立于重建算法。CT密度的标准差在15百分位是2 - 4。
看来多层螺旋ct扫描仪可以用来衡量肺气肿在纵向研究辐射剂量远远在推荐的中度风险研究标准1 - 10毫西弗10。这些剂量也远低于年度背景辐射剂量为2.4毫西弗在德国和美国3.0毫西弗9。
结合定量评估的组织病理学和计算机断层扫描方法肺气肿
CT在胡的数量,以每个CT图像的三维体素,可以通过增加1000转换为密度测量和总结值除以1000。具体的体积密度的倒数,可以转化为气体的体积减去每克肺组织的比容的不含气的肺组织的比容气度的肺部组织47,48。当这个值表示为一个% TLC它提供精确的信息样本的肺扩张程度的肺。分析这些值的分布可以用来建立肺的体积扩大超出正常的薄层色谱。组织的组织学分析可以用来确认扩张的组织包含气肿病变。
Cruz-Orive和韦贝尔49引入了一个健壮的级联抽样设计,固定的体积膨胀肺标本作为参考用于随后的定量分析肺组织的组织学和领空。CT扫描的实现提供了组织和空域使用的组件参考卷在这个抽样级联允许强大的技术应用到接受肺切除术的患者的研究。这种方法表明,CT-determined肺容积可以与组织学上测量的表面积/体积比使用以下方程23:这允许两个表面面积:体积和总肺的内部表面积估计从CT扫描。肺内表面的估计与扩散能力的测量肺减容手术前后同一个主题11,23。随后的研究表明,香烟烟雾诱发炎症反应是放大的肺泡组织和空域晚期肺气肿患者相比,患者类似的吸烟习惯,但正常的肺功能50。
上述这些先进的方法将允许仔细比较了现有方法和新方法分析CT图像的存在和严重性肺气肿。这些方法在纵向研究的主要目的是准确的,在解剖学上验证分析CT数据的新技术出现。
肺气肿的临床ct指标的意义
肺气肿的CT指标反映肺解剖和提供最好的生活中衡量肺气肿的严重性。由此可见,肺气肿严重程度变化本身被用来评估COPD的自然历史的一个重要方面;肺气肿的发展速度,变化是有用的作为一个结果测量通常在介入试验或α1-AT-COPD。然而,这也是合理的问什么临床意义的肺气肿严重程度。
横断面研究14,31日,32,51显示温和,具有统计学意义,逆之间的相关性严重的肺气肿,FEV CT措施1和一氧化碳扩散能力。对于FEV1相关系数(r)远程−0.41−0.57;对扩散能力,r是高,0.54 - 0.65−−不等。
Dowson和他的同事们52- - - - - -54显示的纵向研究π* Z肺气肿患者,有平行关系进展的肺气肿在CT和FEV下降率来决定1,扩散能力和健康相关的生活质量(HRQL)。同一作者的横断面研究28α1-AT-deficient病人,表现出显著的CT检测之间的关系确定肺气肿HRQL和FEV的严重性1。从这些研究很明显,CT的肺气肿严重程度指数显著相关扩散能力,FEV1和HRQL因此不良慢性阻塞性肺病的临床效果。
工厂建议使用电脑断层的纵向研究
一般的结论
研讨会与会者一致认为,肺部CT成像技术的充分发展为推荐使用自然历史的纵向研究,旨在阐明肺气肿在平时或α1-AT-COPD和评估新的治疗干预减弱或反向的肺气肿。初步证据表明,CT在显示效果更大的权力的干预肺气肿的进展放缓比FEV的,下降的速度下降1。以适当设置螺旋经由CT扫描的辐射剂量研究参与者可以低到可以接受的纵向研究。
计算机断层扫描成像
研讨会与会者同意设计纵向研究的基本要素使用CT成像的肺气肿目前。这些建议可能需要修改技术的不断改善。
计算机断层扫描图像采集
CT成像之间的时间应该优化基于预期的受益于发作药物被研究。在一个2年研究中,成像在基线、12、18和24个月似乎是合理的。
这个病人应该指导采取在一个完整的灵感CT图像尽可能接近薄层色谱。肺量测定法在CT检查不是必需的。
对比媒体不应该管理,因为这直接改变CT所致肺密度决定的。
千伏峰值和mas是两个非常重要的参数,极大地影响了图像的质量和辐射剂量。峰值X射线管应承担千伏电压应设置在120 - 140千伏峰值。低千伏电压不推荐,因为他们没有被验证在现有的定量研究和较低的千伏电压将极大改变衰减系数获得的CT扫描仪。此外,低千伏峰值会增加病人的有效辐射剂量。虽然大多数车间首选,管电流之间应设置80 - 100 mas,担心辐射剂量导致一些喜欢管电流低至20 mas为了提供足够的信号:噪声在图像和避免不必要的辐射。最后决定上千伏峰值和mas选择应该调查研究开始前使用肺幻影代表正常,肺气肿。幽灵的结果应该验证剂量用于提供可靠的定量措施的研究是足够的肺气肿,同时保持尽可能低的辐射剂量。如果肺密度的措施需要最近的研究表明,140千伏峰值和20 mas可能足够准确的结果预期的有效辐射剂量0.7 mSv的主题44。
