Rationale: Chronic obstructive pulmonary disease (COPD) is characterized by airflow limitation caused by emphysema and/or airway narrowing. Computed tomography has been widely used to assess emphysema severity, but less attention has been paid to the assessment of airway disease using computed tomography.Objectives: To obtain longitudinal images and accurately analyze short axis images of airways with an inner diameter ⩾ 2 mm located anywhere in the lung with new software for measuring airway dimensions using curved multiplanar reconstruction.Methods: In 52 patients with clinically stable COPD (stage I, 14; stage II, 22; stage III, 14; stage IV, 2), we used the software to analyze the relationship of the airflow limitation index (FEV1, % predicted) with the airway dimensions from the third to the sixth generations of the apical bronchus (B1) of the right upper lobe and the anterior basal bronchus (B8) of the right lower lobe.Measurements and Main Results: Airway luminal area (Ai) and wall area percent (WA%) were significantly correlated with FEV1 (% predicted). More importantly, the correlation coefficients (r) improved as the airways became smaller in size from the third (segmental) to sixth generations in both bronchi (Ai: r = 0.26, 0.37, 0.58, and 0.64 for B1; r = 0.60, 0.65, 0.63, and 0.73 for B8).Conclusions: We are the first to use three-dimensional computed tomography to demonstrate that airflow limitation in COPD is more closely related to the dimensions of the distal (small) airways than proximal (large) airways.

Rationale: Although the rate of annual decline in FEV1 is one of the most important outcome measures in chronic obstructive pulmonary disease (COPD), little is known about intersubject variability based on clinical phenotypes.Objectives: To examine the intersubject variability in a 5-year observational cohort study, particularly focusing on emphysema severity.Methods: A total of 279 eligible patients with COPD (stages I–IV: 26, 45, 24, and 5%) participated. We conducted a detailed assessment of pulmonary function and computed tomography (CT) at baseline, and performed spirometry every 6 months before and after inhalation of bronchodilator. Smoking status, exacerbation, and pharmacotherapy were carefully monitored. Emphysema severity was evaluated by CT and annual measurements of carbon monoxide transfer coefficient.Measurements and Main Results: Using mixed effects model analysis, the annual decline in post-bronchodilator FEV1 was −32 ± 24 (SD) ml/yr (n = 261). We classified the subjects of less than the 25th percentile as Rapid decliners, the 25th to 75th percentile as Slow decliners, and greater than the 75th percentile as Sustainers (−63 ± 2, −31 ± 1, and −2 ± 1 [SE] ml/yr). Emphysema severity, but not %FEV1, showed significant differences among the three groups. Multiple logistic regression analysis demonstrated that the Rapid decliners were independently associated with emphysema severity assessed either by CT or carbon monoxide transfer coefficient. The Sustainers displayed less emphysema and higher levels of circulating eosinophils.Conclusions: Emphysema severity is independently associated with a rapid annual decline in FEV1 in COPD. Sustainers and Rapid decliners warrant specific attention in clinical practice.

Abstract Background and Objective Mucus plugs and underlying airway tree structure can affect airflow limitation and prognosis in patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD), but their relative roles are unclear. This study used two COPD cohorts to examine whether mucus plugs on computed tomography (CT) were associated with airflow limitation and clinical outcomes independent of other airway structural changes and emphysema. Methods Based on visual CT assessment, patients with mucus plugs in 0, 1–2 and ≥3 lung segments were assigned to no‐, low‐ and high‐mucus groups. Loss of health‐related independence and mortality were prospectively recorded for 3 and 10 years in the Kyoto–Himeji and Hokkaido cohorts, respectively. The percentages of the wall area of the central airways (WA%), total airway count (TAC) and emphysema were quantified on CT. Results Of 199 and 96 patients in the Kyoto–Himeji and Hokkaido cohorts, 34% and 30%, respectively, had high mucus scores. In both cohorts, TAC was lower in the high‐mucus group than in the no‐mucus group, whereas their emphysema severity did not differ. High mucus score and low TAC were independently associated with airflow limitation after adjustment for WA% and emphysema. In multivariable models adjusted for WA% and emphysema, TAC, rather than mucus score, was associated with a greater rate of loss of independence, whereas high mucus score, rather than TAC, was associated with increased mortality. Conclusion Mucus plugs and lower airway branch count on CT had distinct roles in airflow limitation, health‐related independence and mortality in patients with COPD. image