王美霞，蘇曉舟，鐘蝶嫻，蘇海志

廣東省職業(yè)病防治院 信息裝備科，廣東 廣州 510300

一種塵肺功能無創(chuàng)檢測方法
——生物電阻抗法

王美霞，蘇曉舟，鐘蝶嫻，蘇海志

廣東省職業(yè)病防治院 信息裝備科，廣東 廣州 510300

通過介紹常見肺功能檢測方法應(yīng)用現(xiàn)狀及其特點，結(jié)合生物電阻抗技術(shù)最新研究進(jìn)展，提出一種簡便、安全、無創(chuàng)并可連續(xù)檢測肺功能的方法。與現(xiàn)有的肺功能檢測方法緊密結(jié)合，互為補充，有利于促進(jìn)塵肺病的研究與臨床向功能性檢查和早期診斷發(fā)展，向康復(fù)和預(yù)后評價延伸。

塵肺?。环喂δ軝z測；生物電阻抗

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。按其病因可分為矽肺病、硅酸鹽塵肺病、炭塵肺病、混合性塵肺病和金屬塵肺病。據(jù)2009年5月22日衛(wèi)生部辦公廳關(guān)于2008年全國職業(yè)衛(wèi)生監(jiān)督管理工作情況的通報，2008年共報告塵肺病新病例10829例，死亡病例613例。新中國成立至2008年底，累計報告的塵肺病病例達(dá)638234例[1]。塵肺病不但威脅患者的生命和健康，還給國民經(jīng)濟(jì)造成巨大損失，據(jù)不完全統(tǒng)計，塵肺病每年造成的直接經(jīng)濟(jì)損失可達(dá)80億元之巨，而且造成十分不良的政治影響。塵肺病的檢出率目前還不到實際人數(shù)的30%，因此報告病例數(shù)低于實際發(fā)病情況。專家預(yù)測，即使從現(xiàn)在起采取有效的控制措施，由于塵肺病的遲發(fā)性特點，今后若干年我國仍面臨更加嚴(yán)峻的塵肺病形勢。根據(jù)塵肺病人發(fā)病的特點，對其肺功能評價和“早預(yù)防、早診斷、早治療”具有重大意義。

1 現(xiàn)有影像學(xué)檢測手段不具備功能評價能力

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，檢查塵肺的影像學(xué)技術(shù)越來越多，主要包括：模擬X線攝影——高千伏胸片、數(shù)字X線攝影CR(Computed Radiography)與DR(Digital Radiography)、CT (Computed Tomography)、核素掃描(Radio Nuclide Imaging, RNI)、核磁共振(Magnetic Resonance Imaging,MRI)等。

模擬X線攝影——高千伏胸片是我國現(xiàn)行塵肺診斷標(biāo)準(zhǔn)(GBZT0-2002)塵肺病診斷和分期的主要依據(jù)和粉塵作業(yè)工人健康監(jiān)護(hù)檢查的常規(guī)方法[2]。高千伏胸片一般使用120～140kV，100mA，用小焦點(一般1.0mm 以下)，曝光時間短，后前位胸片不超過0.1s，曝光量一般在2～8mAs。由于高千伏攝影提高了千伏值，相應(yīng)地減少毫安秒，與低千伏比較，顯著縮短了曝光時間，提高了照片清晰度，X射線管產(chǎn)生熱量也隨之減少，降低了X射線管負(fù)荷，減少了被檢者的照射量。

數(shù)字X線攝影技術(shù)是利用數(shù)字X射線設(shè)備把X射線投射圖像數(shù)字化并進(jìn)行圖像處理，再變換成模擬圖像顯示?？蓱?yīng)用在圖像存儲和傳輸系統(tǒng)上。CR仍要使用原來的高千伏X射線攝影裝置，只是將膠片換成IP；DR的X射線裝置一般配置都較高，都有高千伏X射線攝影，基本達(dá)到塵肺診斷標(biāo)準(zhǔn)(GBZT0-2002)的技術(shù)要求。目前國內(nèi)有多人進(jìn)行了數(shù)字化X射線成像技術(shù)在塵肺檢查中的探索性工作[3]。

