謝武桃，金盛輝， 劉聰， 畢朝虎， 王威， 冉超， 惠俊蘭， 王小玲

塵肺病是由于在職業(yè)活動中長期吸入生產(chǎn)性粉塵并在肺內(nèi)潴留而引起的以肺組織彌漫性纖維化為主的全身性疾病。我國是全球塵肺病患者數(shù)量最多的國家，也是年報告新發(fā)病例最多的國家[1]。塵肺病中主要是矽肺和煤工塵肺。煤工塵肺是一種對工人身體健康危害極大，嚴(yán)重降低勞動能力、致殘，并且極大增加患者疾病負(fù)擔(dān)的職業(yè)病[2]。煤工塵肺是由于吸入可吸入的結(jié)晶二氧化硅 (SiO2)引起的，會引起持續(xù)的炎癥和不可逆的纖維化。二氧化硅顆粒對肺部組織產(chǎn)生損傷，進而激活免疫系統(tǒng)。大量的炎癥細(xì)胞聚集于肺部，并在二氧化硅刺激下產(chǎn)生各種趨化因子、細(xì)胞因子和生長因子,這些因子相互作用，可以刺激成纖維細(xì)胞的增殖與分化，促使其產(chǎn)生大量的膠原蛋白[3]。羥脯氨酸(Hydroxyproline,HYP)是一種非必需氨基酸,主要存在于動物的膠原蛋白中,加強結(jié)締組織的彈性和韌性。通過對組織中羥脯氨酸含量的測定,可以了解機體膠原蛋白分解代謝情況。膠原蛋白的不斷積累是纖維化進程的主要病理表現(xiàn)。因此,準(zhǔn)確測定肺組織中羥脯氨酸的含量,可以直接有效地判斷肺纖維化的發(fā)展程度[4-5]。羥賴氨酸(Hydroxylysine,HYL)是膠原降解的另一種產(chǎn)物，可了解體內(nèi)膠原蛋白分解代謝情況，即可作為了解結(jié)締組織分解情況的指標(biāo)之一[6]。本研究通過GE128排Revolution能譜CT對已確診的Ⅲ期煤工塵肺患者肺纖維化和無粉塵接觸史健康人員正常肺組織內(nèi)的SiO2/H2O、SiO2/HYP及SiO2/HYL含量進行定量分析，旨在為臨床上判斷煤工塵肺患者肺纖維化的進程以及干預(yù)肺纖維化的治療提供科學(xué)客觀的影像學(xué)依據(jù)。

材料與方法

1.病例資料

搜集我院2020年6月-2021年12月經(jīng)職業(yè)病鑒定專家組確診為Ⅲ期煤工塵肺的患者30例(塵肺組)；另選擇健康體檢人員30例作為對照組，無粉塵接觸史，X線胸片未見明顯異常。所有研究對象均為男性，均無其他肺部及支氣管相關(guān)疾病，均行GE 128排Revolution能譜CT胸部掃描，檢查前均已簽署知情同意書。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)。

塵肺組病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①經(jīng)職業(yè)病鑒定專家組確診為Ⅲ期煤工塵肺，診斷標(biāo)準(zhǔn)參考《GBZ 70-2015職業(yè)性塵肺病的診斷》[7]，有明確的粉塵接觸史，大陰影其長徑不小于20 mm，短徑大于10 mm；②所有病例均行能譜CT檢查、0.625mm薄層重建及DATA數(shù)據(jù)重建。對照組病例納入標(biāo)準(zhǔn)：①健康體檢人員，無粉塵接觸史，X線胸片未見明顯異常；②所有病例均行能譜CT檢查、0.625mm薄層重建及DATA數(shù)據(jù)重建。

2.檢查方法

塵肺組30例及對照組30例患者均采用美國 GE128排256層Revolution Es型能譜CT行胸部掃描，掃描參數(shù)：GSI模式，螺旋掃描，管電壓80～140 kV，電流GSI手動模式200～450 mA，層厚0.625 mm，螺距0.992：1，視野35 cm×35 cm～45 cm×45 cm，噪聲指數(shù)9，轉(zhuǎn)速0.5 s/r，矩陣512×512，探測器覆蓋寬度80 mm。肺窗采用高分辨率算法，縱隔窗采用標(biāo)準(zhǔn)算法。掃描范圍為雙肺尖至肺底，肺容積為4000～6000 cc。掃描流程：核對塵肺患者身份證-患者準(zhǔn)備-仰臥位-深吸氣并屏氣-曝光-停止掃描。

