天眼AI平臺結合低mAs在COVID-19胸部CT篩查中對患者的雙重保護價值研究

譚 佳，李真林，袁 元，夏春潮，田 川，鄧莉萍，曹立波，曾 鵬，邵 強，尚雷敏

1. 四川大學華西醫院 放射科，四川 成都 610041；

2. 上海聯影醫療科技有限公司 a. 應用培訓部；b. 產品管理部，上海 201815

引言

自 新 型 冠 狀 病 毒 肺 炎（Coronavirus Disease 2019，COVID-19）[1]疫情發生以來，胸部CT普通掃描一直作為COVID-19關鍵的影像檢查，可第一時間發現疑似患者及無癥狀感染者的肺部情況，并給臨床等科室作出預警，做到早診斷、早隔離、早治療[2-4]。隨著醫院就診患者的增加，需行胸部CT掃描篩查COVID-19引起肺炎的患者也隨之增加。首先，常規的CT掃描擺位需要放射技師于檢查床旁進行升降床、移床以及定位等，這增加了醫患接觸和院內感染風險；其次，手動勾畫定位框掃描效率不高，耗費時間多，且可因操作者經驗問題導致掃描范圍不夠或是過大，增加輻射劑量。天眼AI平臺包括兩部分，分別是攝像頭智能輔助擺位和定位框自適應兩大算法平臺[5]，這個平臺的誕生剛好可以很好地解決這些問題，文獻報道稱降低管電流量是降低群體CT輻射劑量的一個重要且有效的手段[6-11]，結合低管電流量可以進一步降低患者接受的輻射劑量。目前還未見有天眼AI平臺結合低mAs應用于COVID-19胸部CT篩查的文獻報道。本研究旨在探討COVID-19疫情期間，天眼AI平臺結合40 mAs用于CT肺部情況篩查時對患者產生的雙重保護價值：一是減少患者院內感染概率；二是減少患者接受的輻射劑量。

1 資料與方法

1.1 臨床資料

前瞻性隨機收集2020年2月25日至2020年3月6日我院行CT胸部掃描篩查的患者共計155例。A組為實驗組，采用智能輔助擺位、定位框自適應勾畫掃描框，參考管電流量40 mAs；B組為對照組，采用放射技師進入掃描間人工擺位，手動勾畫掃描框，常規管電流量68 mAs。A組73例，男性40例，女性33例，年齡16～78歲，平均年齡（47.25±1.856）歲，患者的平均體質指數（Body Mass Index，BMI）為22.78 kg/m2。B組82例，男性44例，女性38例，年齡12～86歲，平均年齡（50.72±1.635）歲，平均BMI為22.58 kg/m2。排除標準：① 同時合并有其他CT檢查；② 不能配合屏氣的患者；③ BMI＞25 kg/m2的患者[12]；④ 意識不清、不能自行上下檢查床的患者。

1.2 檢查方法

（1）檢查前準備。兩組患者均在完成分診后，按照預約時間進入候診區等待叫號，避免候診區人流過大；于醒目處張貼檢查相關事項告知書，以便患者知曉；于檢查室門口放置檢查所需一次性鋪巾，以便患者自取；掃描前告知患者去掉被檢部位的金屬異物；核對患者信息等。

（2）檢查體位及參數。采用搭載天眼AI平臺的CT掃描儀（聯影uCT780）掃描。受檢者仰臥位，頭先進，雙上肢上舉或抱于頭上，于吸氣末屏氣掃描，當班技師囑咐患者兩次吸氣幅度保持一致，范圍自肺尖至肺底。A組參考管電流量為40 mAs，B組為68 mAs；其余參數一致：管電壓為100 kV，采用自動管電流劑量調制，螺距1.0875，球管旋轉一周時間0.5 s，自適應濾波反投影算法和Karl 3D重建圖像，矩陣512×512。掃描完成后均重建肺窗、縱膈窗和高分辨窗圖像，其中肺窗層厚5 mm，間距5 mm，算法B-SHARP-C；縱膈窗層厚5 mm，間距5 mm，算法B-SOFT-C；高分辨窗層厚1 mm，間距1 mm，算法B-SHARP-C。所有圖像均上傳至影像歸檔與存儲系統（Picture Archiving and Communication Systems，PACS)。