推荐的探测器准直是1 - 1.25毫米的四行多CT扫描仪。推荐的间距是1.5在单个探测器螺旋CT扫描仪。经由CT扫描仪应该用于获取数据与1 - 1.25毫米准直用四个探测器行多层螺旋CT扫描仪。这将使薄和厚的图像进行数据分析。扫描时间可能只要27 s 30厘米胸部使用早期模型的通用电气光速Qxi四行多探头CT扫描仪(美国通用电气医疗系统,沃基肖,WI)。这样长时间扫描速度可能超过呼吸和可能需要成像胸部使用两个breathholds收集一套完整的图像。新的扫描仪有8、10或16行探测器实现完整的胸CT研究时间≤12。
初步数据显示,获得更准确的测量密度和重量从7毫米切片厚度薄平行投影图像的图像数据计算。1 - 1.25毫米平行数据更好的更高级的纹理分析。
建议成像是使用最先进的多层,次秒级螺旋CT扫描仪。系列考试对研究对象应该在相同的CT扫描仪。一个模型,一个制造商的机器建议所有研究在任何单一的参与者。必须使用多个模型的CT扫描仪,应该有示范的等价空间分辨率和密度。
扫描仪用于纵向研究应该能够存储的图像数据和原始冥顽不灵的X射线投影数据移动,高密度存储介质,如磁光盘,可以传输到数据分析中心。
应该制订一个先进的CT胸腔的幻影和传播研究中心仔细验证扫描仪的性能研究开始之前和之后显著扫描仪升级过程中学习。每个中心应该使用一个简化的幽灵来验证每个CT检查前扫描性能。
计算机断层扫描图像分析
中央数据分析中心应该建立在研究开始前。数字图像数据,包括如果可能生,冥顽不灵的,地理X射线投影数据,应该在互联网上通过半定量磁盘转移到中央数据分析中心。包括冥顽不灵的投影数据重建将使所有数据以相同的方式使用优化投影生产最好的图像定量分析的内核。这样一个集中的图像重建工作站上开发(w .时间表,教授,医学物理学研究所的主席,埃尔兰根大学的埃朗根(德国),建议这个系统或类似的评估等目的。预计新投影内核将发明并将所有肺气肿患者受益。认为主要的终点应该是一个重大转变在15百分位的肺密度。
建议未来的研究
先进的组织描述的方法,如分形分析(图像聚类的方法之一)和更全面的自适应多个特性应该探索方法55。可再生的定量ct图像分析技术应该发达,让病人尽可能低的辐射剂量。肺ct幻影和肺计算机模拟程序应该寻求提供方法来开发和验证新的定量ct图像分析技术评估的肺气肿。
确认
会议参与者:J.C.霍格(英属哥伦比亚大学),j·纽厄尔(美国国家犹太医学及研究中心),马丁布兰特(佛罗里达大学医学院),m . Cosio(麦吉尔大学/皇家维多利亚医院),h . Coxson(英属哥伦比亚大学),f . de serre地理(α1基金会董事会),a .德克森(根措夫特大学医院),r . Fallat(加州太平洋医学中心),p .阿兰Gevenois大学(Universite Libre de Bruxelles)(),科学博士Gierada(华盛顿大学医学),j·戈尔丁(加州大学洛杉矶分校医疗中心),e·霍夫曼(大学的),j·麦考密克(FDA-Office孤儿药物开发),n .杰拉德McElvaney(在爱尔兰皇家外科学院),P.J. Mergo(佛罗里达大学医学院),r·迈耶(美国食品和药物Administration-CDER), m .三岛(京都大学),y Nakano(英属哥伦比亚大学),s.d夜莺(DHHS-Office公共健康与科学),L.R.皮尔斯(美国食品和药物管理局),r·罗杰斯(匹兹堡大学),R.A. Sandhaus地理(α1基础)、r(华盛顿大学医学院),高级G.L.斯奈德(波士顿VA医学中心),j .股票(德克萨斯大学健康中心),j . Stolk(莱顿大学医学中心),J.K.短距起落(克利夫兰诊所的基础),通用Turino(哥伦比亚大学),p·瓦格纳(加州大学圣地亚哥分校),J.W.沃尔什(α1应承担的基础)。
工业科学参与者:诉Benn(安内特Behring LLC), g·布雷(巴克斯特,后于免疫),摩根大通(J.P.·考尔菲德(罗氏生物科学),d . Crockford(概要疗法,Inc .),同时追捕狐狸(通用电气医疗系统),j·汉弗莱斯(拜耳公司),d . Ipe(罗氏全球发展),h . Ishibashi(狗屁小野制药USA Inc .), j .石川(小野制药USA Inc .),北达科他州肯尼迪(美国红十字会),b·彼得森(辉瑞,Inc .) J.M.罗杰斯(美国小野制药),s .融际(百特医疗用品公司)诉伯格(安内特Behring LLC), d . Sundin (Pharm.D。AlphaOne制药),美国通(罗氏生物科学),s .特里帕西(巴克斯特,后于免疫),c·特纳(CBER-FDA), m·赖特(小野制药),摩根大通(J.P.绮(罗氏生物科学)。
人员支持:美国芬恩(α1应承担的基础)。
- 收到了2003年4月24日。
- 接受2004年1月19日。
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