3.能譜CT測量SiO2/H2O、SiO2/HYP及SiO2/HYL含量的原理及方法

在能譜CT原理中，X射線通過物質(zhì)的衰減能夠客觀反映X射線的能量，X射線經(jīng)過物質(zhì)后產(chǎn)生的光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)共同決定了物質(zhì)對X線的衰減曲線。U(E)=afpe(E)+bfe(E)，其中fpe(E)和fe(E)分別為質(zhì)量吸收函數(shù)中光電效應(yīng)和康普頓散射的貢獻；a和b為常量。經(jīng)過數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)化可以得到 μ(E)=c1μ1(E)+c2μ2(E)，其中μ1(E)和μ2(E)分別為兩個物質(zhì)的質(zhì)量吸收函數(shù)，c1和c2為常數(shù)。因此任何物質(zhì)的X線吸收系數(shù)可以由2個基物質(zhì)的X線吸收系數(shù)來決定[8]。能譜CT成像突破常規(guī)CT單參數(shù)成像的局限，不僅可觀察常規(guī)混合能量圖像，而且能獲得40～140 keV不同水平單能量圖像、不同基物質(zhì)圖像(碘/水、碘/鈣等)[9]。通過SiO2/H2O、SiO2/HYP及SiO2/HYL進行配對，能夠獲得對應(yīng)于SiO2/H2O、SiO2/HYP及SiO2/HYL密度的兩組物質(zhì)密度投影，通過對這兩組的數(shù)據(jù)重建，就能求解出SiO2/H2O、SiO2/HYP及SiO2/HYL的密度在空間的分布，從而計算出所感興趣基物質(zhì)對密度質(zhì)和質(zhì)量吸收函數(shù)，以及他們之間的相互關(guān)系。通過能譜CT成像的重建/后處理引擎及觀察與分析系統(tǒng)(GSI Viewer:GSI瀏覽器)的多參數(shù)成像，能夠?qū)iO2/H2O、SiO2/HYP及SiO2/HYL作為基物質(zhì)對進行對比分析。

4.圖像數(shù)據(jù)處理

所有掃描的DATA數(shù)據(jù)通過ADW4.7 GSI viewer后處理器進行能譜分析：選取塵肺纖維化斑塊-觀察窗改成GSI基物質(zhì)配對(SiO2/H2O、SiO2/HYP、SiO2/HYL)-選擇histogram顯示-獲取數(shù)據(jù)。塵肺組數(shù)據(jù)測量：選?、笃趬m肺中雙中上肺野最大纖維化斑塊，以冠狀面最大層面為中心(前后層厚平均距離)分別進行數(shù)據(jù)測量，病灶大小為2.1 cm×4.2 cm～8.6 cm×4.7 cm，ROI大小占纖維化斑塊病灶的2/3以上，大小為308.1～2371.9 mm2，求平均值。對照組數(shù)據(jù)測量：以Ⅲ期塵肺斑塊平均大小以及平均ROI大小作為參照，隨機選取雙中上肺野ROI大小進行數(shù)據(jù)測量。兩組每個病例分別測量選定的病灶大小、ROI、SiO2/H2O、SiO2/HYP、SiO2/HYL數(shù)據(jù)，總共300組數(shù)據(jù)。提取全肺的容積、SiO2/H2O、SiO2/HYP及SiO2/HYL含量數(shù)據(jù)，總共240組數(shù)據(jù)。

所有數(shù)據(jù)均自動保存在Excel文件夾，由兩位放射科副主任以上醫(yī)師對兩組基物質(zhì)SiO2/H2O、SiO2/HYP及SiO2/HYL數(shù)據(jù)采用盲法獨自分析；若兩者意見不一致，則兩位醫(yī)師共同討論，直到意見完全達到一致為止。

