智能定位CT在新型冠狀病毒肺炎篩查中的可行性研究

鄧莉萍，袁 元，廖 凱，潘雪琳，帥 桃，王紫薇，譚 佳，邵 強，尚雷敏，李真林

1. 四川大學華西醫(yī)院 放射科，四川 成都 610041；

2. 上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司 a. 臨床應用培訓部；b. 產品管理部，上海 201815

引言

新 型 冠 狀 病 毒 肺 炎（Coronavirus Disease 2019，COVID-19）[1]具有傳染性強、潛伏期長、起病隱匿，人群普遍易感等特點[2-5]，其傳播途徑主要為空氣飛沫傳播和接觸傳播[6-7]等方式。高分辨率胸部CT檢查在COVID-19的早期篩查、診斷和分期中起到關鍵作用[8-10]。CT檢查室作為院內COVID-19的重要篩查點之一，具有人員密集、流動性大的特點，加之新冠肺炎發(fā)病隱匿，檢查過程中極易造成交叉感染，嚴重危害放射技師的安全[11-12]。目前，專家推薦在確保患者安全以及保證影像質量的前提下，技師可在操作臺遙控操作，盡可能利用智能擺位、智能升降床系統(tǒng)等[13-15]方式進行CT檢查。CT檢查智能定位的實現(xiàn)，通常在智能算法平臺基礎上，借助攝像頭智能輔助擺位功能，通過在患者擺位階段檢測人體位置信息并呈現(xiàn)給技師，技師在控制室內確認后系統(tǒng)自動移床，完成患者定位。采用該技術進行CT檢查，技師無需進入機房，僅在控制室即可完成CT檢查，可以減少醫(yī)患接觸，有利于降低交叉感染風險。為此，探討智能定位CT在新型冠狀病毒肺炎篩查中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2020年2月17日至2月29日期間在四川大學華西醫(yī)院進行胸部CT檢查的患者166例，其中男96例，女70例；年齡21～73歲，平均53歲。根據(jù)隨機數(shù)字表法將患者分為A、B兩組，A組為實驗組，患者83例，男48例，女35例，年齡（54.17±8.22）歲，采用智能定位技術進行胸部CT檢查；B組為對照組，患者83例，男48例，女35例，年齡（52.22±7.82）歲，采用傳統(tǒng)人工擺位進行胸部CT檢查。納入標準：意識清醒、行動自如的患者。排除標準：體質指數(shù) BMI≥25 kg/m2或 BMI≤18 kg/m2；聽力障礙 ；無法配合呼吸及不能獨立完成檢查的患者。本研究通過醫(yī)院倫理委員會審查，所有患者均簽署了CT檢查知情同意書。

1.2 檢查方法

（1）掃描前準備：所有患者去除胸部金屬物品，訓練呼吸。

（2） CT掃描方案：兩組患者均采用uCT780（聯(lián)影，上海）掃描儀按照相同序列進行胸部CT掃描，但采用不同定位技術，即智能定位和人工定位。uCT780掃描儀智能定位技術的原理是：基于人工智能（Arti ficial Intelligence，AI）平臺，利用攝像頭智能檢測功能，結合深度學習網絡RPN（Region Proposal Network）[16]，準確尋找胸部CT掃描的起始位置，從而實現(xiàn)掃描定位。該技術工作流程為，首先攝像頭實時采集人體在檢查床上的全身位置信息，利用深度學習網絡檢測人體下頜位置，從而根據(jù)檢測結果確定定位像圖像掃描的起始點，將檢測到的起始點在攝像頭呈現(xiàn)的圖像上進行標記，技師根據(jù)該標記進行調節(jié)或確認，待確認后系統(tǒng)支持一鍵移床，完成患者體位擺放和定位，在檢查過程中實時顯示患者監(jiān)控畫面，確保患者檢查安全。A組采用智能定位技術。在確保患者檢查安全的前提下，借助控制室內智能定位系統(tǒng)完成定位，技師無需進入機房，醫(yī)患不接觸；B組采用人工定位方法，技師進入機房為患者擺放體位，手動調整檢查床的位置，完成定位。掃描體位為頭先進，仰臥位，雙臂上舉。掃描范圍從胸廓入口至肺底。掃描序列及參數(shù)：管電壓100 kV，參考管電流量68 mAs，準直寬度40 mm，螺距1.0875，開啟劑量調節(jié)技術。每個檢查均重建三組圖像[17]：軟組織窗（層厚5 mm，層間距5 mm，卷積核 ：B_SOFT_B，窗寬為 400 HU，窗位為 40 HU），肺窗（層厚5 mm，層間距5 mm，卷積核：B_SHARP_C，窗寬為1200 HU，窗位為-600 HU）及高分辨HRCT圖像（層厚 1 mm，層間距 1 mm，B_SHARP_C，窗寬為 1800 HU，窗位為 -400 HU）。

