1.徐州醫(yī)學院第二附屬醫(yī)院影像科(江蘇 徐州 221006) 2.徐州醫(yī)學院附屬醫(yī)院影像科(江蘇 徐州 221002)

杜 鵬1,2 徐 凱2

煤工塵肺的影像學診斷研究進展

1.徐州醫(yī)學院第二附屬醫(yī)院影像科(江蘇 徐州 221006) 2.徐州醫(yī)學院附屬醫(yī)院影像科(江蘇 徐州 221002)

杜 鵬1,2徐 凱2

煤工塵肺；影像學診斷；多層螺旋CT；低劑量掃描

煤工塵肺(coal worker’s pneumoconiosis, CWP)是指煤礦工人長期吸入生產(chǎn)環(huán)境中粉塵所引起的肺部病變的總稱。在我國衛(wèi)生部規(guī)定的職業(yè)病名單中包括12種塵肺，其中煤工塵肺是發(fā)病人數(shù)最多的一種。據(jù)衛(wèi)生部統(tǒng)計，全國大約有120萬塵肺病患者。相關(guān)調(diào)查顯示，每年塵肺病造成的直接經(jīng)濟損失達80億元人民幣。因此，對煤工塵肺的診斷及治療對緩解經(jīng)濟壓力，保證煤炭安全生產(chǎn)，改善煤礦工人的身體健康狀況均具有重要的意義。作為一種臨床疾病，塵肺的診斷是綜合性的，包括病因診斷、X線診斷、肺功能性診斷等，其中X線診斷是塵肺綜合性診斷的核心。參照國際勞工組織(International Labour Organization, ILO)2000年發(fā)布的塵肺X線表現(xiàn)國際分類最新標準，我國于2009年7月發(fā)布了新版《塵肺病診斷標準》(GBZ70-2009)。

1 煤工塵肺的概念

煤工塵肺是由于煤礦工人長期吸入單純煤塵和煤矽混合的煤塵，引起肺內(nèi)彌漫性間質(zhì)纖維化和煤矽結(jié)節(jié)的形成。因肺組織對單純的煤塵具有較強的清除能力，單純煤塵引起的肺部病變病程較緩慢，多在20～30年后表現(xiàn)出明顯的癥狀，病變以形成肉眼可見的塵斑為特征；煤矽混合塵因含有矽結(jié)節(jié)，侵襲性較強，在正常情況下無法被肺組織清除，隨著時間和數(shù)量的累積，逐漸與煤塵融合，形成煤矽混合性結(jié)節(jié)，并引起彌漫性肺間質(zhì)纖維化，病變進展到晚期，可出現(xiàn)大塊纖維化[1]。

2 煤工塵肺的病理生理改變

煤工塵肺的病理學改變與影像學表現(xiàn)存在一定的相關(guān)性，隨著煤工塵肺期別的增加，病理生理改變也越顯著，各期的病理生理進程基本都能在影像學檢查上觀察到。

2.1 基本改變煤工塵肺的基本病變是肺間質(zhì)彌漫性煤塵沉積和煤塵灶的形成，彌漫性肺間質(zhì)纖維化及彌漫性灶周肺氣腫，有些病例有煤矽結(jié)節(jié)形成，晚期可出現(xiàn)進行性大塊纖維化。兩肺表面呈黑灰色或黑色，在黑灰色的背景上可見大量黑色斑點、斑塊或結(jié)節(jié)，病變均勻分布于全肺。病變嚴重者，肺臟的重量、體積和硬度均顯著增加，切面也可見到斑塊、斑點或結(jié)節(jié)彌漫分布，并有不同程度的肺氣腫。肺間質(zhì)的改變表現(xiàn)為在肺泡、細葉和小葉間隔周圍，以及血管和支氣管周圍的間質(zhì)，均可見不同程度的纖維組織增生，肺內(nèi)凡有煤塵沉著的部位，都伴有輕重不等的間質(zhì)纖維化。胸膜的改變主要表現(xiàn)為胸膜壁層和臟層均可見程度不同的煤塵性纖維化和煤矽結(jié)節(jié)形成，胸膜不同程度增厚[2-3]。

