引用本文： 侯小萌, 蔡柏薔. 應用振動反應成像設備評價吸煙相關早期肺損害. 中國呼吸與危重監護雜志, 2014, 13(3): 229-232. doi: 10.7507/1671-6205.2014055 復制
世界范圍內，吸煙在人類健康造成的危害和受關注程度均呈上升趨勢，吸煙相關疾病是重要的可預防性死因[1-2]。對呼吸內科醫生而言，早期的發現和預防吸煙相關的肺損害日益受到關注。但由于缺乏簡單實用的測量工具，在發現吸煙對肺部造成的早期異常方面仍然面臨困境[3-5]，以往的研究也較少涉及該領域。振動反應成像(VRI)是一種新穎的電腦輔助成像分析技術，用來記錄在自然呼吸過程中肺部產生并傳達到體表的呼吸振動，自動生成動態振動能量圖像。本研究擬應用VRI這種簡單便捷的分析儀器觀察和分析吸煙相關的早期肺損害。
對象與方法
一 對象
納入標準：具有閱讀理解的能力；自愿簽署知情同意書；男性或女性，年齡18歲或18歲以上；吸煙或不吸煙；否認心臟病病史；否認慢性肺部疾病病史及肺部手術史；肺通氣功能：第1秒用力呼氣容積占預計值百分比(FEV1%pred)≥80%，用力肺活量占預計值百分比(FVC%pred)≥ 80%，FEV1 / FVC≥75%。排除標準：胸廓畸形；脊柱畸形；多毛癥；背部皮膚損傷；妊娠期及哺乳期女性；安裝有起搏器或植入性除顫器。隨機選取來自于北京市郊區某自然村的51例村民參加本研究，最終入選26例。25例因肺功能不符合納入標準被排除。用一氧化碳測量儀(Micro CO meter；Micro Medical Ltd；Rochester，UK)測量受試者呼出氣一氧化碳(FeCO)的水平以確認受試者的吸煙狀況[6-7]。根據吸煙史將受試者分為吸煙組與不吸煙組。
二 方法
1.VRI設備：本次研究使用VRIxp系統(Deep Breeze醫療診斷公司，歐阿克維亞，以色列)。該系統的硬件包括安裝在兩個平面陣列上的36個傳感器，每個陣列3列6排。陣列施加在背部，采用恒定的低真空來維持傳感器與胸壁的接觸。VRIxp在12 s的呼吸中記錄的肺部聲音通過模擬數字轉換系統轉換為數字數據。系統分析數據，并利用VRI算法進行數據處理。輸出數據根據呼吸音的相對強弱用灰階圖像表達，這種二維灰階圖像共71幀，每幀包括0.17 s的信息，共12 s，連續放映成為動態的振動能量圖。系統輸出雙肺各自呼吸振動隨時間變化的曲線即呼吸能量單位(BEU)曲線(圖 1)。
圖1
VRI儀器輸出的呼吸能量單位曲線
2.隨訪步驟：資料采集的具體步驟如下：(1)詢問既往史、吸煙史及被動吸煙史，計算吸煙指數(每日吸煙煙支數×吸煙年數)及被動吸煙指數(每日被動吸煙煙支數×被動吸煙年數)；(2)FeCO檢測；(3)VRI檢測；(4)肺功能檢測。
3.VRI結果分析：呼吸能量曲線是以時間為橫坐標，以BEU為縱坐標的曲線。體現了雙肺各自相對于時間的振動趨勢，并可以體現出雙肺振動能量同步性在時間上的差距。研究選取12 s內4個呼吸周期中雙肺各自吸氣相峰值在出現時間上存在差距的總和作為研究雙肺同步性差距的指標。應用統計方法分析雙肺同步性差距在吸煙組與不吸煙組有無差異，并進一步研究雙肺同步性差距與吸煙指數及被動吸煙指數的相關性。
三 統計學處理
應用SAS 6.12統計軟件對數據進行統計分析。正態分布資料采用
結果
一 受試者的一般情況、肺功能、FeCO、吸煙指數及被動吸煙指數
吸煙組及不吸煙組在年齡、性別、體重指數(BMI)及肺通氣功能的分布均無顯著性差異。吸煙組與不吸煙組的FeCO存在顯著差異(P＜0.01)。結果見表 1。