1.3 定位準確評價

所有圖像均傳至影像歸檔和通信系統(tǒng)（Picture Archiving and Communication System，PACS）隨機工作站。借助Viewing軟件，在正位定位像上分別測量并計算掃描起始點至肺尖的距離（起始偏移）和胸廓左右邊界連線的中點至視野左右邊界連線的中點之間的距離（左右偏移）；選取5 mm軸位肺窗圖像，測量并計算氣管分叉層面上胸廓前后邊界連線的中點至視野前后邊界連線的中點之間的距離（前后偏移）。

1.4 圖像質量評價

1.4.1 客觀評價

在5 mm軸位肺窗圖像上，勾畫氣管分叉層面左、右肺實質的興趣區(qū)（Region of Interesting，ROI），測量 ROI內CT值，取平均值為肺實質CT值，同時測量相同層面胸壁前空氣CT值和標準差值。按照公式(1)計算肺實質信噪比（Signa to Noise Ratio，SNR）和公式 (2)計算肺實質 -空氣對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio，CNR）。

以相同方法測量并計算1 mm軸位HRCT圖像上，肺實質SNR和肺實質-空氣CNR；在5mm軸位縱隔窗圖像上，勾畫氣管分叉層面降主動脈興趣區(qū)ROI，測量降主動脈CT值，同時測量相同層面豎脊肌CT值和標準差值，勾畫ROI時注意避開偽影及鈣化。按照公式(3)計算主動脈SNR和公式(4)計算主動脈-豎脊肌CNR。

1.4.2 主觀評價

由兩位資深放射學胸部診斷醫(yī)師采用雙盲法對兩組檢查獲得的肺窗和縱隔窗圖像做出主觀評價，按照圖像前后偏移、左右偏移程度，肺紋理及肺內病變，縱隔內組織結構顯示清晰度進行4級分級評分[18]，評分標準如下：

4分：圖像前后偏移≤3 cm、左右偏移≤3 cm，雙肺紋理及肺內病變顯示清晰，縱隔內組織結構層次清楚，無明顯偽影干擾，圖像能提供充分的診斷信息；3分：3 cm＜ 圖像前后偏移≤5 cm、3 cm＜ 左右偏移≤5 cm，雙肺紋理及肺內病變顯示較清晰，縱隔內組織結構層次較清，有少量偽影干擾，圖像能提供足夠的診斷信息；2分：5 cm＜ 圖像前后偏移≤ 8 cm、5 cm ＜ 左右偏移≤ 8 cm，雙肺紋理及肺內病變顯示欠清晰，縱隔內組織結構層次欠清，有明顯偽影干擾，圖像提供的診斷信息不足；1分：圖像前后偏移＞8 cm、左右偏移＞8 cm，或定位像上皮膚邊界超出視野外，雙肺紋理及肺內病變無法清晰顯示，縱隔內組織結構層次無法顯示清晰偽影重，圖像不能提供診斷信息。意見不一致處由兩位診斷醫(yī)師協(xié)商決定。