2.2 鏡下觀察煤工塵肺的肺組織在鏡下觀察可以發(fā)現(xiàn)典型病理改變的細微結(jié)構(gòu)，包括煤矽細胞結(jié)節(jié)、煤矽結(jié)節(jié)和大塊纖維化。

①煤矽細胞結(jié)節(jié)：結(jié)節(jié)中塵細胞較多，且常呈同心圓排列，與煤塵細胞灶的塵細胞不規(guī)則排列不同，隨著病變的發(fā)展，膠原纖維逐漸增多，形成纖維細胞結(jié)節(jié)。

②煤矽結(jié)節(jié)：可分典型煤矽結(jié)節(jié)和不典型煤矽結(jié)節(jié)。典型煤矽結(jié)節(jié)，中心由膠原纖維呈同心圓排列構(gòu)成，且常有玻璃樣變，在膠原纖維束之間有煤塵沉積，外周由大量煤塵細胞、煤塵、成纖維細胞、網(wǎng)狀纖維和少量膠原纖維組成，并沿周圍肺泡間質(zhì)向四周呈放射狀延伸；不典型煤矽結(jié)節(jié)，膠原纖維呈不規(guī)則的束狀排列，其間由較多的煤塵和煤塵細胞構(gòu)成，膠原纖維的量超過結(jié)節(jié)組成成分的50%。

③大塊纖維化：一種為彌漫性纖維化，由結(jié)締組織包圍了很多碳素粉塵組成，其內(nèi)很少有煤矽結(jié)節(jié)，膠原纖維也較矽結(jié)節(jié)為少，多分布在兩肺上部和后部，大塊的中央由于缺血可發(fā)生壞死，出現(xiàn)含有黑色液體的空洞；另一種為大塊纖維化病灶中可見煤矽結(jié)節(jié)改變。在大塊形成的過程中，肺組織有明顯的收縮，故在大塊纖維化周圍可形成肺大泡和肺基底部的肺氣腫[4]。

2.3 病理生理改變煤工塵肺的病理生理改變與臨床表現(xiàn)密切相關(guān)，煤塵灶引起正常肺間質(zhì)的纖維組織增生，形成彌漫性肺間質(zhì)纖維化；刺激呼吸性細支氣管鄰近的肺泡，形成灶周肺氣腫；晚期出現(xiàn)進行性大塊纖維化。因此，煤工塵肺患者往往出現(xiàn)慢性阻塞性肺疾病的臨床表現(xiàn)，隨著病程的進展，呼吸困難也逐漸加重。

2.3.1 煤塵灶的形成機理：煤塵灶是由于煤塵隨呼吸進入肺組織并在肺內(nèi)沉積，巨噬細胞吞噬煤塵顆粒，當煤塵顆粒沉積量超過巨噬細胞的清除能力，致使大量煤塵及吞噬了煤塵的巨噬細胞較長時間滯留在二級以下呼吸性支氣管及肺泡里。進入肺組織的煤塵，90%沉著在遠離終末細支氣管以下無纖毛上皮的呼吸道表面，大部分塵粒以游離狀態(tài)或被巨噬細胞吞噬，通過肺泡液帶至終末細支氣管的纖毛上皮后排出體外，小部分進入肺間質(zhì)沿淋巴液移行。吞噬了大量煤塵的巨噬細胞體積較大，在肺間質(zhì)中導流不暢，另一方面，進入肺泡間隔的塵細胞在呼吸性細支氣管開口處的淋巴集合滯留并聚集，形成煤塵細胞灶，隨著時間的推移，網(wǎng)狀纖維增生，并可能伴有膠原纖維增生，最終形成煤塵纖維灶。但并不是所有的煤塵顆粒均可致病，在呼吸性煤塵中直徑大于10μm的煤塵在空氣中很快沉降，或吸入后被鼻腔鼻毛阻留，隨鼻涕排出；10μm以下的煤塵，絕大部分被上呼吸道所阻留；5μm以下的煤塵，可進入肺泡；0.5μm以下的煤塵，因其重力小，不易沉降，隨呼氣排出，阻留率下降；而0.1μm以下的煤塵因布朗氏運動，阻留率反而增高。也就是說，直徑在0.5μm-5μm及＜0.1μm的煤塵是主要的致病顆粒[5]。

