胸部低劑量CT檢查在住院患者新型冠狀病毒肺炎篩查中的應(yīng)用價值*

潘雪琳 袁元 鄧?yán)蚱?程巍 楊帆 趙瑾 李真林 葉倩

(四川大學(xué)華西醫(yī)院放射科,四川 成都 610041)

自2019年12月以來，全球相繼出現(xiàn)多例新型冠狀病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019,COVID-19)患者[1]。COVID-19作為急性呼吸道傳染病已被國家衛(wèi)健委納入《中華人民共和國傳染病防治法》規(guī)定的乙類傳染病，按甲類傳染病管理[2]。COVID-19以發(fā)熱、干咳、乏力為主要表現(xiàn)，輕癥患者可無肺炎表現(xiàn)，這種無癥狀的感染者也具有傳染性[3]。根據(jù)流行病學(xué)調(diào)查顯示，新型冠狀病毒具有潛伏期長、傳染性強(qiáng)，起病隱匿，人群普遍易感等特點[4]。病原學(xué)核酸檢查或病毒測序為COVID-19診斷金標(biāo)準(zhǔn)[3]，聯(lián)合應(yīng)用胸部高分辨薄層CT可顯著提高診斷效能。胸部高分辨薄層CT在COVID-19的早期診斷、疾病分期分級、治療指導(dǎo)、療效評價及動態(tài)觀察中具有重要的應(yīng)用價值[5]。基于COVID-19的疾病特點及胸部CT的診斷價值，醫(yī)院在收納住院患者時，常需要行胸部CT檢查以排查COVID-19隱匿感染者。如何在篩查住院患者COVID-19的同時，減少患者接受的輻射劑量是目前研究關(guān)注的熱點。因此，本研究旨在探討胸部低劑量CT檢查在住院患者篩查COVID-19中的應(yīng)用價值。

1 資料與方法

COVID-19流行期間，按醫(yī)院規(guī)定所有患者在入院前3天內(nèi)必須行胸部CT篩查，胸部CT排除COVID-19陽性表現(xiàn)且無流行病學(xué)史、體溫正常者方可入院治療。根據(jù)華西醫(yī)院新型冠狀病毒感染院內(nèi)防控要求[6]和《醫(yī)院隔離技術(shù)規(guī)范》要求，放射科建立四區(qū)三通道檢查機(jī)制，檢查室保證工作時段持續(xù)空氣消毒及至少2次/天用含氯消毒劑擦拭消毒，并定期通風(fēng)[7]。檢查技師需全程做好防護(hù)，檢查結(jié)束后需對每位患者的圖像進(jìn)行瀏覽，若發(fā)現(xiàn)影像疑似病例，立即匯報診斷醫(yī)生，經(jīng)診斷醫(yī)生排除疑似病例后，患者方可離開；如診斷醫(yī)生確定為疑似病例，應(yīng)立即上報醫(yī)院，并將患者送至發(fā)熱門診隔離排查，同時檢查室需按規(guī)定消毒后才能進(jìn)行其他患者檢查[2]。

1.1 臨床資料 收集2020年2月10日～2020年2月26日在四川大學(xué)華西醫(yī)院住院前行胸部CT檢查的患者216例，其中男116例，女100例，年齡11～83歲，平均(46.20±18.36)歲。CT檢查之前所有患者均已通過流行病學(xué)史、體溫篩查，根據(jù)隨機(jī)數(shù)字表法將患者分為實驗組和對照組，每組各108例。實驗組中男52例，女56例，年齡13～82歲，平均(44.44±18.51)歲，采用胸部低劑量CT檢查技術(shù)；對照組中男64例，女44例，年齡11～83歲，平均(47.95±18.21)歲，采用胸部CT檢查常規(guī)參數(shù)。

1.2 檢查方法 所有患者均采用西門子二代雙源CT(Somatom Definition Flash，Siemens Healthcare)行胸部CT檢查。掃描范圍從肺尖至肋膈角下緣，包全整個肺部。試驗組采用胸部低劑量CT檢查技術(shù)，管電壓設(shè)置為80 kV；對照組采用胸部CT檢查常規(guī)參數(shù)，管電壓設(shè)置為100 kV。其余掃描參數(shù)保持一致，管電流量參考值為100 mAs，均采用CARE Dose功能，探測器寬度128i×0.6 mm，螺距1.2。圖像重建均采用高分辨算法，層厚1 mm，層間距1 mm，卷積核 B71f，窗寬1800 Hu，窗位-400 Hu。

