X線肺機能検査

機能的な呼吸器系は多くの要素から構成されており、その中でも肺（外呼吸）呼吸器系と循環器系は特に重要です。呼吸筋の働きによって胸郭と肺の容積が変化し、換気が確保されます。これにより、吸入された空気は気管支系に沿って広がり、肺胞に到達します。当然のことながら、気管支の開存性が損なわれると、外呼吸機構の障害につながります。肺胞内では、肺胞毛細血管膜を介してガスの拡散が起こります。この拡散過程は、肺胞壁の損傷や肺における毛細血管の血流阻害によって阻害されます。

吸気相と呼気相に撮影された従来のレントゲン写真や透視検査により、呼吸動作と肺換気の仕組みを大まかに把握することができます。吸気時には、肋骨の前端と肋骨体が上昇し、肋間腔が広がり、横隔膜が下降します（特に、横隔膜の後方傾斜が強いため）。肺野は拡大し、透明度が増します。必要に応じて、これらすべてのパラメータを測定することができます。CT を使用すれば、より正確なデータを取得できます。CT では、胸腔のあらゆるレベルの大きさ、肺全体および肺の各セクションの換気機能を判断できます。CT スキャンを使用すると、あらゆるレベルでの X 線吸収を測定（密度測定）し、肺の換気と血液充填に関する概要情報を取得できます。

気管支の閉塞は、その緊張の変化、痰の蓄積、粘膜の腫れ、器質性狭窄などによって、レントゲン写真やCTスキャンで明確に映し出されます。気管支閉塞には、部分閉塞、弁閉塞、完全閉塞の3つの程度があり、それに応じて肺の状態も3つに分けられます。低換気、閉塞性肺気腫、無気肺です。気管支のわずかな持続的な狭窄は、その気管支によって換気される肺の部分の空気量の減少（低換気）を伴います。レントゲン写真や断層撮影では、肺のこの部分がわずかに縮小し、透明度が低下し、血管の収束と多血症により、その部分の模様が強調されます。吸入時に縦隔がわずかに低換気の方向に移動することがあります。

閉塞性肺気腫では、吸入時に気管支が拡張し、空気が肺胞に入りますが、呼気時にすぐに肺胞から排出されることができません。肺の病変部は、特に呼気時に、周囲よりも大きくなり、明るくなります。最終的に気管支の内腔が完全に閉塞すると、完全な無気肺状態（無気肺）になります。空気はもはや肺胞に侵入できません。肺胞内に残った空気は再吸収され、部分的に浮腫性の液体に置き換えられます。無気肺領域は減少し、レントゲン写真やCTスキャンで強い均一な影として現れます。

主気管支が閉塞すると、肺全体の無気肺が発生します。葉気管支が閉塞すると、葉の無気肺につながります。分節気管支が閉塞すると、分節の無気肺になります。亜分節性無気肺は通常、肺野の様々な部位に細い縞模様として現れ、小葉性無気肺は直径1～1.5cmの丸い塊として現れます。

しかし、肺の生理学的研究や機能的病理の特定における主要な放射線検査法は、放射性核種法、すなわちシンチグラフィーとなっています。この検査法では、換気、灌流、肺毛細血管血流の状態を評価し、肺へのガスの流入と排出、そして肺毛細血管における肺胞気と血液間のガス交換を特徴付ける定性的および定量的指標を得ることができます。

肺静脈血流を調べるために、灌流シンチグラフィー、静脈および気管支開存性吸入シンチグラフィーが行われます。どちらの検査も肺の放射性核種画像を生成します。灌流シンチグラフィーを行うには、^99m Tc標識アルミニウム粒子（マイクロスフィアまたはマクロ凝集体）を患者に静脈内注射します。血流に入ると、粒子は右心房、右心室、そして肺動脈系へと運ばれます。粒子サイズは20～40μmであるため、毛細血管床を通過できません。マイクロスフィアのほぼ100%が毛細血管に詰まり、ガンマ線を放出します。このガンマ線はガンマカメラで記録されます。血流から排除されるのは毛細血管のごく一部だけなので、この検査は患者の健康に影響を与えません。人間の肺には約2800億本の毛細血管がありますが、研究のために注入されるタンパク質粒子はわずか10万～50万個です。注入後数時間で、タンパク質粒子は血液中の酵素とマクロファージによって破壊されます。

灌流シンチグラムを評価するために、定性分析と定量分析が行われます。定性分析では、肺の形状と大きさを4つの投影（前方および後方直接、右側面および左側面）で決定します。肺野全体にわたる放射性医薬品の分布は均一である必要があります。定量分析では、ディスプレイ画面上の両方の肺野が上部、中部、下部の3つの等しい部分に分割されます。両方の肺における放射性医薬品の総蓄積は100％とされます。相対放射能、つまり肺野の各セクション（左右別々）における放射性医薬品の蓄積は、コンピュータで計算されます。通常、右肺野では5～10％高い蓄積が記録され、フィールド内の放射性医薬品の濃度は上から下に向かって増加します。毛細血管血流障害は、肺のフィールドとセクションにおける放射性医薬品の蓄積の上記の比率の変化を伴います。

吸入シンチグラフィーは、キセノン（Xe）またはクリプトン（Kr）などの不活性ガスを用いて行われます。空気とキセノンの混合ガスをスパイログラフの閉鎖系に導入します。マウスピースとノーズクリップを用いて、患者とスパイログラフの閉鎖系を構築します。動的平衡に達した後、ガンマカメラで肺のシンチグラフィー画像を記録し、灌流と同様に定性および定量処理を行います。肺の換気障害部位は、放射性医薬品の蓄積が減少している部位と対応しています。これは、気管支炎、気管支喘息、局所性肺硬化症、気管支癌などの閉塞性肺病変で観察されます。

^{99m Tcエアロゾルは}吸入シンチグラフィーにも使用されます。この場合、放射能が74～185 MBqの放射性医薬品1 mlを吸入器のネブライザーに導入します。1秒あたり1フレームの速度で15分間、動態記録を実行します。放射能時間曲線をプロットします。研究の第一段階では、気管支の開存性と換気の状態を判定し、閉塞のレベルと程度を判定します。第二段階では、放射性医薬品が肺胞毛細血管膜を通して血流に拡散すると、毛細血管血流の強度と膜の状態を評価します。局所肺灌流と換気の測定は、塩化ナトリウム等張液に溶解した放射性キセノンを静脈内投与し、ガンマカメラで肺からのキセノンのクリアランスを記録することによっても行うことができます。