CT低劑量掃描技術在新型冠狀病毒肺炎檢查中的應用

王紹芳，彭成東，胡軍武，石明國，夏黎明

1. 華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院 放射科，湖北 武漢 430030；2. 空軍軍醫大學西京醫院 放射科，陜西 西安 710032

引言

新型冠狀病毒肺炎（Coronavirus Disease 2019，COVID-19）由一種新型嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒2（Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2，SARSCoV-2）感染導致，因其人群普遍易感性，傳播途徑多樣化，強傳染性等特點，近兩月來確診、疑似患者已呈暴發式增長[1-2]。CT檢查具有輔助辨別COVID-19患者情況，快速預估感染人群，評估患者療效等多重身份，在疫情篩查和控制上發揮了舉足輕重的作用[3]。然而CT檢查的輻射劑量相對較大，在COVID-19疫情中的廣泛應用以及重復使用等，勢必帶來輻射危害防控問題。對于一些COVID-19敏感人群，在保證診斷和療效評估前提下，使用低劑量掃描技術，其遠期有利效應不容忽視[4-5]。

1 COVID-19流行現狀

COVID-19疫情自暴發以來不斷加重，僅湖北省內已造成超過六萬人次的確診病例，打亂原有的國家傳染病應對方案和程序的同時對廣大人民的生命健康安全造成嚴重危害，對整個社會多層管理體系造成不小的沖擊[1,6-9]。COVID-19傳播途徑多樣：可以人傳人。經呼吸道飛沫和密切接觸傳播為主要傳播途徑，在相對密閉的環境中長時間暴露于高濃度氣溶膠情況下存在氣溶膠傳播的可能。為控制該疾病的傳播，國家已制定多項強有力的管控措施：限制人群流動，積極排查并收治確診、疑似患者，力爭在最短的時間內做好疫情應對，保障人民群眾的生命健康安全[6]。

2 CT掃描與診斷的應用

《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第五版）》[3]，推薦采用影像學CT檢查作為COVID-19患者的篩選工具，肯定了CT檢查輔助診斷的靈敏度；同時新增影像學CT掃描結果為診斷指標的臨床診斷病例。最近，湖北省內甚至將臨床診斷病例直接納入確診病例，給予他們與核酸陽性確診患者相同的隔離和治療。《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第六版）》則將肺部影像學顯示24～48 h病灶明顯進展＞50%者按照重癥確診患者處理。基于目前的臨床實踐，影像學專家們總結出COVID-19患者胸部高分辨CT掃描具有一些典型特征，且不同分期的COVID-19進程，肺部影像學特征有進展性的差異[10]。可見，CT掃描與診斷在疫情流行與防控的當下，對于準確和快速判斷肺部炎癥，輔助判斷COVID-19病程分型和評估治療效果是極其必要與重要的。

3 CT陽性患者檢查頻繁化

隨機收取近一月內到華中科技大學同濟醫學院附屬同濟醫院光谷院區發熱門診和急診內科就診的211例患者，將其中98例CT報告為不排除病毒性肺炎（文章將此定義為CT陽性）患者的結果進行統計分析。

結果顯示98例CT陽性患者中有28%的患者在短時間內 [n=27，T間隔=（5.48±2.31） d]進行了兩次 CT 掃描，有12%的患者在短時間內進行了三次甚至更多次的CT掃描（圖1）。掃描三次的患者，其首次和第二次的時間間隔為一周內 [n=12，T間隔=（5.45±2.98 ）d]，三次 CT 掃描的間隔時間最長者也在一個月內（29 d），最短者僅6 d，即3 d一復查。

此外，對CT陽性患者的年齡分布分析發現，人群普遍對COVID-19易感，因數據樣本的緣故，結果與中國疾病預防控制中心發布的最新結果有所出入[11]。本研究中，50歲以內的患者占比超過一半，占比有64.3%，20～40歲的患者占比43.8%（圖2）。

圖1 98例CT陽性患者CT檢查次數百分比

圖2 98例CT陽性患者的年齡分布

4 COVID-19患者CT掃描輻射控制

4.1 輻射劑量參考

電離輻射的兩大生物學效應包括確定性效應和隨機性效應，照射劑量的增加可導致輻射誘發癌癥等隨機效應的發生概率增加[12-13]。CT 劑量指數（CT Dose Index，CTDI）是 CT設備輻射劑量特性的使用表征量，目前公認的CTDI有以下三個：CT劑量指數100（CTDI100，反應CT標準測量模體中某一點所沉積的X射線能力），加權CT劑量指數（CTDIw，描述CT掃描某一斷層平面上的平均劑量狀況），容積CT劑量指數（CTDIvol，描述多排螺旋CT在整個掃描容積范圍內的平均輻射劑量）。三個指數雖不直接代表各種CT掃描所致受檢者的劑量，但與受檢者劑量密切相關，與吸收劑量有相同的量綱，以毫戈瑞（mGy）為單位。劑量長度乘積（Dose Length Product，DLP）是常用評價受檢者一次完整CT掃描總輻射劑量的重要指標，換算關系如式(1)～(2)。

其中：△d位置X攝像管每旋轉一周檢查床移動的距離；N為一次旋轉掃描產生的斷層數；T為掃描層厚；L為沿Z軸的掃描長度。

2019年中國疾病預防控制中心輻射防護與核安全醫學所在全國范圍內調查了CT掃描檢查中受檢者輻射劑量，其中主要以CTDIw和DLP兩個指標表示，參考值見表1[14]。