1.5 輻射劑量評估

記錄每例患者的CT劑量指數(shù)CTDI（mGy）和劑量長度乘積DLP（mGy·cm），并按照公式(5)計算有效劑量ED（mSv）[19]，同時根據(jù)美國物理醫(yī)學協(xié)會2008年報告書96，換算因子成人k=0.014[19]。

1.6 醫(yī)患接觸評估

記錄每例患者醫(yī)患接觸時間和醫(yī)患接觸次數(shù)，包括檢查前、檢查中、檢查后的接觸時間之和和接觸次數(shù)之和。

1.7 問卷調查

（1）分別對使用智能定位技術和人工定位技術的30位技師進行問卷調查，問卷內容包括以下5個方面：① 對新型冠狀病毒肺炎疫情的擔憂程度；② 疫情期間從事CT掃描工作的擔憂程度；③ 醫(yī)務人員防護措施的擔憂程度；④ 智能定位技術或非智能定位技術的擔憂程度；⑤ 智能定位技術或非智能定位技術的難易程度。設置4級評分法進行評估：4分為非常擔憂或非常困難，3分為比較擔憂或比較困難，2分為不確定，1分為不擔憂或者不困難。技師根據(jù)自身心理感受和工作實際狀態(tài)進行評分。

（2）分別對兩組患者進行問卷調查，問卷內容包括以下方面：① 對技師隔室操作時，院內交叉感染擔憂程度；② 對無醫(yī)護陪同檢查的心理擔憂程度；③ 對檢查流程滿意程度。設置4級評分法進行評估：4分為非常擔憂、非常困難或非常不滿意，3分為比較擔憂、比較困難或比較不滿意，2分為不確定，1分為不擔憂、不困難或滿意。患者根據(jù)自身心理感受進行評分。

1.8 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 19.0對所有數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析。正態(tài)分布計量資料以±s表示，偏態(tài)分布以中位數(shù)（四分位數(shù)間距表示）[M（Q1，Q2）]表示。獨立樣本t檢驗用于比較兩組之間的年齡、身高、體重、BMI、掃描長度、圖像起始偏移、圖像左右偏移、圖像前后偏移、肺窗的肺CT值、肺窗的圖像噪聲、肺窗的肺SNR、肺窗的肺-空氣CNR、縱膈窗的主動脈CT值、縱膈窗的圖像噪聲、縱膈窗的主動脈SNR、縱膈窗的主動脈-豎脊肌CNR、HRCT的肺CT值、HRCT的圖像噪聲、HRCT的肺SNR、HRCT的肺-空氣CNR，以及輻射劑量參數(shù)，包括CTDI、DLP、ED等。Mann-Whitney U檢驗來用于兩組之間的性別、圖像主觀評分、接觸時間、接觸次數(shù)以及問卷調查結果。P＜0.05表示差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者之間一般資料的比較

實驗組和對照組患者的性別、年齡、身高、體重、BMI之間，差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），說明兩組之間具有可比性，結果見表1。

表1 兩組患者一般資料的比較

2.2 兩組定位準確性之間的比較

實驗組和對照組患者的掃描長度之間差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），起始偏移、前后偏移、左右偏移之間差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），結果見表2。實驗組與對照組圖像對比，見圖1。

表2 兩組圖像偏移程度及掃描長度的比較

圖1 實驗組與對照組圖像對比

2.3 兩組圖像之間CT值和圖像噪聲的比較

實驗組和對照組CT圖像上肺窗的肺CT值、肺窗的圖像噪聲、縱膈窗的主動脈CT值、縱膈窗的圖像噪聲、HRCT的肺CT值、HRCT的圖像噪聲之間，差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），結果見表3。

表3 兩組CT圖像的CT值和圖像噪聲比較

2.4 兩組圖像之間SNR、CNR和圖像主觀評分的比較

實驗組和對照組CT圖像上肺窗的肺SNR、肺窗的肺-空氣CNR、縱膈窗的主動脈SNR、縱膈窗的主動脈-豎脊肌CNR、HRCT的肺SNR、HRCT的肺-空氣CNR以及圖像主觀評分之間，差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），結果見表4。