近年來，CT在胸部疾病的診斷中已發(fā)揮著越來越大的作用，相對于X線胸片來說，CT不受肺組織重疊的影響，有良好的分辨率，一些胸部X線片上較難發(fā)現(xiàn)或確認(rèn)的胸骨后、縱隔部位或胸膜下的病變能在CT圖像中被明顯地描寫出來[4]。CT技術(shù)用于塵肺診斷的優(yōu)越性是肯定的，但由于目前CT技術(shù)費用過高，難以作為塵肺的常規(guī)檢查，只能做為鑒別和進(jìn)一步明確診斷的檢查手段之一。

另外，核素肺通氣顯像法能充分顯示肺內(nèi)實質(zhì)性病變及其對氣道通暢性的影響，但在檢查時要吸入核素氣溶液，患者難以接受。核磁共振MRI具有較高的組織對比度和分辨力，無電離輻射，可任意方位、多參數(shù)和多系列成像等優(yōu)點，是目前發(fā)展最為迅速最具潛力的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，廣泛應(yīng)用于神經(jīng)系統(tǒng)及其他軟組織的檢查。但對肺部檢查而言，因掃描時間長，病人一次屏息不能完成掃描，且空間分辨率低，對纖維化和鈣化成分不敏感等，不適合肺部微小病變的觀察，更不適合塵肺診斷。

綜上所述，目前塵肺肺功能檢測方法仍以模擬X線攝影一高千伏胸片作為主要診斷依據(jù)，作為補充手段的某些其他技術(shù)，在塵肺診斷中的作用正受到學(xué)者專家們的重視[5-9]。這些方法要么具有放射性、有害；要么非常昂貴、條件要求高，不宜長期使用。這些方法屬于結(jié)構(gòu)成像范疇，不具功能評價能力，它們以肺組織已經(jīng)發(fā)生的結(jié)構(gòu)性變化為依據(jù)，當(dāng)患者到醫(yī)院檢查，給出診斷時，病變往往已經(jīng)發(fā)展到中、晚期。塵肺發(fā)生時，肺組織的功能性變化要先于器質(zhì)性病變和其它臨床癥狀。塵肺疾病總是從肺功能變化開始，向惡性化方向發(fā)展，并一直伴隨肺功能異常。肺功能異常是塵肺的發(fā)病起點和源頭，從源頭上檢測、評估塵肺疾病的功能性變化，提示疾病的發(fā)生，實現(xiàn)惡性病人的“三早”應(yīng)對，具有重要意義，因此臨床迫切需要無創(chuàng)、有效、操作簡便、多功能的塵肺功能檢測手段。

2 生物電阻抗方法

肺功能測定包括通氣、肺泡內(nèi)氣體分布、彌散、血氣分析4大部分，是客觀反映肺臟功能狀態(tài)，早期發(fā)現(xiàn)塵肺病人呼吸系統(tǒng)損傷程度及進(jìn)行勞動能力鑒定的一項重要手段。目前，以肺量計測定呼吸氣體為主的各種肺功能儀雖應(yīng)用廣泛，但已難以滿足肺功能研究與臨床應(yīng)用發(fā)展的要求。肺臟作為血液氣體交換的主要器官，其內(nèi)部的血氣分布狀態(tài)及血液動力學(xué)、流變學(xué)變化，是最直接地反映肺功能和肺內(nèi)血液氣體交換的情況。目前臨床上除了肺血管造影、靜脈注射同位素或其它標(biāo)記物后做肺掃描的方法（有創(chuàng)、使用射線或同位素、昂貴、患者難以接受，也不能作為監(jiān)護(hù)方法使用）可以較好地反映血管與血流狀況外，其他方法均通過測定呼吸氣體，間接推斷全肺功能狀況。這類方法難以區(qū)分肺臟不同部位的區(qū)域性肺功能狀態(tài)，更不能提取直接反映肺內(nèi)血液氣體交換情況的信息[10]，因而很難有效地評價肺臟功能狀態(tài)，更無法探查呼吸、循環(huán)系統(tǒng)疾病的早期功能變化。