2.3.2 煤塵灶周肺氣腫的形成機理：在煤塵灶形成的過程中，呼吸性細支氣管鄰近的肺泡，由于煤塵與煤塵細胞持續(xù)過量堆積，使得管壁受壓，煤塵與煤塵細胞侵入局部肺泡間質(zhì)與呼吸性細支氣管管壁間質(zhì)內(nèi)，使管壁固有的平滑肌和彈力纖維受損，以致在呼吸性細支氣管呼氣時，氣體不易呼出，吸氣時被動擴張，這樣反復的一呼一吸，氣體入多出少，肺泡逐漸擴張，形成小葉中心性的灶性肺氣腫[6]。

2.3.3 進行性大塊纖維化的形成機理：進行性大塊纖維化的形成，與吸入粉塵量、吸塵時間、粉塵在肺內(nèi)滯留性及致纖維化作用的強弱等有關(guān)，目前形成的機理不明確。國外有學者提出，部分煤礦工人對煤塵有明顯的特異性反應，從機體的免疫反應性、外加的分支桿菌或纖維化等方面進行解釋；有人推測，促使大塊纖維化發(fā)展的因素首先是免疫反應性提高，隨后免疫球蛋白在塵肺組織內(nèi)沉積，球蛋白形成了適于纖維組織發(fā)展的基質(zhì)，利于膠原產(chǎn)生；另有一些研究表明，自身免疫因素可能影響由單純性塵肺發(fā)展到大塊纖維化，也有可能自身抗體使膠原變性而發(fā)展成為大塊纖維化[7]。

3 煤工塵肺的影像學檢查

目前煤工塵肺的影像學檢查主要有以下幾種：高千伏X線攝影、直接數(shù)字化X線成像(DR)、計算機斷層掃描成像(CT)和磁共振成像(MRI)。

3.1 高千伏X線攝影我國塵肺診斷(GBZ70-2009)做出規(guī)定，高千伏(100-120kV以上)后前位胸片是塵肺診斷的最基本方法[8-9]。高千伏X線攝影利用高壓發(fā)生器與高密度濾線柵相匹配，獲得在較小密度值范圍內(nèi)顯示較多層次的X線影像，圖像質(zhì)量高，層次豐富，所得圖像中的肺野紋理多而清晰、肋骨影淡化。

3.1.1 煤工塵肺高千伏X線胸片表現(xiàn)：①圓形小陰影：分“p”、“q”、“r”三類，以“p”、“q”類圓形小陰影為主，“p”最大直徑約1.5mm，“q”直徑大于1.5mm，小于3mm。常成簇地出現(xiàn)，開始多數(shù)先出現(xiàn)在中、下肺野，以右側(cè)為著。隨著病變的進展，小陰影分布越來越廣泛，可逐漸彌漫分布到全肺野。②不規(guī)則形小陰影：分“s”、“t”、“u”三類，以“s”、“t”類不規(guī)則小陰影為主，“s”寬度不超過1.5mm，“t”寬度大于1.5mm，不超過3mm。開始多見于肺中野的內(nèi)中帶，逐漸擴展到外帶及上、下肺野，表現(xiàn)為界限模糊而不整的索條陰影相互交織而成網(wǎng)狀，密度較高。③大陰影：指直徑大于1cm的陰影，也稱大塊融合或進行性大塊纖維變，多呈對稱性的出現(xiàn)于兩肺上中野，常見“八”字形、圓形或橢圓形。④胸膜斑：不同程度的胸膜肥厚、粘連及鈣化改變，形成胸膜斑。⑤肺門改變：肺門陰影擴大，密度增高，有時可見鈣化的淋巴結(jié)[10-12]。

3.1.2 煤工塵肺高千伏X線攝影優(yōu)缺點：高千伏X線攝影優(yōu)點：①降低管流量，減少X線管產(chǎn)生的熱量，延長X線管壽命。②增加管電壓值，縮短曝光時間，減少運動畸形，提高X線照片的清晰度。③可獲得低對比，層次豐富的X線照片。④和傳統(tǒng)低千伏(60-70kV)胸片相比，高千伏胸片對心臟及肺部組織陰影的放大率小，影像的可見度高，結(jié)構(gòu)清晰，非常利于觀察肺部的微細病變。

