Assessment of right ventricular function and lung volumes using multi-detector row computed tomography in chronic obstructive pulmonary disease patients

Abstract

[한글]

본 연구의 목적은 만성폐쇄성폐질환 (COPD) 환자에서 다절편 전산화 단층촬영 (multi-detector row CT, 이하 MDCT 라함)을 이용한 우심실 기능 및 폐용적 평가의 임상적 유용성에 대하서 알아보고 폐기능 검사에 따른 질병의 중증도와 MDCT를 이용한 우심실 기능 및 폐용적 측정치 간의 상관관계를 알아보고자 하였다.연구 대상은 폐기능 검사 및 심장 MDCT를 시행한 33명의 COPD 환자들을 대상으로 하였다. 폐기능 검사 결과를 기초로 Chronic Obstructive Lung Disease (GOLD) 분류 기준에 따라 33명의 COPD 환자들을 질병의 중증도에 따라 다음과 같이 세 군으로 분류하였다. 1군: 경증의 COPD (n=4, FEV1/FVC <70%, FEV1> 추정치의 80%), 2군: 중등증의 COPD (n=15, FEV1/ FVC < 70%, 추정치의 30% ≤ FEV1 < 추정치의 80%), 그리고 3군: 중증의 COPD (n=14, FEV1/FVC < 70%, FEV1 < 추정치의 30% 혹은 FEV1 < 50% 이면서 호흡부전 혹은 우심부전의 임상징후 동반).후향적 동조화 방법(Retrospective ECG gating)을 이용하여 이완기 말 정지영상과 수축기 말 정지영상을 획득한 후에 다면 구성영상 (Multi-planar Reformation; MPR)을 재구성하는 방법을 이용하여 우심실의 용적, 우심실의 근량, 그리고 우심실 구출율(Ejection fraction)을 측정하였다. 또한 고해상 전산화 단층촬영(High Resolution CT; HRCT)으로 얻은 영상을 토대로 한 히스토그램(histogram)을 분석하여 -910 HU 와 -950 HU 이하의 폐용적 비율을 측정하였다. 이렇게 얻은 결과 값들을 일원분산분석(one-way ANOVA)법 중 Student- Newman-Keuls 검증을 이용하여 질병의 중증도에 따른 세 군 간의 차이를 비교 분석하였다. 또한 환자 군들 간의 폐기능 검사 측정치와 심장 MDCT를 이용하여 측정한 우심실 구출율 및 우심실의 근량간의 상관성을 Pearson 상관관계분석을 이용하여 분석하였다. Pearson 계수의 유의수준은 0.05 이하로 하였다.폐기능 검사 결과 평균 FEV1 (추정치 %)과 FEV1/FVC 측정치는 각각 경증 COPD 환자 군에서는 82.2 ± 2% 와 65.2 ± 2%였으며 중등증 COPD 환자 군에서는 53.5 ± 11% 와 52 ± 6%였으며 중증의 COPD 환자 군에서는 32.3 ± 7% 와 44.2 ± 13%였다. 우심실 구출율 및 우심실의 근량은 각각 경증의 COPD 환자 군에서는 47 ± 3% 와 41 ± 2g이었으며 중등증 COPD 환자 군에서는 46 ± 6% 와 46 ± 5g이였으며 중증의 COPD 환자 군에서는 35 ± 5% and 55 ± 6g이였다. 우심실 이완기말 용적은 중증의 COPD 환자 군에서 경증 및 중등증 COPD 환자 군에 비해서 유의하게 적었다 (p<0.01). 반면에 우심실 수축기말 용적은 세 환자군 간에 유의한 차이가 없었다 (p>0.05). 우심실 구출율은 중증의 COPD 환자 군에서 경증 및 중등증 COPD 환자 군에 비해서 유의하게 낮았다 (p<0.01). 우심실의 근량은 세 환자군 간에 유의한 차이가 있었다 (p<0.05). 우심실 이완기말 용적, 우심실 수축기말 용적, 우심실 박출량, 그리고 우심실 구출율은 경증의 COPD 환자 군과 증등증의 COPD 환자 군 간에는 유의한 차이가 없었다 (p>0.05). MDCT 결과 치와 FEV1 및 FEV1/FVC 측정치 간에는 높은 상관성을 보였다 (우심실 구출율 r=.745, 그리고 우심실 근량 r= -.718).히스토그램을 이용한 측정 결과 -950 HU 이하의 페용적 비율은 경증 COPD 환자 군에서는 11.2 ± 3%였으며 중등증 COPD 환자 군에서는 21.6 ± 8%였으며 중증의 COPD 환자 군에서는 39.3 ± 12%였다. -910 HU 이하의 페용적 비율은 경증 COPD 환자 군에서는 22.5 ± 5%였으며 중등증 COPD 환자 군에서는 37.7 ± 10%였으며 중증의 COPD 환자 군에서는 51.6 ± 11%였다. 세 환자군 간의 -950 HU 및 -910 HU 이하의 폐용적 비율은 유의한 차이를 보였다 (11.2 ± 3% vs 21.6 ± 8% vs 39.3 ± 12%, p<0.01, 그리고 22.5 ± 5% vs 37.7 ± 10% vs 51.6 ± 11%, p<0.01). 히스토그램을 이용하여 측정한 페용적 비율과 FEV1 (추정치 %) 및 FEV1/FVC 측정치 간에는 높은 상관성을 보였다 (r=-.789 그리고 r=-.812).결론적으로 COPD 환자들에서 심장 MDCT를 이용한 우심실 기능 평가 및 우심실의 근량 측정은 유용하였다. 본 연구에서는 COPD의 질병 중증도와 MDCT를 이용한 우심실 근량 측정치 간에는 유의한 연관성이 있음을 알 수 있었다. 아울러 MDCT를 이용한 폐용적 비율의 측정은 페기종의 정도를 객관적으로 평가 할 수 있는 척도로 이용 될 수 있을 것이다.