2.5 兩組患者之間輻射劑量的比較

實驗組和對照組輻射劑量的CTDI、DLP和ED之間，差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），結果見表5。

表4 兩組CT圖像的SNR、CNR和圖像主觀評分比較

表5 兩組患者輻射劑量的CTDI、DLP和ED的比較

表6 兩組之間醫(yī)患接觸情況和技師問卷調查結果的比較

2.6 兩組之間醫(yī)患接觸情況和問卷調查結果比較

實驗組和對照組的醫(yī)患接觸時間和接觸次數(shù)差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），實驗組的醫(yī)患接觸時間和接觸次數(shù)均少于對照組。對技師問卷調查結果的智能定位/人工定位操作的擔憂程度方面，差異也有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），實驗組的擔憂程度低于對照組。問卷調查結果的其他方面，包括肺炎疫情的擔憂程度、CT工作的擔憂程度、防護措施的擔憂程度、智能定位/人工定位操作的難易程度等，差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），結果見表6。對患者問卷調查結果的院內交叉感染擔憂程度方面，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），實驗組的擔憂程度低于對照組。對患者問卷調查結果的無醫(yī)護陪同檢查的心理擔憂程度方面，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），實驗組的擔憂程度高于對照組。對檢查流程滿意程度方面，差異無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），結果見表7。

表7 兩組之間患者問卷調查結果的比較

3 討論

3.1 CT智能定位技術原理及臨床價值

CT檢查定位是指掃描開始前患者在檢查床上的體位及掃描范圍確認。傳統(tǒng)的人工定位方法，需要技師在檢查床旁，開啟激光定位燈，調整檢查床高度和進出位置，以患者胸廓入口平面為內定位線位置，作為掃描起始點，同時使掃描中心線位于患者腋中線，完成定位。聯(lián)影公司針對傳統(tǒng)人工定位步驟較多，操作繁瑣，效率較低的問題，構建了基于AI平臺的攝像頭智能輔助擺位系統(tǒng)，即智能定位技術。智能定位CT胸部掃描的關鍵點是準確尋找掃描的起始位置，利用深度學習網絡RPN[19]檢測到患者下頜位置，并根據(jù)檢測結果確定定位像圖像掃描的起始位置。CT檢查時，患者自主躺上檢查床，技師不進入機房定位，通過攝像頭檢測和語音提示系統(tǒng)操作完成檢查。通過該技術對行動自如的患者進行CT胸部檢查，相比于傳統(tǒng)人工定位方法，智能定位技術確定掃描起始點后，系統(tǒng)一鍵移床到相應的掃描位置，操作簡便、快捷，技師無需進入機房即可完成患者體位擺放。

COVID-19主要經過飛沫和接觸傳播[2-3]。減少醫(yī)患接觸，可有效降低交叉感染風險。因此，在新冠肺炎疫情期間，智能定位技術具有重要的臨床應用價值。結果表明，實驗組均采用智能定位技術完成檢查，醫(yī)患接觸時間和接觸次數(shù)均為0；對照組采用人工定位方法完成檢查，檢查前后技師與每名患者接觸2次，共約60 s左右，技師與所有患者接觸時間超過83 min，交叉感染風險明顯增加。因此，采用智能定位技術進行CT檢查可有效減少交叉感染。但需注意，疫情期間采用智能定位技術時，需合理控制患者數(shù)量，避免檢查區(qū)域人員聚集，同時指導患者正確配合檢查。智能定位時，嚴格評估患者的配合情況，在確保患者檢查安全的情況下采用智能定位技術。