高千伏X線攝影缺點：①散射線較多，X線照片質(zhì)量較差。②損失了照片對比度，曝光條件嚴苛。③普通胸部X線片，不論后前位、側(cè)位或斜位，所顯示的都是立體物體的平面像，因此不同深度的組織、器官以及病變陰影都重疊在一個平面上，使得要觀察的病灶不夠突出，常常會低估病變的真實范圍，這也是胸部高千伏X線片難以回避和難以解決的問題[13]。

3.2 直接數(shù)字化X線成像(Digital Radiography,DR)DR利用平板探測器收集透過人體的X線信息，通過計算機的處理轉(zhuǎn)換輸出模擬X線圖像。與高千伏X線胸片相比，DR圖像清晰度更高，密度分辨率也有所增加，運動偽影及散射線的影響減少，更容易發(fā)現(xiàn)肺部小結(jié)節(jié)性病變。DR圖像層次豐富，可清楚地顯示肺部細微結(jié)構(gòu)，甚至肺野外帶直徑2mm的血管影像能清晰可見[14]。

煤工塵肺DR檢查優(yōu)缺點：煤工塵肺DR檢查優(yōu)點：①被檢者受到的X線輻射劑量少。②具有更高的動態(tài)范圍和更大的對比度范圍,圖像層次更豐富。③圖像分辨率提高，成像速度更快，工作效率更高。最重要的是，DR使得X線信息數(shù)字存儲成為現(xiàn)實，可以在計算機上對圖像進行多種后處理，也更易于影像資料的保存。與傳統(tǒng)的高千伏胸片相比，DR對肺內(nèi)結(jié)節(jié)陰影、不規(guī)則陰影和團塊陰影的顯示無明顯的差異性；而在肺紋理、氣管隆突、脊柱等正常解剖結(jié)構(gòu)的顯示上，DR圖像因其較高的密度分辨率展現(xiàn)出一定優(yōu)勢；同時，DR對肺內(nèi)間隔線(A線、B線和C線)、局限性及周邊性肺氣腫、各種胸膜改變和肺門淋巴結(jié)鈣化的顯示并不劣于傳統(tǒng)的高千伏胸片[15-16]。

煤工塵肺DR檢查缺點：由于DR的空間分辨率相對不足、圖像后處理的不可控性以及較高的維護使用費用，再加上目前國內(nèi)外尚無權(quán)威的塵肺診斷數(shù)字化攝影標準片，限制了DR在煤工塵肺影像診斷中的運用。不過當下，很多國內(nèi)外學者都在努力倡導，使用直接數(shù)字化攝影及其后處理技術(shù)取代傳統(tǒng)的高千伏攝影，進行煤工塵肺的診斷和鑒別診斷。與此同時，ILO也已將數(shù)字技術(shù)拍攝的塵肺X線胸片列入到今后修改塵肺國際分類法的研究計劃中[17]。

3.3 計算機斷層掃描成像(Computed Tomography,CT)

3.3.1 常規(guī)劑量CT：CT利用X線穿透人體某一檢查部位的固定厚度層面，由檢測器接收穿過該層面的X線，經(jīng)過計算機一系列的轉(zhuǎn)換與處理，輸出像素，構(gòu)成CT圖像。

3.3.1.1 煤工塵肺的CT基本表現(xiàn)：①小結(jié)節(jié)：直徑2.0～5.0mm的小結(jié)節(jié)病變在肺內(nèi)成簇地出現(xiàn)，一般密度較高，邊緣銳利，以類圓形最為常見。開始多數(shù)先出現(xiàn)在中、下肺野，以右側(cè)為著，隨著病變的進展，結(jié)節(jié)陰影分布越來越廣泛，可逐漸彌漫分布到全肺野。②肺內(nèi)大陰影：指直徑大于1cm的陰影，多呈對稱性的出現(xiàn)于兩肺上中野，常呈圓形或橢圓形。若病變持續(xù)發(fā)展，可向下延伸，或向上、下擴展縱穿全肺，或與其下方的融合塊相互串聯(lián)成長條形。③肺間質(zhì)性改變：肺小葉內(nèi)肺小動脈和終末細支氣管周圍間質(zhì)增厚，前者表現(xiàn)為點狀或分支狀，鄰近肺周邊部，在附近多可見增厚的小葉間隔或變形的肺小葉。終末細支氣管周圍間質(zhì)增厚和/或纖維化牽拉，致細支氣管擴張，使在正常時不可見的細支氣管顯示。④肺氣腫：分為彌漫性肺氣腫、局限性肺氣腫、泡性肺氣腫、周邊性肺氣腫以及肺大泡，表現(xiàn)為肺野局部的透亮度增強，肺紋理稀疏，形態(tài)各異[18-23]。