1.3 圖像質量主觀評價

由兩位分別具有6年和9年工作經驗的胸部影像診斷醫生采用雙盲法對兩組圖像進行主觀評分。采用5分法從圖像噪聲、病灶顯示清晰度、肺紋理清晰度、有無運動偽影等方面綜合評分。5分為優秀，肺紋理清晰，無運動偽影，病灶顯示清晰，完全能滿足診斷；4分為良好，少量運動偽影，能滿足診斷；3分為中等，中度運動偽影，肺底紋理顯示略差，但是能觀察病灶，能夠用于診斷；2分為較差，解剖結果顯示不清，分不清病灶還是肺紋理，尚不能滿足診斷；1分為很差，偽影重，解剖結構模糊，完全不能診斷[13-14]。本研究所有材料已經上傳，正在向倫理委員會申請審批。

1.4 圖像質量客觀評價

在高分辨窗雙肺組織的固定位置勾勒感興趣區（Region of Interest，ROI），記錄每例圖像肺尖平面、支氣管分叉平面以及肺底平面肺組織所選ROI的CT值均數，取其平均值作為肺組織的CT值，ROI均采用150 mm2[15]，勾勒ROI時避開較粗的肺紋理以及病灶。同時測量高分辨窗上左胸前壁空氣的CT值和標準差（Standard Deviation，SD），ROI采用150 mm2，避開衣物；測量每例圖像縱膈窗主動脈和左胸前壁脂肪的CT值和標準差，主動脈ROI勾勒避開血管壁以及鈣化灶和血栓，ROI采用150 mm2；脂肪ROI勾勒避開皮膚、肌肉以及淋巴結等，ROI采用50 mm2[15]。并計算信噪比（Signal to Noise Ratio，SNR）和對 比 噪 聲 比（Contrast to Noise Ratio，CNR)， 按 照 公 式(1)～(2)[15]進行，式中ROI是指相應測量對象的平均CT值。

1.5 輻射劑量評價

記錄每例患者掃描后CTDIvol、劑量長度乘積（Dose-Length-Product，DLP），掃描長度，計算患者的有效輻射劑量（Effective Dose，ED），ED=DLP×K，根據 2009年歐洲CT質量標準指南，胸部K值=0.014 mSv/mGy，稱為劑量轉換因子[15]。記錄每例患者的身高、體重，計算BMI，采用公式BMI（kg/m2）=體重/（身高）2。

1.6 醫患接觸次數評價

掃描時記錄每例患者掃描過程當班技師進入掃描間的次數。接觸分類：① 患者與技師相距≤1 m[16]為近距離接觸；② 相距＞1 m為遠距離接觸。排除標準：因突發原因進入掃描間的次數。

1.7 掃描時間評價

記錄患者上檢查床至從檢查床上起來的時間，以秒（s）計算。兩組病例掃描均為由同一名放射技師完成。

1.8 問卷評價

對兩組納入患者分別發放關于患者對疫情焦慮情緒、院內交叉感染、輻射問題的電子問卷,患者自行掃描二維碼即可填寫問卷，不存在接觸紙質問卷的感染風險。采用4分法評分：4分為非常焦慮或非常擔心；3分為有些焦慮或有點擔心。2分為一般或者無所謂。1分為不焦慮或不擔心[17]。

1.9 統計學分析

采用SPSS 26.0軟件包，計量資料采用均數±標準差（±s）表示，患者基本資料、SNR、CNR以及掃描時間的組間比較采用兩獨立樣本t檢驗。輻射劑量指標CTDI、DLP、ED進行對數轉換后采用獨立樣本t檢驗；性別的組間比較采用卡方檢驗，圖像質量主觀評分、與患者的接觸次數以及問卷評分采用Mann-Whitney U檢驗。檢驗水準α=0.05。兩位讀片者對胸部圖像主觀評分的一致性采用Kappa檢驗。Kappa 值的水平定義如下：κ=0.81～1.00，優秀；κ=0.61～0.80，良好；κ=0.41～0.60，中等；κ=0.20～0.40，欠佳；κ＜0.20，差[14]。