3.2 CT智能定位準確性評估

智能定位技術用于新冠肺炎CT篩查，定位準確性是技師關注的重點。本研究采用CT圖像的起始點偏移、左右偏移、前后偏移三個指標進行判斷，比較兩組之間差異，均有統(tǒng)計學意義。實驗組和對照組的起始點偏移分別為（2.20±0.99）、（3.00±0.88）cm，說明基于AI深度學習網絡的智能定位技術，在患者佩戴口罩的情況也能識別掃描起始點，且比人工定位更準確。實驗組和對照組的左右偏移分別為（2.01±0.63）、（1.73±0.49）cm，兩組之間有一定的差異。原因是，采用智能定位方法時，患者自行躺上檢查床，難以做到身體正中矢狀面與檢查床中心準確重合；采用人工定位方法時，技師可根據(jù)患者身體擺放位置進行現(xiàn)場調節(jié)，偏移相對較小。實驗組和對照組前后偏移分別為（2.48±0.48）、（1.89±0.63）cm，兩組之間有一定的差異。分析原因，智能定位技術采用2D攝像頭獲取患者位置信息，難以判斷患者胸廓前后徑的厚度，不能自動調節(jié)檢查床高度。為了減輕智能定位時床面高度嚴重偏移影響圖像質量的可能，本研究根據(jù)大部分人的體型特點將床面高度設置為850 mm，且納入標準要求患者 18 kg/m2＜BMI＜25 kg/m2[20]。通過診斷醫(yī)師對圖像進行主觀評分，兩組患者所有圖像均能滿足診斷，評分均在3分以上，結果無統(tǒng)計學差異（P＞0.05）。由此可見，智能定位技術的準確性是比較可靠的。

3.3 CT智能定位的圖像質量和輻射劑量評價

圖像質量是影像診斷的基礎。考慮到CT檢查對人體潛在的輻射損傷，本研究短時間內收集兩次CT復查的病例有限，難以進行實現(xiàn)同一組患者比較。因此，本文對病例的納入進行了一定的篩選，使兩組患者之間具有可比性，從而對圖像質量進行評價。對實驗組和對照組肺窗、縱膈窗、高分辨圖像進行評價，計算肺實質和氣管分叉平面降主動脈的信噪比和對比噪聲比，兩組結果均無統(tǒng)計學差異（P＞0.05）。兩組在掃描長度、CTDI、DLP、輻射劑量ED差異無統(tǒng)計學意義，其中實驗組ED為（1.78±0.44）mSv，對照組ED為（1.76±0.34）mSv。兩組圖像質量的主觀評分均在3分以上，均能滿足臨床診斷需求。因此，智能定位技術不影響圖像質量和輻射劑量。

3.4 CT智能定位檢查有利于降低醫(yī)患心理負擔、增強疫情防控信心

COVID-19疫情期間，醫(yī)院屬于疫情傳播高風險場所，患者就診時普遍心理負擔較重，醫(yī)務人員也存在一定的心理壓力[21]，因此，在保證圖像質量和患者安全的前提下，盡量減少不必要接觸[12]是非常必要的，采用智能定位系統(tǒng)能明顯減少醫(yī)患接觸時間和次數(shù)。對患者和醫(yī)務人員問卷調查結果均顯示，使用智能定位時患者和醫(yī)務人員對交叉感染的擔憂程度明顯低于使用人工定位時，且醫(yī)務人員認為其操作簡單快捷；疫情期間，實驗組患者對CT檢查時沒有醫(yī)護陪同的心理擔憂固然存在，但考慮到醫(yī)患雙方潛在的交叉感染風險，兩組患者對檢查流程的滿意程度無明顯差異。因此，智能定位技術可以降低醫(yī)患交叉感染的風險以及雙方的焦慮情緒。

本研究也有不足之處，智能定位技術進行胸部CT檢查時，因檢查床面高度固定為850 mm考慮到床面高度偏差可能對圖像質量和輻射劑量造成影響，因此研究未納入BMI≤18 kg/m2和 BMI≥25 kg/m2的患者，在以后的研究中可以對BMI及胸廓徑線進一步細化分層，使研究更全面。

綜上所述，COVID-19疫情期間，對身體行動自如的患者采用智能定位技術進行CT檢查，在保證圖像質量及效率的基礎上，可最大程度減少醫(yī)患接觸，降低交叉感染風險，值得廣泛推廣應用。