3.3.1.2 煤工塵肺的CT檢查優(yōu)缺點：因為是軸位成像，CT避免了組織器官前后重疊的影響，更有利于肺內(nèi)小陰影、結(jié)節(jié)改變、微小肺間質(zhì)改變、局限性肺氣腫以及胸膜改變的顯示[24-25]。普通CT采用逐層掃描，掃描有時間間隔，成像速度慢；多層螺旋CT(multi-slice spiral computed tomography,MSCT)利用滑環(huán)技術(shù)，螺旋形的掃描軌跡，三維采集數(shù)據(jù)，比普通CT掃描時間更短，掃描范圍更廣，采集數(shù)據(jù)量更大，并可進行多方位的重建；高分辨率CT(high resolution computed tomography,HRCT)采用1.0mm的掃描層厚，能在肺小葉水平上清晰地顯示包括肺小葉間隔、肺小葉動脈、小葉支氣管在內(nèi)的肺部微細結(jié)構(gòu)，利于早期診斷塵肺[26-29]。但是，與常規(guī)X線胸片相比，CT的輻射劑量較大。同時，國內(nèi)外并沒有建立相應的塵肺病CT診斷標準，限制了其成為塵肺病的常規(guī)檢查，而只能作為補充檢查和鑒別診斷的方法。

3.3.2 胸部MSCT低劑量掃描：MSCT低劑量掃描就是在其他掃描參數(shù)不變的情況下，通過限制特定的掃描參數(shù)，降低X線輻射劑量，同時獲得滿足診斷要求的圖像[30]。由于肺泡和肺實質(zhì)間、縱膈病變和縱膈脂肪間均有很好的自然對比，因此胸部疾病非常適合使用低劑量CT掃描。通常，限制CT的掃描參數(shù)如管電流、管電壓、掃描時間、螺距、層厚等都可以實現(xiàn)降低CT輻射劑量的目的。國內(nèi)外很多學者的研究表明，保持管電壓不變、降低管電流(較常用)和保持管電流不變、降低管電壓，是減少CT輻射的最主要的兩個方法[31-32]。

Naidich在1990年首次提出胸部低劑量CT的概念，即在其他參數(shù)不變的情況下降低管電流進行掃描，12名患者分別經(jīng)10mA與140mA管電流掃描，結(jié)果表明，降低mA并沒有明顯影響肺結(jié)構(gòu)顯示，所有病例中正常和病理結(jié)構(gòu)均可以顯示，盡管縱隔區(qū)噪聲和偽影增加，但縱膈結(jié)構(gòu)仍然可以輕易確定[33]。王亞麗[34]等利用低劑量HRCT(管電壓140kV，管電流150mA)觀察肺間質(zhì)病變，得到的圖像與常規(guī)劑量HRCT(管電壓140kV，管電流250mA)相比，對包括磨玻璃病變、小葉間隔、小葉內(nèi)隔、支氣管血管束、胸膜下線、網(wǎng)狀影、蜂窩狀影、小結(jié)節(jié)在內(nèi)的各項觀察指標的顯示率均無明顯差異，同時，患者的輻射劑量降低了約40%。