5.統(tǒng)計學(xué)分析

結(jié) 果

1.兩組患者的基線資料

30例塵肺組患者年齡42～60歲，平均(54.22±4.32)歲，接觸粉塵工齡為6～25年，平均(15.26±6.67)年，工種為掘井工12人，采煤工18人，其中有吸煙史者22例(吸煙率為73.3%)。對照組為健康體檢人員，年齡40～60歲，平均(52.57±4.99)歲，其中有吸煙史者19例(吸煙率為63.3%)。兩組人群的年齡和吸煙率比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

2.兩組樣本方差齊性檢驗

對塵肺組及對照組的年齡、全肺容積(V)進行方差齊性檢驗，結(jié)果顯示兩組樣本中方差齊性的顯著性Sig值均大于0.05(顯著水平)，提示兩組樣本中的年齡、全肺容積(V)的方差是齊性的，故P值采用獨立樣本t檢驗中假設(shè)方差相等Sig(雙側(cè))檢驗結(jié)果。對塵肺組及對照組ROI范圍大小、ROI范圍內(nèi)和全肺容積內(nèi)的膠原蛋白中SiO2/H2O、SiO2/HYP、SiO2/HYL基物質(zhì)進行方差齊性檢驗，結(jié)果顯示兩組樣本中方差齊性的顯著性Sig值均小于0.05(顯著水平)，故P值采用獨立樣本t檢驗中假設(shè)方差不相等Sig(雙側(cè))檢驗結(jié)果。

3.塵肺組及對照組基物質(zhì)SiO2/H2O、SiO2/HYP、SiO2/HYL在ROI中的測量結(jié)果

塵肺組ROI中的SiO2/H2O基物質(zhì)含量為(78.95±20.94) mg/cm3，對照組為(17.20±6.73) mg/cm3，兩組均值差值為(61.74±4.01) mg/cm3，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.000)。塵肺組SiO2/HYP基物質(zhì)含量為(161.84±17.51) mg/cm3，對照組為(30.13±8.95) mg/cm3，兩組均值差值為(131.71±3.59) mg/cm3，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.000)。塵肺組SiO2/HYL基物質(zhì)含量為(173.06±17.23) mg/cm3，對照組為(29.99±9.78) mg/cm3，兩組均值差為(143.07±3.61) mg/cm3，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.000,表1、圖1、2)。

圖1 塵肺組的ROI及SiO2/H2O、SiO2/HYP、SiO2/HYL含量測量圖。a)ROI面積為925.7cm2；b)SiO2/H2O含量為71.80mg/cm3；c)SiO2/HYP含量為151.60mg/cm3；d)SiO2/HYL含量為165.40mg/cm3。 圖2 對照組的ROI及SiO2/H2O、SiO2/HYP、SiO2/HYL含量測量圖。a)ROI面積為 956.8cm2；b)SiO2/H2O含量為21.10mg/cm3；c)SiO2/HYP含量為32.30mg/cm3；d)SiO2/HYL含量為35.60mg/cm3。

表1 兩組ROI中基物質(zhì)SiO2/H2O、SiO2/HYP、SiO2/HYL含量的比較

4.塵肺組及對照組基物質(zhì)SiO2/H2O、SiO2/HYP、SiO2/HYL在全肺容積中的測量結(jié)果

塵肺組全肺SiO2/H2O基物質(zhì)含量為(12.23±1.56) mg/cm3，對照組為(4.94±0.76) mg/cm3，兩組均值差值為(7.16±0.32) mg/cm3，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.000)。塵肺組SiO2/HYP基物質(zhì)含量為(107.16±12.58) mg/cm3，對照組為(89.39±4.85) mg/cm3，兩組均值差值為(17.75±2.46) mg/cm3，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.000)。塵肺組SiO2/HYL基物質(zhì)含量為(116.75±10.63) mg/cm3，對照組為(97.87±6.24) mg/cm3，兩組均值差值為(18.87±2.25) mg/cm3，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.000，表2、圖3、4)。