[영문]The purposes of this study was to evaluate the clinical usefulness of Multi-detector row computed tomography (MDCT) for the assessment of right ventricle (RV) function and lung volumes and to assess MDCT results and disease severity determined by pulmonary function test (PFT) in chronic obstructive pulmonary disease (COPD) patients.PFT and cardiac MDCT were obtained in thirty-three COPD patients. Using the GOLD classification, patients were divided into three groups according to disease severity; stage I (mild, n=4), stage II (moderate, n=15), and stage III (severe, n=14). RV volumes, ejection fraction (EF) and wall mass were obtained by cardiac MDCT using a two-phase reconstruction method based on ECG. By analysis of histogram, the proportions of lung volumes with attenuation values below -910 and -950 HU were measured. Results were compared among groups using a one-way analysis of variance (ANOVA) with the Student-Newman-Keuls method. Pearson''s correlation was used to evaluate the relationship between RVEF and wall mass results with PFT results. P-values less than 0.05 were considered statistically significant.The mean FEV1 (% of predicted) and FEV1/FVC were 82.2 ± 2% and 65.2 ± 2% in stage I, 53.5 ± 11% and 52 ± 6% in stage II, and 32.3 ± 7% and 44.2 ± 13% in stage III, respectively. The RVEF and mass were 47 ± 3% and 41 ± 2g in stage I, 46 ± 6% and 46 ± 5g in stage II, and 35 ± 5% and 55 ± 6g in stage III, respectively. The RVEDV was significantly lower in stage III than in stage I and II (p<0.01), whereas the RVESV was not significantly different among the three stages (p>0.05). In concordance, the RVEF was significantly lower in stage III than in stage I and II (p<0.01). The RV mass was significantly different among the three stages according to disease severity of COPD (p<0.05). There were no significant differences in RVEDV, RVESV, RVSV, and RVEF (p>0.05) between stage I and stage II. Correlation was excellent between MDCT results and FEV1 (r=.797 for RVEF and r=-.769 for RV mass) and FEV1/FVC (r=.745 for RVEF and r=-.718 for RV mass). Values for the lower attenuation volume at thresholds of -950 HU at inspiration were 11.2 ± 3% in stage I, 21.6 ± 8% in stage II, and 39.3 ± 12% in stage III. Values for the lower attenuation volume at thresholds of -910 HU at inspiration were 22.5 ± 5% in stage I, 37.7 ± 10% in stage II, and 51.6 ± 11% in stage III. Differences of percentages of lung volumes at thresholds of -950 HU and -910 HU among the three stages were statistically significant (11.2 ± 3% vs 21.6 ± 8% vs 39.3 ± 12%, P<0.01, and 22.5 ± 5% vs 37.7 ± 10% vs 51.6 ± 11%, P<0.01). The percentage lung volumes correlated well with the FEV1 (% of predicted) and FEV1/FVC (r=-.789 and r=-.812).According to our study, cardiac MDCT has the potential to become a useful modality in assessment of RV function and RV myocardial hypertrophy in patients with COPD. Our results showed that the mean RV wall mass measured by cardiac MDCT correlates well with COPD disease severity determined by PFT, and that the mean RVEF eventually decreased in patients with severe COPD. In addition, volumetric measurement obtained by MDCT can provide an accurate means of quantification of pulmonary emphysema.