在塵肺疾病的潛伏期或功能代償期，即在組織與器官結(jié)構(gòu)性變化出現(xiàn)之前，或在器質(zhì)性病變的早期，及時檢測和確認(rèn)與疾病相關(guān)的組織、器官的功能性變化，提示疾病的發(fā)生，跟蹤其變化、發(fā)展過程，對于相關(guān)疾病的普查，預(yù)防和早期診斷與治療將是非常有利的。因此塵肺疾病的檢測研究發(fā)展不僅要求簡便、安全、經(jīng)濟(jì)并可連續(xù)檢測而且還需要提供能全面、準(zhǔn)確了解塵肺疾病發(fā)展變化過程，以達(dá)到提早發(fā)現(xiàn)、預(yù)防和診斷治療的目的。

電阻抗斷層成像技術(shù)（Electrical Impedance Tomography, EIT）是繼形態(tài)、結(jié)構(gòu)成像之后，于近二十余年才出現(xiàn)、發(fā)展起來的新一代醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，具有功能成像、無損傷和醫(yī)學(xué)圖像監(jiān)護(hù)三大突出優(yōu)勢，是一種理想的、具有誘人應(yīng)用前景的生物信息檢測手段，代表了新一代生物阻抗技術(shù)的發(fā)展方向。EIT采用生物阻抗檢測技術(shù)給出人體組織與器官阻抗的斷層圖像，所以也叫阻抗CT。EIT不使用射線，對人體無害，可重復(fù)使用且價格低廉，成為對病人長期、連續(xù)監(jiān)護(hù)的最佳選擇[11]。

其測量原理圖如圖1，EIT系統(tǒng)通過人體表面施加安全的交流激勵電流或電壓信號，同時測量人體表面的電壓或電流信號，由所采集并處理的信號經(jīng)圖像重建得到體內(nèi)阻抗（變化）的二維或三維分布。

圖 1 EIT測量原理圖

EIT提取與組織和器官的功能變化相聯(lián)系的電特性信息，對血液、氣體、體液和不同組織成份及其變化等具有獨特的鑒別力，對那些影響組織與器官電特性的因素，如組織成分及變異，血液的流動與分布，肺內(nèi)的血氣交換，胃內(nèi)的食物消化，體內(nèi)體液變化與遷移等非常敏感。以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行心、腦、肺循環(huán)系統(tǒng)的功能評價，血液動力學(xué)與流變學(xué)在體動態(tài)研究、人體組成成份分析、人工透析評價、胃動力學(xué)檢查、器官滲血檢測與監(jiān)護(hù)等方面有著明顯的優(yōu)越性，應(yīng)用前景十分廣闊。

因肺組織膨脹和收縮時阻抗變化大，肺呼吸氣流的改變會導(dǎo)致電阻抗的改變，一些研究團(tuán)隊已成功地提取到肺部電阻抗圖像，這些代表肺部電阻率變化的圖像和肺部通氣功能具有極好的相關(guān)性[12,13]。目前，越來越多國內(nèi)外學(xué)者加入到電阻抗測量技術(shù)在肺功能檢測的應(yīng)用研究領(lǐng)域中。

早在1984年，國外B.H.Brown.A.D.Seaga就對EIT臨床應(yīng)用可能性進(jìn)行了論證總結(jié)，并于1987年創(chuàng)建了一套EIT數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上對肺部灌注動態(tài)成像進(jìn)行評估。B.H. Brown．Harris等人對肺部阻抗變化和肺容量變化之間的關(guān)系進(jìn)行了探討， 比較支氣管、胸膜炎患者與正常人的差別。Alder等人利用Montreal EIT system (Guardo，1991)對機械呼吸的動物在被動呼吸以及向肺葉灌注液體等狀況下的肺部成像進(jìn)行了研究。Kunst等人對正常人、肺氣腫患者、血液透析患者的潮氣量的電阻抗變化進(jìn)行了比較，應(yīng)用EIT和閃爍掃描法對左右肺通氣之間的關(guān)系做了定性研究[14]。