2 結果

2.1 組患者基本資料比較

兩組患者的年齡（t=-1.517，P=0.131），性別（χ2=0.02，P=0.887），BMI（t=0.512，P=0.609），差異無統計學意義（P＞0.05）。

2.2 圖像質量主觀評價比較

兩位診斷老師對所有圖像評價的Kappa值=0.741，單獨評價A組Kappa值=0.653，單獨評價B組Kappa值=0.766，均表示診斷一致性良好如表1所示。兩組圖像主觀評分差異無統計學意義（P=0.132＞0.05）。

表1 兩位診斷老師對兩組圖像的主觀質量評分比較

2.3 SNR和CNR比較

兩組 SNR肺、SNR主動脈、CNR肺-脂肪及 CNR主動脈-脂肪差異均有統計學意義（P＜0.05）。A組的信噪比和對比噪聲比數值均小于B組（圖1，表2）。

圖1 影像學圖像

表2 兩組圖像感興趣區域的SNR及CNR比較

2.4 輻射劑量比較

采用定位框自適應技術的掃描長度與人工畫線長度差異無統計學意義，均能包全所需掃描范圍；兩組CTDIvol、DLP、ED及有效mAs差異均有統計學意義（P＜0.05），A組的有效輻射劑量均數為（1.08±0.16）mSv，B組為（1.87±0.23）mSv，A組患者接受的輻射劑量較B組降低約43%（表3）。

表3 兩組CTDIvol、DLP、ED、掃描長度及有效mAs的比較

2.5 醫患接觸次數比較

兩組患者與當班技師的接觸次數差異有統計學意義（P＜0.05）。A組患者與當班技師共接觸47次，平均接觸約0.6次；B組患者與當班技師共接觸129次，平均接觸約1.6次。其中A組有30例患者與當班技師完全無接觸，占研究組的41.1%，其余病例均只接觸一次，且為遠距離接觸（表4）。

表4 兩組患者醫患接觸次數比較（例）

2.6 掃描時間評價

兩組掃描時間差異有統計學意義（P＜0.05），A組每例患者的掃描時間為（59.47±4.95）s，B組的掃描時間為（82.52±3.57）s，平均每例患者的掃描時間可縮短約23 s。

2.7 問卷評分比較

共收到電子問卷155份，A組73份，B組82份。其中，關于患者對疫情的焦慮情緒評分差異沒有統計學意義（P=0.817＞0.05）；關于天眼AI平臺使用與否的患者心理評分差異有統計學意義（P=0.011＜0.05），A組有60.2%患者不擔心交叉感染，高于B組19.5%；關于采用低劑量方式與否的患者心理評分差異有統計學意義（P=0.012＜0.05），A組有43.8%不擔心輻射問題，高于B組20.7%（表5）。

表5 關于兩組患者對天眼AI平臺和低劑量技術使用與否的心理評分比較（例）

3 討論

在這次突如其來的COVID-19 疫情中，放射科影像技術人員成了防控的“前鋒部隊”。胸部CT掃描一直在疫情防控中具有重要作用[2-4]。因新型冠狀病毒傳染性強、潛伏周期長，早期癥狀不明顯，發病隱匿，醫務人員每天接觸大量的患者，有較大的被感染風險[18-21]。而放射科集中了全院各個科室需要來做胸部CT掃描的患者，一線技師的風險更大，在影像技師本身為隱性感染者而成為感染源的情況下，不只是患者與患者之間，患者與影像技師之間也存在交叉感染風險，此風險不容忽視。同時，疫情中前來篩查COVID-19的初診患者較多，復查的疑似患者以及需要評估療效的確診患者等均存在短時間重復多次掃描，這勢必會帶來輻射安全的問題。基于上述現狀，利用有效且可行的方式來減少患者院內感染[21]，同時減少患者受到的輻射劑量顯得格外重要。