表1 2019全國胸部CT輻射劑量調查結果

4.2 COVID-19患者不同參數掃描輻射劑量對比

所有掃描采用 Siemens Force CT。掃描范圍 ：上至肺尖，下至肋膈角胸部，掃描層厚10/5 mm，重建為1.0～1.5 mm薄層。Thorax 110 kV（N=5），Thorax 100 kV（N=17），Low Dose Sn100 kV（N=17）三組的掃描參數如下 ：管電壓分別為110、100、Sn100 kV（能譜純化技術）；參考管電流分別為 51、62、96 mAs；轉速分別為 0.5、0.5、0.25 s/圈，螺距Pitch值分別為1.2、1.2、2.0。其他參數為：窗寬1200，窗位-600；CareDose 4D技術；CT肺窗和縱隔窗Kemel值分別B157和Br40；重建算法采用高級模擬迭代重建（ADMIRE）；準直寬度為192×0.6mm；重建矩陣512×512。所有原始數據傳至西門子工作站進行圖像后處理。如圖3所示可見常規胸部CT掃描時，管電壓越大，其輻射劑量越大，Thorax 110 kV組（N=5，DLP=149.6±7.0；CTDIvol=3.9±0.1）與Thorax 100 kV組（N=17，DLP=95.6±5.0；CTDIvol=2.5±0.1）對比DLP和CTDIvol均存顯著性差異（P＜0.001；P＜0.001）。Thorax 110 kV組（N=5，DLP=149.6±7.0；CTDIvol=3.9±0.1）與Low Dose Sn100 kV組（N=17，DLP=13.4±0.8；CTDIvol=0.4±0.0）對比DLP和CTDIvol都存在顯著性差異（P＜0.001；P＜0.001）。Low Dose Sn100 kV組DLP和CTDIvol較Thorax 100 kV 組顯著性偏低，且均具有顯著性差異（P＜0.001；P＜0.001）。

圖3 不同參數CT掃描輻射劑量對比

三組參數CT掃描圖像由2名高年資診斷醫師對原始三維圖像以及重建圖像進行雙盲比較（我們將圖像質量按照五分法，1分為很差，2分為差，3分為一般，4分為好，5分為很好），意見不統一時共同商議判斷，結果顯示圖像質量無明顯差異[Thorax 110 kV組（N=5，評分＝4.4±0.4），Thorax 100 kV 組（N=17， 評 分 =4.2±0.2），Low Dose Sn100 kV 組（N=17，評分 =3.9±0.2]；三者兩兩比較均無統計學差異（P＞0.05）。且均可滿足COVID-19患者肺部炎癥影像特征識別的需求，見圖4。

5 結語

放射學CT掃描技術是篩查COVID-19患者，快速診斷和評估COVID-19患者肺部感染進展和轉歸的重要手段之一，目前在臨床上應用越來越廣泛。COVID-19因其人群普遍易感性，導致特殊人群如青少年，未婚育年輕男女，甚至兒童都不可避免可獲得感染，原則上這些特殊人群均應避免過度CT輻射照射暴露，如有必要進行CT掃描時，也應符合國際放射防護委員會的主張，即在滿足X射線診斷要求前提下應遵循所有輻射劑量保持在可合理達到的盡可能低水平的原則[15-17]。基于COVID-19流行期間，多次CT掃描檢查的人群比例居高不下，年輕患者比例頗高的現狀，在COVID-19患者中應用低劑量CT掃描技術可適當保護特殊人群避免過度輻射暴露，其遠期效應將是非常有利的。本單位應用已有的Siemens Force CT，使用西門子獨創的低劑量能譜純化成像技術Sn100 kV用于肺部CT掃描篩查和診斷COVID-19，不僅可以實現影像技術專業人員與患者的隔離操作，減少接觸并控制COVID-19的院內感染[18]，很大程度上還能顯著降低受檢查者的輻射劑量。

圖4 不同參數CT掃描圖像對比

CT能譜純化技術是將X射線的輻射能力頻譜圖中低能量部分的截止能量提高，如從30 keV提高到50 keV，從而使射線的能譜變窄，射線能量增高，使之更接近CT成像理論要求的光子能量均一性，從而實現輻射低劑量的技術。Flash掃描模式則是基于雙源架構和先進的掃描床技術的大螺距掃描成像。本單位所用Siemens Force CT是全新的雙源CT，從球管、高壓發生器、探測器、數據采集系統、重建系統等一系列革新了影像鏈，提高了CT性能等級，使之能夠做到更快、更寬、更能、更低，所使用的低劑量CT成像技術同時結合了能譜純化技術和Flash掃描模式。

低劑量CT掃描技術對于單次CT檢查的COVID-19患者而言，能夠保護敏感人群如青少年、未婚育年輕患者以及兒童患者等。根據目前的統計結果，我們發現有高達40%的COVID-19患者在短時間內進行了重復多次CT檢查，輻射劑量的累積效應更是成倍增加。最新版的《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第六版）》明確將肺部影像學顯示24～48 h病灶明顯進展＞50%者按照重癥確診患者處理，提示我們未來在判斷患者分型時，對CT掃描技術的應用不僅將更加廣泛，而且在更短時間更多重復的CT掃描應用也將不斷增加，此時低劑量CT掃描技術的應用將更加顯示出優勢。