國內(nèi)第四軍醫(yī)大學(xué)的秦明新、董秀珍等[13]于2000年介紹了一種用于肺功能檢測的生物電阻抗斷層成像系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用32體表電極進(jìn)行阻抗測量，并將其應(yīng)用于肺通氣的觀察，得到了一些初步的在體實驗結(jié)果，結(jié)果表明EIT系統(tǒng)獲取肺部電阻抗圖像是可行的。上海市肺科醫(yī)院的陳小維、賈海泉等[10]于2002年采用肺區(qū)域性阻抗圖對132例不同類型塵肺患者進(jìn)行了肺區(qū)域性阻抗通氣圖檢測和常規(guī)肺功能試驗，結(jié)果表明肺區(qū)域性阻抗通氣圖是非常規(guī)肺功能所能檢測到的，可作為常規(guī)肺功能補充參數(shù)，并提出對塵肺并發(fā)其他肺部區(qū)域性病變，臨床似有可能用肺阻抗通氣圖替代核素顯像通氣法。天津大學(xué)的王化祥、王春艷等[12]于2007年針對人體胸部特征構(gòu)建一套肺部在體測量的電阻抗成像系統(tǒng)，并對健康人進(jìn)行了初步的實驗，其結(jié)果反映了測量體位發(fā)生變化時，重力作用對肺部氣體分布的影響，證明了電阻抗成像系統(tǒng)監(jiān)測肺部呼吸過程、檢查肺部組織病變的可行性。

3 展望

EIT依據(jù)人體組織的電特性及其變化，提取反應(yīng)組織功能及其變化的生理與病理信息。采用EIT方法，依據(jù)肺內(nèi)血液、氣體、體液和肺臟組織成份及其變化等具有獨特鑒別力的電特性信息，實現(xiàn)肺臟區(qū)域性肺功能狀態(tài)檢測與連續(xù)監(jiān)護(hù)，將為塵肺病人的臨床診斷及呼吸、循環(huán)系統(tǒng)疾病研究提供一種全新的、無創(chuàng)肺功能評價方法。

塵肺疾病發(fā)生時，相關(guān)組織與器官的功能性變化往往要先于器質(zhì)性病變和其它臨床癥狀。常見的肺部疾病初期會引發(fā)細(xì)胞或組織電導(dǎo)率發(fā)生比較明顯的變化，正常個體和肺部疾病患者的阻抗圖有顯著差異，用EIT可以檢測出肺部組織液體異常變化的肺部病變[15,16]，可提取細(xì)胞生物學(xué)變化層次的預(yù)報性或前瞻性信息。所以EIT作為一種廉價的檢測技術(shù)，無毒無害、可以多次測量、重復(fù)使用，具有功能成像、無損傷和醫(yī)學(xué)圖像監(jiān)護(hù)三大突出優(yōu)勢，與現(xiàn)有的肺功能檢測方法緊密結(jié)合，互為補充，有利于促進(jìn)塵肺病的研究與臨床向功能性檢查和早期診斷發(fā)展，向康復(fù)和預(yù)后評價延伸，建立一種全新的對塵肺職業(yè)病人進(jìn)行長期、連續(xù)監(jiān)護(hù)而不會給病人造成損傷或帶來不適的檢測和臨床監(jiān)護(hù)方法。

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Bioelectrical Impedance Assessment :A Non-invasive Detection Method of Pneumoconiosis

WANG Mei-xia, SU Xiao-zhou, ZHONG Die-xian, SU Hai-zhi
Department of Information Technology and Equipment,Guangdong Prevention and Treatment Center for Occupational Diseases,Guangzhou Guangdong 510300, China

The application status and characteristics of common lung function detecting methods are introduced in this paper. Combined with latest research of bioelectrical impedance technology, a simple, safe, non-invasive continuous measurement of lung function method is proposed. This method combines with the common detection methods of lung function closely. The method and the common methods are complementary for each other. This complement can promote the development of the functional measurement, early diagnosis, rehabilitation and prognosis of pneumoconiosis study and clinical examination.

pneumoconiosis;lung function detection;bioelectrical impedance

R814.42；R135.2

B

10.3969/j.issn.1674-1633.2010.06.023

1674-1633(2010)06-0066-03

2010-03-09

作者郵箱：wmxqd2001@sina．com