胸部MSCT低劑量掃描能顯著降低被檢者的輻射劑量，在肺部疾病的篩查及復查中具有相當?shù)膬?yōu)勢，同時，能減少X線管、探測器等硬件設(shè)備的損耗，延長了CT機的使用壽命，節(jié)約了運行成本。盡管在某些細節(jié)的顯示上不如常規(guī)劑量CT，偽影和噪聲也有所增加，但是并沒有影響疾病的診斷。美國胸外科協(xié)會(American Association for Thoracic Surgery, AATS)于2012年提出，應該將低劑量CT掃描廣泛應用于肺部疾病的臨床診斷中[35]。因此，越來越多的人研究怎樣有效的濾除MSCT低劑量掃描圖像中的噪聲，主要是降噪的算法研究，包括基于分割的圖像去噪算法、基于MCMC技術(shù)的圖像去噪算法、基于EM的圖像去噪算法、基于K-L域的懲罰加權(quán)最小均方去噪方法等。

3.3.2.1 煤工塵肺MSCT低劑量掃描：目前，國內(nèi)關(guān)于MSCT低劑量掃描在煤工塵肺診斷中的應用報道不多，僅有謝智峰[36,30]等對低劑量螺旋CT在矽肺診斷中的應用研究，其研究表明，20mA低劑量與130mA常規(guī)劑量螺旋CT掃描在顯示矽肺陰影大小、密集度及矽肺分期方面無明顯差異，20mA是矽肺螺旋CT掃描的最佳低劑量掃描條件，可以作為矽肺的篩選手段。和單純矽肺相比，引起煤工塵肺病變的粉塵是混合性的，因此，如何將MSCT低劑量掃描用于煤工塵肺的診斷，在減少病人受到輻射劑量的同時，又能夠得到符合診斷要求的圖像，值得我們更多的關(guān)注和研究。

3.4 磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)當煤工塵肺發(fā)展到一定階段，合并進行性塊狀纖維化時，通過傳統(tǒng)X線成像技術(shù)往往難以與原發(fā)性支氣管肺癌進行區(qū)別。此時，我們可以利用MRI進行鑒別診斷[37]。

MRI利用氫質(zhì)子成像，依據(jù)其在被檢者體內(nèi)存在的數(shù)量及形式，在外加磁場的作用下，產(chǎn)生磁化和進動作用，獲取能量并釋放，最終恢復至常態(tài)。通常，將恢復過程所需的時間稱為弛豫時間(包括T1弛豫時間和T2弛豫時間)。MRI使用突出某種成分的加權(quán)成像，包括T1加權(quán)成像(T1WI)、T2加權(quán)成像(T2WI)、質(zhì)子密度加權(quán)成像(PdWI)。T1WI圖像對不同軟組織結(jié)構(gòu)有良好的對比度，適于觀察軟組織的解剖結(jié)構(gòu)；T2WI和PdWI顯示病變的信號變化明顯，有利于觀察病理變化；另外，由于組織脂肪的T1短、T2長、Pd高，有時為了達到脂肪抑制的效果，將TR延長，稱為STIR法。

煤工塵肺大塊纖維化是一種彌漫性纖維化，由結(jié)締組織包圍了很多碳素粉塵組成，而原發(fā)性支氣管肺癌的腫塊血管豐富，異形細胞代謝旺盛，兩者組織結(jié)構(gòu)中包含的氫質(zhì)子，無論在數(shù)量還是存在形式上，均應有較大不同。在MRI圖像中，將病變周圍的軟組織作為參照，煤工塵肺大塊纖維化T1WI顯示為等高信號，T2WI顯示為混雜不均的高低信號，STIR圖像表現(xiàn)與T1WI和T2WI相似；而原發(fā)性支氣管肺癌在各個成像序列上均呈現(xiàn)高信號區(qū)。所以，在一定程度上，MRI可以用于煤工塵肺大塊纖維化和原發(fā)性支氣管肺癌的鑒別診斷[38-39]。

綜上所述，煤工塵肺的影像學診斷不僅要依靠傳統(tǒng)的高千伏X線攝影，也要結(jié)合CT、MRI檢查，才能夠有效提高煤工塵肺的檢出率并與其他疾病做出鑒別。另外，胸部MSCT低劑量掃描能在很大程度上降低被檢者受到的輻射劑量。因此，如何將MSCT低劑量掃描用于煤工塵肺的診斷，在減少病人受到輻射劑量的同時，又能夠得到符合診斷要求的圖像，值得我們更多的關(guān)注和研究。

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(本文編輯: 黎永濱)

R135.2

A

10.3969/j.issn.1672-5131.2015.08.035

2015-07-08

杜 鵬