在減少院內感染方面，天眼AI平臺的智能輔助擺位功能和定位框自適應功能均發揮了作用。一方面，攝像頭智能輔助擺位是基于智能檢測技術獲取被掃描部位的關鍵點位置，據此來規劃目標部位掃描的起始位置。影像技師不進入掃描間即可一鍵完成對患者掃描部位的定位，避免當班技師與患者直接的近距離接觸。本研究中，采用智能輔助擺位技術之后，醫患接觸次數從平均1.6次減少為0.6次，與常規100%的醫患近距離接觸相比，41.1%的患者與當班技師完全不接觸，其余患者均為遠距離接觸，這極大地降低了患者與醫務人員之間的院內感染風險。另一方面，定位框自適應算法平臺則基于智能定位技術實現了對人體解剖的自動識別，準確地給出了胸部肺組織的定位框，可加快掃描速度，提高檢查效率，不但減少了患者在檢查床上的掃描時間，而且減少了患者候診的時間，有利于減少患者與患者之間的交叉感染。本研究中，采用天眼AI平臺后，不僅擺位加快，更是掃描加快，平均掃描時間與常規相比減少了約23 s，這對于減少群體的檢查與候診時間將具有重大意義。

在患者的輻射防護方面，本研究從兩個方面來降低劑量。一方面，定位框自適應功能是基于深度學習網絡自動分割肺部區域，并確定出臨床經驗范圍內的掃描框，最終實現自動勾畫掃描框；相較于手工勾畫掃描框，此功能可減少肺部掃描邊緣誤差，減少患者因人為因素導致的掃描框不夠或過大而受到的不必要輻射劑量。另一方面，肺部低劑量技術主要依靠降低管電流量來降低患者接受的輻射劑量[6-11]。于喜坤等[22]報道顯示，在胸部仿真體模上當管電流量降至50 mAs時，圖像空間分辨力和對比度分辨力均可滿足診斷；而當管電流量降至40 mAs時，空間分辨力略微下降，噪聲增加明顯；當管電流量下降至30 mAs時，對比度分辨力完全不能滿足診斷要求。但是，朱莉等[23]報道顯示，FBP結合Karl 3D迭代重建技術可以有效降低噪聲，彌補管電流量降低而增加的噪聲，使得圖像依然能顯示胸膜下2 cm范圍內較細的支氣管血管束；因此，本研究中采用40 mAs[24]探討圖像質量和輻射劑量的影響，所有患者采用同樣的千伏、螺距、矩陣以及FBP和Karl 3D重建算法等。本研究表明，兩組圖像的SNR和CNR差異有統計學意義（P＜0.05），雖然A組圖像的SNR和CNR稍低于B組圖像，但兩組圖像的主觀評分差異無統計學意義（P=0.132＞0.05），A組圖像也能滿足臨床診斷（圖1）。同時，患者受到的平均有效輻射劑量從1.87 mSv減少到1.08 mSv，A組的ED值較B組降低了約43%（表3）；數據表明天眼AI平臺結合40 mAs極大地降低了患者受到的輻射劑量。

本研究中，兩組患者的問卷評分結果表明采用天眼AI平臺之后，不害怕交叉感染的患者從19.5%增加到60.2%；采用低劑量技術之后，不擔心輻射問題的患者從20.7%增加到43.8%；因此，天眼A平臺結合40 mAs在很大程度上緩解了患者的焦慮或害怕心理，這不只是對患者身體的保護，更是對患者心理的保護。

本研究也存在一些不足：一是樣本量不夠大；二是本研究使用的是聯影CT掃描儀，沒有探討同樣的參考管電流量在其他機型上對圖像質量及輻射劑量的影響；三是本研究沒有納入過胖體型的患者，這部分患者仍需進一步研究；四是本研究沒有研究哪一個參考管電流量最優。

總的來說，天眼AI平臺結合40 mAs應用于COVID-19胸部CT篩查過程中，不僅可以縮短掃描時間，提高檢查效率，還可以極大地減少與患者接觸，減少患者的院內感染風險。在得到滿足診斷圖像的同時，盡可能地降低患者受到的輻射劑量。最終，達到對患者院內感染和輻射衛生的雙重保護，也達到對患者心理和身體的雙重保護。