表2 兩組SiO2/H2O、SiO2/HYP、SiO2/HYL基物質(zhì)在全肺容積(V)含量的比較

圖3 塵肺組的全肺體積及SiO2/H2O、SiO2/HYP、SiO2/HYL含量測量圖。a)全肺體積為5634cc；b)SiO2/H2O含量為11.76mg/cm3；c)SiO2/HYP含量為92.23mg/cm3；d)SiO2/HYL含量為105.8mg/cm3。圖4 對照組的全肺體積及SiO2/H2O、SiO2/HYP、SiO2/HYL含量測量圖。a)全肺體積為5761cc；b)SiO2/H2O含量為4.07mg/cm3；c)SiO2/HYP含量為79.13mg/cm3；d)SiO2/HYL含量：96.60mg/cm3。

討 論

在影像學(xué)技術(shù)上，目前高分辨率CT(highresolutionCT，HRCT)作為診斷肺纖維化最重要的手段，在評估病情及判斷預(yù)后方面的作用顯得尤為關(guān)鍵，近年來計算機輔助CT定量分析因其更為客觀逐漸被廣泛認(rèn)可。肺纖維化HRCT的計算機輔助定量分析主要通過分析肺纖維化區(qū)域的CT圖像參數(shù)如平均密度、透過度范圍及紋理特點等對患者病情進行評估[10]。而在能譜CT定量分析塵肺病方面，近年來劉榮榮[11]研究通過對70～140 keV單能量圖、有效原子序數(shù)及基物質(zhì)對進行分析診斷，結(jié)果證明三種分析工具均能夠鑒別矽肺結(jié)節(jié)與對照組結(jié)節(jié)，能夠證明塵肺結(jié)節(jié)內(nèi)含有SiO2成分，從而診斷矽肺。通過查閱國內(nèi)外文獻資料，目前尚未發(fā)現(xiàn)通過能譜CT對塵肺病肺纖維化成分膠原蛋白中的SiO2/HYP、SiO2/HYL含量進行定量分析的相關(guān)報道。

能譜CT利用快速單源瞬時kVp切換技術(shù)在亞毫秒內(nèi)完成80～140 kVp高低能量間的切換，幾乎是同時、同角度得到匹配的高、低能量數(shù)據(jù)。一方面在醫(yī)用X線范圍內(nèi)，不同的X射線物質(zhì)相互作用，主要有光電效應(yīng)和康普頓效應(yīng)。任何物質(zhì)的吸收隨X線能量變化而變化，都有對應(yīng)的吸收曲線，其能量的變化具有特征性。如果以兩個能級掃描，通過其特有的衰減曲線，成分組織就可以被確定及量化。另一方面在獲得兩種不同X射線能量下的衰減系數(shù)的兩次測量后，任何成分都可以用兩種基物質(zhì)的組合來表達相同的衰減效應(yīng)。使用傳統(tǒng)CT單一的X射線光譜時，是很難區(qū)分的[12]，而能譜CT的數(shù)據(jù)是由兩種不同光譜獲得的，對成分組織較敏感，能夠區(qū)分具有不同原子數(shù)的成分。能譜CT不僅具備常規(guī)CT的高空間分辨率和時間分辨率，還增加了能量分辨率及理化性質(zhì)分辨率這兩項參數(shù)，實現(xiàn)了多參數(shù)成像,如單能量成像、碘基物質(zhì)成像及有效原子序數(shù)測定等，使組織CT值內(nèi)部的差異得到充分展現(xiàn)，更有利于物質(zhì)成分的定量分析與鑒別。近年來，武衛(wèi)杰等[13]報道利用能譜CT虛擬掃描功能，通過多參數(shù)定量分析可提高肺部純磨玻璃結(jié)節(jié)的診斷及鑒別診斷效能，并能降低輻射劑量。艾娜娜等[14]研究發(fā)現(xiàn)在能譜CT智能匹配技術(shù)下，大螺距能譜成像較常規(guī)螺距能譜成像的輻射劑量更低；聯(lián)合10%～60%自適應(yīng)統(tǒng)計迭代重建Ⅴ(Adaptive statistical iterative reconstruction Ⅴ,ASIR-V)后重建技術(shù)，可以降低大螺距能譜單能量圖像的噪聲，提高綜合成像質(zhì)量。