表1
兩組受試者的一般情況、肺功能、FeCO、吸煙指數(SI)及被動吸煙指數(PSI)(n=13)
二 受試者BEU曲線同步性差距比較
不吸煙組雙肺BEU曲線同步性差距為2.0(3.0)幀，吸煙組肺同步性差距為2.0(3.0)幀，秩和檢驗提示吸煙組雙肺同步性差距與不吸煙組相比差異無統計學意義(Z＝-0.29，P＝0.77)。結果見圖 2。
圖2
吸煙組與不吸煙組雙肺BEU曲線同步性差距比較
BEU為雙肺BEU曲線同步性差距
三 雙肺BEU曲線同步性與SI及PSI的相關性
分析結果中吸煙組SI為25.0包年，與雙肺BEU曲線同步性差距存在顯著相關性(r=0.61，P=0.03)，結果見圖 3。不吸煙組PSI為5.0包年，與雙肺BEU同步性差距之間相關系數(r)為0.52(P=0.07)，結果見圖 4。可以觀察到不吸煙組的被動吸煙指數與雙肺BEU同步性差距之間相關系數的P值接近0.05，散點圖可見它們之間存在一定的相關趨勢。
圖3
雙肺BEU曲線同步性差距與SI的相關關系
縱坐標BEU為雙肺BEU曲線同步性差距；橫坐標SQRT_HSI為SI經過開平方轉換
圖4
雙肺BEU曲線同步性差距與PSI的相關關系
縱坐標BEU為雙肺BEU曲線同步性差距；橫坐標SQRT_PSI為PSI經過開平方轉換
討論
香煙煙霧中含有4 000種以上的化學物質，其中有至少50種致癌物質。據目前所知，除癌癥以外，吸煙還可以導致包括冠心病、慢性阻塞性肺疾病及生育力受損等多類疾病。部分吸煙導致的危害是致命性的。在2000年，世界范圍內71%的肺癌死亡、11%的心血管疾病致死和22%各種癌癥死亡是吸煙導致的。據估計，吸煙導致全球每年480萬人(占總死亡人數的12%)死亡[8-9]。但這些都僅僅是煙草對吸煙者造成的直接危害。被動吸煙也就是環境吸煙給人群帶來的危害同樣應該受到充分的重視。以往，有很多人誤認為被動吸煙給人帶來的危害程度遠次于吸煙，但事實并非如此。不吸煙者通過被動吸煙完全可以吸入與吸煙者同樣多的有害物質和致癌物質[10]。任何等級的被動吸煙對不吸煙者來說都是有風險的，被動吸煙同樣可以給不吸煙者帶來非正常死亡和疾病的危害。在與吸煙者共同生活的被動吸煙者中，肺癌的發生率可以上升20%~30%。 被動吸煙同樣可以危害心血管系統并引發冠心病[10-11]。被動吸煙的危害在兒童中尤其值得重視。父母的吸煙惡習給兒童帶來的是新生兒猝死綜合征、急性呼吸道感染、嚴重的過敏性支氣管哮喘、耳病、多種呼吸道癥狀和肺發育遲緩等多種疾病[11]。已經有研究表明，將吸煙區與非吸煙區分開、凈化室內空氣、通風都不能減少被動吸煙者受損害的程度。因此，全面地禁止室內吸煙才是保護不吸煙者的有效途徑[10]。
肺泡動脈氧分壓差可以分辨出關于包括吸煙者在內的肺氣體交換方面的早期異常[12]，但該檢測方法是有創的。閉合氣量(CV)/肺活量(VC) 的升高可以提示吸煙者肺內存在周圍小氣道異常造成的通氣不均[3-5]。另外，吸煙造成的內皮損害所導致的彌散功能異常也是一種對吸煙者肺部可能的影響機制[13]。VRI為臨床研究者提供了一系列體現肺部振動的動態圖像、曲線和定量數據等方面的信息，為臨床研究肺部氣流振動、分布的動態改變提供了較好的手段[14]。正常情況下，吸入氣流在胸腔負壓的作用下形成。氣流在大中氣道逐漸增快，通過終末細支氣管后，氣道橫截面積迅速增加，流速開始減慢[15]。氣流通過正常人氣道時造成連續變化的振動，這種變化在雙肺應該是基本對稱和同步的，VRI也生成相應的變化連續的呼吸振動能量圖像和曲線。