Emphysema Quantification using Low Dose Chest CT : Efficacy of Follow up Examinations in Asymptomatic Smokers

Abstract

Pulmonary function test (PFT), plain chest radiography and computed tomography(CT) of chest are commonly used for the diagnosis of emphysema. It is important to diagnose emphysema. However, it is more important to evaluate the degree of extent and progression of emphysema, because they are related to the choice of treatment between convervative and surgical treatment. Most of the previous studies with low dose CT reported their results of emphysema quantification, compared with the standard dose CT or compared with PFT without follow up low dose CT. According to my knowledge, there is no report about the performance of low dose CT to evaluate emphysema progression by comparison between PFT and emphysema quantification of initial and follow up low dose CT. The purpose of this study is to evaluate whether emphysema progression can be predicted by emphysema quantification of low dose chest CT in asymptomatic smoker. From January, 2010 to April, 2011, 66 asymptomatic smokers with age greater than 40 years and who had initial low dose CT and at least one year follow up low dose CTs were retrospectively selected. In all the patients, follow up low dose CT was performed with the same protocol as the initial low dose CT images. Emphysema quantification was performed by using workstation with the automated measurement software. To detect the emphysema, threshold values (-970HU ~ -900HU) were selected with 10HU interval. In each threshold, emphysema index, which was defined as the percentage of low attenuated areas and total lung volume, was calculated by using software. To evaluate the emphysema progression, the change of emphysema index in low dose CT was calculated and to investigate the performance, it was also compared with the change of PFT. Compared with the initial PFT parameters, follow up FEV1, FVC and FEF25%-75% were significantly decreased(p<0.001, p=0.005, p<0.001). In all thresholds, the emphysema indeces were increased but it was not statistically significant. In the initial and low dose CTs of over two year follow up smokers, in the setting of -900HU as threshold, the last emphysema indeces were significantly increased(p=0.02). Compared with the changes in the parameter of PFT, the changes of emphysema indeces in all thresholds demonstrated weak negative correlation with ΔFEV1 but it was not statistically significant (r=-0.170～-0.007, p>0.05). The changes of emphysema indeces in -940HU～-900HU demonstrated weak negative correlation with ΔFVC with statistical significance (r=-0.260～0.320, p<0.05). According to the results of this study, it is possible to predict emphysema progression in low dose CT by using emphysema quantification. But the limitations of the results are the weak correlation with PFT and no proven data with statistical significance. More studies are required for using emphysema quantification to evaluate emphysema progression.

CT를 이용한 폐기종 진단은 그리 어렵지 않으나 폐기종의 범위를 측정하고 진행 정도를 평가하는 것이 진단 이후 치료에 있어 중요하다. 이전 연구들은 한 시점에서 CT로 폐기종 정량화를 시행하고 PFT의 변화 정도를 비교한 것이거나 한 시점에서 저선량 CT와 표준 선량 CT를 비교한 것이 대부분이었고 저선량 CT로 처음과 추적검사를 통해 폐기종 정량화의 변화 정도를 측정하여 폐기종 진행 정도를 보는 연구는 아직까지 보고 되지 않았다. 따라서 아주대학교병원으로 내원한 무증상 흡연자들 중 저선량 CT를 촬영한 자들을 선별하여 폐기종 정량화를 시행하고 그 변화 정도를 PFT의 변화 정도와 비교하여 저선량 CT에서도 폐기종 진행 정도에 대한 효과적인 평가가 가능한지 알아보고자 하였다. 2010년 1월부터 2011년 4월까지 아주대학교병원 건강검진센터 또는 산업의학과를 통해 저선량 CT를 촬영한 환자들 중 적어도 1년 이상 저선량 CT로 추적검사를 해 온 40세 이상의 무증상 흡연자들을 대상으로 하였다. 이들 중 추적 검사를 위해 마지막으로 시행한 저선량 CT와 최초에 촬영한 저선량 CT가 동일 CT 기종에서 동일한 방법(protocol)으로 촬영된 66명을 선별하였다. 폐기종 정량화는 최초와 추적검사 저선량 CT 단면영상을 바탕으로 workstation 내 소프트웨어를 이용하여 자동으로 계산하였다. 저음영 영역을 구하기 위해 역치 값을 -970 ~ -900HU범위 내에서 10HU씩 간격을 두고 설정하였고 폐기종을 나타내는 역치 값 이하의 저음영을 보이는 영역과 전체 폐 영역에 대한 비율을 퍼센트로 표현한 폐기종 지수를 구하여 폐기종을 정량화하였다. 폐기종 지수의 변화 정도를 PFT 변수들의 변화 정도와 비교함으로써 저선량 CT가 폐기종 정량화를 통해 폐기종 진행 정도를 잘 평가할 수 있는지 알아보고자 하였다. 처음과 추적검사 PFT에서. FEV1/FVC를 제외한 나머지 PFT 변수에서 모두 처음보다 추적검사에서 통계적으로 유의한 폐기능 감소를 보였다(p<0.05). 처음과 추적검사에서 폐기종 지수를 비교하였을 때 1년 이상 추적 검사를 했을 때 모든 역치에서 폐기종 지수가 증가하였지만 통계적으로 유의하지 않았다(p>0.05). 2년 이상 추적 검사를 시행한 32명의 흡연자에선 모든 역치에서 폐기종 지수가 증가하였고 -900HU에서는 통계적으로 유의한 차이를 보였다(p = 0.02). 폐기종 지수의 변화를 PFT 변수들의 변화와 비교하였을 때 모든 역치에서 ΔFEV1과 ΔFVC에서 약한 음의 상관관계를 보였다. 하지만 ΔFEV1에선 통계적으로 유의한 상관관계를 보이지 않았고 ΔFVC에서만 -940～-900HU에서 통계적으로 유의한 상관관계를 보였다. 저선량 CT로 폐기종 정량화를 하였을 때 2년 이상 추적 검사한 흡연자들에서 -900HU에서 통계적으로 유의한 폐기종 지수의 변화를 보였다. 폐기종 지수의 변화를 PFT 변수의 변화와 비교하였을 때 ΔFEV1과 ΔFVC에서 약한 음의 상관관계를 보였지만 상관관계가 약하고 통계적으로 유의하지 않았다. 또한 폐기능 평가에 중요한 FEV1과 모든 역치에서 통계적으로 유의한 상관관계를 보이지 않아 폐기종 진행 정도를 객관적으로 평가할 수 있을지는 더 많은 연구를 통해 알아봐야 할 것이다. 폐기종 정량화에 영향을 미치는 저선량 CT의 한계점인 낮은 신호 대 잡음비를 극복한다면 저선량 CT를 촬영하였을 때 폐기종 정량화를 통해 폐기종 진행을 보다 객관적이고 정확하게 평가할 수 있을 것으로 기대된다.