近年來，相關(guān)文獻報道通過酶聯(lián)免疫吸附測定發(fā)現(xiàn)硅肺大鼠染塵14 d后肺組織HYP升高，第56天達到高峰。因此，測量大鼠矽肺組織中羥脯氨酸的含量可間接反映矽肺纖維化程度[15]。同時，肺組織中膠原蛋白分解減少，HYL含量也會相應(yīng)升高[6]。因此,準(zhǔn)確測定肺組織中羥脯氨酸、羥賴氨酸的含量,可以有效判斷肺纖維化的發(fā)展程度。白宇超等[16]研究了26例接塵工齡為8～24年[平均( 13.80±4.81)年]的稀土塵肺患者，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在排除年齡、吸煙情況及組別影響因素后，HYP的表達量與接塵工齡呈正相關(guān)(P<0.05)，表明接塵年限越長，血清HYP的表達量越大，肺內(nèi)膠原沉積量也增多，肺部纖維化也越嚴(yán)重。

本研究應(yīng)用能譜CT對Ⅲ期煤工塵肺患者(塵肺組)及對照組的肺組織進行了ROI及全肺膠原蛋白中的SiO2/H2O、SiO2/HYP、SiO2/HYL含量測量,得到以下研究結(jié)果:①塵肺組ROI的SiO2/H2O基物質(zhì)含量為(78.95±20.94) mg/cm3，對照組為(17.20±6.73) mg/cm3，兩組均值差為(61.74±4.01) mg/cm3，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.000)；塵肺組SiO2/HYP基物質(zhì)含量為(161.84±17.51) mg/cm3，對照組為(30.13±8.95) mg/cm3，兩組均值差為(131.71±3.59) mg/cm3，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.000)；塵肺組SiO2/HYL基物質(zhì)含量為(173.06±17.23) mg/cm3，對照組為(29.99±9.78) mg/cm3，兩組均值差為(143.07±3.61) mg/cm3，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.000)。②塵肺組提取的全肺組織內(nèi)SiO2/H2O基物質(zhì)含量為(12.23±1.56) mg/cm3，對照組為(4.94±0.76) mg/cm3，兩組均值差為(7.16±0.32) mg/cm3，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.000)；塵肺組SiO2/HYP基物質(zhì)含量為(107.16±12.58) mg/cm3，對照組為(89.39±4.85) mg/cm3，兩組均值差為(17.75±2.46) mg/cm3，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.000)；塵肺組SiO2/HYL基物質(zhì)含量為(116.75±10.63) mg/cm3，對照組為(97.87±6.24) mg/cm3，兩組均值差為(18.87±2.25) mg/cm3，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.000)。

煤工塵肺纖維化的發(fā)病機制是煤礦粉塵與機體慢性炎癥反應(yīng)持續(xù)相互作用的結(jié)果。炎癥因子在肺纖維化的發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，可通過靶細(xì)胞表面的相應(yīng)受體啟動炎癥反應(yīng)。在炎癥反應(yīng)基礎(chǔ)上，血小板源性生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子-β、腫瘤壞死因子α等多種纖維化相關(guān)因子共同調(diào)控肺成纖維細(xì)胞的分裂、增殖及膠原蛋白的合成與降解，導(dǎo)致肺纖維化[17]。膠原蛋白是肺纖維化細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，膠原蛋白的分解減少和合成增加是導(dǎo)致肺纖維化膠原蛋白異常沉積的重要原因[18-19]。HYP作為膠原的主要成分，能直觀反映膠原蛋白在體內(nèi)的含量。本研究通過比較煤工塵肺患者與對照組肺組織中SiO2/H2O、SiO2/HYP、SiO2/HYL含量，發(fā)現(xiàn)煤礦粉塵所致肺纖維化的程度與肺組織中HYP、HYL含量具有密切相關(guān)性。這與白宇超等[16]得出稀土塵肺組患者血清中HYP明顯高于對照組的結(jié)論具有一致性。

綜上所述，肺組織成纖維細(xì)胞膠原蛋白中SiO2/HYP、SiO2/HYL的含量可作為煤工塵肺所致肺纖維化的重要生物標(biāo)志物。通過能譜CT對煤工塵肺患者肺纖維化中的SiO2/H2O、SiO2/HYP、SiO2/HYL含量進行定量分析，可為臨床上判斷煤工塵肺患者肺纖維化的進程及干預(yù)肺纖維化的治療提供科學(xué)客觀的影像學(xué)依據(jù)。