而在氣道阻塞、氣流受限的情況下，振動變化的不同步和不連續在VRI提供的信息中就表現出來。李俊等[16]的研究證明VRI可以觀察到氣流受限患者和正常人的之間的區別，劉超武等[17]應用VRI觀察到了重度吸煙者和正常人之間的區別，說明VRI對于觀察氣流受限性通氣功能障礙以及吸煙相關的肺損害有意義。以往VRI提供給研究者的曲線數據多需要臨床評估者對曲線進行主觀的描述和評判。這類評分數值具有一定的主觀性。雙肺振動能量同步性這一指標不僅更佳細致的觀察到了雙肺在通氣過程中存在的時間差異，而且可以用時間單位(幀)進行客觀的量化，體現出這個指標在觀察上的優勢。 在本次研究的分析中，吸煙組與不吸煙組在雙肺同步性上沒有體現出顯著性差異。由于觀察指標在描述和量化方面存在的優勢，我們進一步分析了吸煙組中雙肺同步性與吸煙強度指標(吸煙指數)之間的量效關系，發現二者之間存在著線性相關關系。也就是說，累計的吸煙量和雙肺同步性差異之間存在著線性相關關系。那么，不吸煙組雙肺同步性差異是否與吸煙有關呢？為此，我們進一步對不吸煙組的被動吸煙情況進行了量化，規定被動吸煙指數由被調查者描述的每日平均被動吸煙支數與被動吸煙年數相乘得到。結果顯示，雖然被動吸煙指數指數與雙肺同步性差異的相關性不顯著，但相關系數的P值接近0.05，散點圖分析中可以看到一定的相關趨勢。因此，雙肺同步性這項VRI提供的新的觀察指標在吸煙者中表現出一定程度的與吸煙強度之間的量效相關性，是否能夠更進一步的觀察和量化吸煙者甚至被動吸煙者吸煙相關的早期肺損害還有待于更大樣本的研究去證實。
本研究將VRI新近研發的參數雙肺振動能量同步性應用于吸煙相關肺損害的觀察，是一次全新的探索。在本次研究的觀察中，我們發現由于VRI所呈現的結果是動態播放的二維影像和曲線，使普通人更加直觀的了解到自己雙肺的情況，因此其所提供的信息對普通人更有說服力，更能促進戒煙動機的生成并喚醒人群的控煙意識。
世界范圍內，吸煙在人類健康造成的危害和受關注程度均呈上升趨勢，吸煙相關疾病是重要的可預防性死因[1-2]。對呼吸內科醫生而言，早期的發現和預防吸煙相關的肺損害日益受到關注。但由于缺乏簡單實用的測量工具，在發現吸煙對肺部造成的早期異常方面仍然面臨困境[3-5]，以往的研究也較少涉及該領域。振動反應成像(VRI)是一種新穎的電腦輔助成像分析技術，用來記錄在自然呼吸過程中肺部產生并傳達到體表的呼吸振動，自動生成動態振動能量圖像。本研究擬應用VRI這種簡單便捷的分析儀器觀察和分析吸煙相關的早期肺損害。
對象與方法
一 對象
納入標準：具有閱讀理解的能力；自愿簽署知情同意書；男性或女性，年齡18歲或18歲以上；吸煙或不吸煙；否認心臟病病史；否認慢性肺部疾病病史及肺部手術史；肺通氣功能：第1秒用力呼氣容積占預計值百分比(FEV1%pred)≥80%，用力肺活量占預計值百分比(FVC%pred)≥ 80%，FEV1 / FVC≥75%。排除標準：胸廓畸形；脊柱畸形；多毛癥；背部皮膚損傷；妊娠期及哺乳期女性；安裝有起搏器或植入性除顫器。隨機選取來自于北京市郊區某自然村的51例村民參加本研究，最終入選26例。25例因肺功能不符合納入標準被排除。用一氧化碳測量儀(Micro CO meter；Micro Medical Ltd；Rochester，UK)測量受試者呼出氣一氧化碳(FeCO)的水平以確認受試者的吸煙狀況[6-7]。根據吸煙史將受試者分為吸煙組與不吸煙組。
二 方法
1.VRI設備：本次研究使用VRIxp系統(Deep Breeze醫療診斷公司，歐阿克維亞，以色列)。該系統的硬件包括安裝在兩個平面陣列上的36個傳感器，每個陣列3列6排。陣列施加在背部，采用恒定的低真空來維持傳感器與胸壁的接觸。VRIxp在12 s的呼吸中記錄的肺部聲音通過模擬數字轉換系統轉換為數字數據。系統分析數據，并利用VRI算法進行數據處理。輸出數據根據呼吸音的相對強弱用灰階圖像表達，這種二維灰階圖像共71幀，每幀包括0.17 s的信息，共12 s，連續放映成為動態的振動能量圖。系統輸出雙肺各自呼吸振動隨時間變化的曲線即呼吸能量單位(BEU)曲線(圖 1)。
圖1
VRI儀器輸出的呼吸能量單位曲線
2.隨訪步驟：資料采集的具體步驟如下：(1)詢問既往史、吸煙史及被動吸煙史，計算吸煙指數(每日吸煙煙支數×吸煙年數)及被動吸煙指數(每日被動吸煙煙支數×被動吸煙年數)；(2)FeCO檢測；(3)VRI檢測；(4)肺功能檢測。
3.VRI結果分析：呼吸能量曲線是以時間為橫坐標，以BEU為縱坐標的曲線。體現了雙肺各自相對于時間的振動趨勢，并可以體現出雙肺振動能量同步性在時間上的差距。研究選取12 s內4個呼吸周期中雙肺各自吸氣相峰值在出現時間上存在差距的總和作為研究雙肺同步性差距的指標。應用統計方法分析雙肺同步性差距在吸煙組與不吸煙組有無差異，并進一步研究雙肺同步性差距與吸煙指數及被動吸煙指數的相關性。
三 統計學處理
應用SAS 6.12統計軟件對數據進行統計分析。正態分布資料采用
結果
一 受試者的一般情況、肺功能、FeCO、吸煙指數及被動吸煙指數
吸煙組及不吸煙組在年齡、性別、體重指數(BMI)及肺通氣功能的分布均無顯著性差異。吸煙組與不吸煙組的FeCO存在顯著差異(P＜0.01)。結果見表 1。
表1
兩組受試者的一般情況、肺功能、FeCO、吸煙指數(SI)及被動吸煙指數(PSI)(n=13)
二 受試者BEU曲線同步性差距比較
不吸煙組雙肺BEU曲線同步性差距為2.0(3.0)幀，吸煙組肺同步性差距為2.0(3.0)幀，秩和檢驗提示吸煙組雙肺同步性差距與不吸煙組相比差異無統計學意義(Z＝-0.29，P＝0.77)。結果見圖 2。
圖2
吸煙組與不吸煙組雙肺BEU曲線同步性差距比較
BEU為雙肺BEU曲線同步性差距
三 雙肺BEU曲線同步性與SI及PSI的相關性
分析結果中吸煙組SI為25.0包年，與雙肺BEU曲線同步性差距存在顯著相關性(r=0.61，P=0.03)，結果見圖 3。不吸煙組PSI為5.0包年，與雙肺BEU同步性差距之間相關系數(r)為0.52(P=0.07)，結果見圖 4。可以觀察到不吸煙組的被動吸煙指數與雙肺BEU同步性差距之間相關系數的P值接近0.05，散點圖可見它們之間存在一定的相關趨勢。
圖3
雙肺BEU曲線同步性差距與SI的相關關系
縱坐標BEU為雙肺BEU曲線同步性差距；橫坐標SQRT_HSI為SI經過開平方轉換
圖4
雙肺BEU曲線同步性差距與PSI的相關關系
縱坐標BEU為雙肺BEU曲線同步性差距；橫坐標SQRT_PSI為PSI經過開平方轉換
討論
香煙煙霧中含有4 000種以上的化學物質，其中有至少50種致癌物質。據目前所知，除癌癥以外，吸煙還可以導致包括冠心病、慢性阻塞性肺疾病及生育力受損等多類疾病。部分吸煙導致的危害是致命性的。在2000年，世界范圍內71%的肺癌死亡、11%的心血管疾病致死和22%各種癌癥死亡是吸煙導致的。據估計，吸煙導致全球每年480萬人(占總死亡人數的12%)死亡[8-9]。但這些都僅僅是煙草對吸煙者造成的直接危害。被動吸煙也就是環境吸煙給人群帶來的危害同樣應該受到充分的重視。以往，有很多人誤認為被動吸煙給人帶來的危害程度遠次于吸煙，但事實并非如此。不吸煙者通過被動吸煙完全可以吸入與吸煙者同樣多的有害物質和致癌物質[10]。任何等級的被動吸煙對不吸煙者來說都是有風險的，被動吸煙同樣可以給不吸煙者帶來非正常死亡和疾病的危害。在與吸煙者共同生活的被動吸煙者中，肺癌的發生率可以上升20%~30%。 被動吸煙同樣可以危害心血管系統并引發冠心病[10-11]。被動吸煙的危害在兒童中尤其值得重視。父母的吸煙惡習給兒童帶來的是新生兒猝死綜合征、急性呼吸道感染、嚴重的過敏性支氣管哮喘、耳病、多種呼吸道癥狀和肺發育遲緩等多種疾病[11]。已經有研究表明，將吸煙區與非吸煙區分開、凈化室內空氣、通風都不能減少被動吸煙者受損害的程度。因此，全面地禁止室內吸煙才是保護不吸煙者的有效途徑[10]。
肺泡動脈氧分壓差可以分辨出關于包括吸煙者在內的肺氣體交換方面的早期異常[12]，但該檢測方法是有創的。閉合氣量(CV)/肺活量(VC) 的升高可以提示吸煙者肺內存在周圍小氣道異常造成的通氣不均[3-5]。另外，吸煙造成的內皮損害所導致的彌散功能異常也是一種對吸煙者肺部可能的影響機制[13]。VRI為臨床研究者提供了一系列體現肺部振動的動態圖像、曲線和定量數據等方面的信息，為臨床研究肺部氣流振動、分布的動態改變提供了較好的手段[14]。正常情況下，吸入氣流在胸腔負壓的作用下形成。氣流在大中氣道逐漸增快，通過終末細支氣管后，氣道橫截面積迅速增加，流速開始減慢[15]。氣流通過正常人氣道時造成連續變化的振動，這種變化在雙肺應該是基本對稱和同步的，VRI也生成相應的變化連續的呼吸振動能量圖像和曲線。而在氣道阻塞、氣流受限的情況下，振動變化的不同步和不連續在VRI提供的信息中就表現出來。李俊等[16]的研究證明VRI可以觀察到氣流受限患者和正常人的之間的區別，劉超武等[17]應用VRI觀察到了重度吸煙者和正常人之間的區別，說明VRI對于觀察氣流受限性通氣功能障礙以及吸煙相關的肺損害有意義。以往VRI提供給研究者的曲線數據多需要臨床評估者對曲線進行主觀的描述和評判。這類評分數值具有一定的主觀性。雙肺振動能量同步性這一指標不僅更佳細致的觀察到了雙肺在通氣過程中存在的時間差異，而且可以用時間單位(幀)進行客觀的量化，體現出這個指標在觀察上的優勢。 在本次研究的分析中，吸煙組與不吸煙組在雙肺同步性上沒有體現出顯著性差異。由于觀察指標在描述和量化方面存在的優勢，我們進一步分析了吸煙組中雙肺同步性與吸煙強度指標(吸煙指數)之間的量效關系，發現二者之間存在著線性相關關系。也就是說，累計的吸煙量和雙肺同步性差異之間存在著線性相關關系。那么，不吸煙組雙肺同步性差異是否與吸煙有關呢？為此，我們進一步對不吸煙組的被動吸煙情況進行了量化，規定被動吸煙指數由被調查者描述的每日平均被動吸煙支數與被動吸煙年數相乘得到。結果顯示，雖然被動吸煙指數指數與雙肺同步性差異的相關性不顯著，但相關系數的P值接近0.05，散點圖分析中可以看到一定的相關趨勢。因此，雙肺同步性這項VRI提供的新的觀察指標在吸煙者中表現出一定程度的與吸煙強度之間的量效相關性，是否能夠更進一步的觀察和量化吸煙者甚至被動吸煙者吸煙相關的早期肺損害還有待于更大樣本的研究去證實。
本研究將VRI新近研發的參數雙肺振動能量同步性應用于吸煙相關肺損害的觀察，是一次全新的探索。在本次研究的觀察中，我們發現由于VRI所呈現的結果是動態播放的二維影像和曲線，使普通人更加直觀的了解到自己雙肺的情況，因此其所提供的信息對普通人更有說服力，更能促進戒煙動機的生成并喚醒人群的控煙意識。