1.3 圖像評價 分為客觀評價、主觀評價和圖像診斷。客觀評價：將每位患者的1mm高分辨薄層軸位圖像載入西門子Syngo MMWP VE36A后處理工作站中。分別勾畫胸鎖關(guān)節(jié)、氣管隆突、右下肺靜脈三個層面上，左、右肺實質(zhì)的興趣區(qū)(region of interesting，ROI)，測量ROI內(nèi)的CT值，取其平均值作為該層面肺實質(zhì)的CT值。測量相同層面上胸壁前空氣的CT值和標(biāo)準(zhǔn)差值。按照以下公式計算肺實質(zhì)信噪比(signa to noise ratio，SNR)和肺實質(zhì)-空氣對比噪聲比(contrast to noise ratio，CNR)。SNR=CT值肺/SD空氣，CNR=(CT值肺-CT值空氣)/SD空氣。主觀評價：由兩位具有10年以上胸部影像診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)師采用雙盲法對所有患者的高分辨薄層胸部CT圖像進(jìn)行主觀評分。按照肺紋理和肺內(nèi)病變顯示的清晰程度對圖像進(jìn)行4 級評分，評分標(biāo)準(zhǔn)為[8]：4分為雙肺紋理及肺內(nèi)病變顯示清晰，無偽影存在干擾，圖像能提供充分的診斷信息；3分為雙肺紋理及肺內(nèi)病變顯示較清晰，有少量偽影存在，圖像能提供足夠的診斷信息；2分為雙肺紋理及肺內(nèi)病變顯示欠清晰，有較多偽影存在，圖像提供的診斷信息不足；1分為雙肺紋理及肺內(nèi)病變無法清晰顯示，偽影嚴(yán)重，圖像不能提供診斷信息。意見不一致處兩位醫(yī)師協(xié)商后確定。圖像診斷：根據(jù)胸部CT圖像由兩名高年資放射科醫(yī)師采用雙盲法獨(dú)立閱片，只針對新型冠狀病毒肺炎胸部CT表現(xiàn)進(jìn)行評價，結(jié)果分為未見異常、可疑和異常，見表1。

表1 實驗組和對照組患者胸部CT檢查結(jié)果比較Table 1 Comparison of chest CT examination results between the experimental group and the control group

COVID-19的CT影像表現(xiàn)典型，具有較特異的影像特征[9-16]，典型征象如下[17]：①單發(fā)磨玻璃陰影(Ground-Glass Opacity,GGO)。②多發(fā)外周帶GGO。③雙肺片狀GGO伴節(jié)段性肺實變。④鋪路石征。⑤雙肺彌漫性GGO伴支氣管充氣征。⑥雙肺大面積實變硬伴小葉間質(zhì)增厚。

對胸部CT表現(xiàn)為可疑、異常的患者進(jìn)行鼻咽拭子、痰液、下呼吸道分泌物等標(biāo)本采樣，經(jīng)反轉(zhuǎn)錄-聚合酶鏈反應(yīng)(RT-PCR)進(jìn)行病毒核酸檢測；胸部CT檢查陰性結(jié)果的患者進(jìn)行后期隨訪14 d及以上，觀察患者及密切接觸者中是否出現(xiàn)新冠肺炎相關(guān)癥狀，并與疾病控制中心(centers for disease control，CDC)公布的確診患者名單進(jìn)行核對。以病毒核酸檢測和CDC結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，分別計算實驗組和對照組胸部CT診斷試驗的相關(guān)指標(biāo)。

1.4 輻射劑量評估 記錄每位患者胸部CT檢查的容積CT劑量指數(shù)(CTDIvol)和劑量長度乘積(dose length product,DLP)。CTDIvol主要是用來體現(xiàn)整個螺旋掃描容積中各層面的平均輻射劑量，DLP主要是用來對受檢者每次CT掃描后所接受的輻射量進(jìn)行評估。有效劑量(ED)值根據(jù)2003年英國的調(diào)查報告(NRPBW67)給出的換算因子與DLP的乘積估算出來，具體公式為：ED=DLP×K，K代表換算因子，胸部平均值為0.014mSv·mGy-1·cm-1[18]。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析 采用統(tǒng)計軟件SPSS 26.0進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理。采用Kappa檢驗評價2名診斷醫(yī)師之間主觀評分的一致性。采用獨(dú)立樣本t檢驗比較實驗組和對照組的肺實質(zhì)CT值、圖像噪聲、SNR、CNR以及輻射劑量指標(biāo)，包括CTDIvol、DLP和ED，Mann-WhitneyU檢驗比較兩組之間的主觀評分。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者基本情況比較 實驗組和對照組患者的年齡、身高、體重、體質(zhì)指數(shù)(BMI)、性別差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，見表2。

表2 實驗組和對照組患者的基礎(chǔ)情況比較Table 2 Comparison of basic conditions between the experimental group and the control group

2.2 兩組患者肺實質(zhì)CT值、圖像噪聲、SNR和CNR的比較 實驗組和對照組胸鎖關(guān)節(jié)、氣管隆突、右下肺靜脈層面肺實質(zhì)的CT值、圖像噪聲、SNR和CNR比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，且實驗組圖像噪聲高于對照組，SNR和CNR均低于對照組(P<0.05),見表3、表4。

表4 兩組患者的圖像質(zhì)量比較Table 4 Comparison of image quality between the two groups

2.3 兩組患者圖像主觀評分的比較 實驗組和對照組圖像主觀評分的Mann-Whitney U檢驗結(jié)果差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，且實驗組主觀評分低于對照組，但兩組評分均高于3分(P>0.05)，說明兩組圖像都可滿足診斷需求(見表3)。兩位醫(yī)生對圖像主觀評分的Kappa值為0.702，說明主觀評分的一致性較好。掃描圖像,見圖1。

圖1 胸部CT高分辨薄層圖像Figure 1 High-resolution computed tomography of the chest注：A-C為實驗組，管電壓設(shè)為80 kV。D-F為對照組圖像，管電壓設(shè)為100 kV

表3 兩組患者肺實質(zhì)CT值及噪聲比較Table 3 Comparison of CT value and noise in lung parenchyma between the two groups

2.4 兩組患者輻射劑量比較 實驗組和對照組輻射劑量參數(shù)CTDIvol、DLP、ED比較，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，且實驗組輻射劑量低于對照組(P<0.05)，見表5。

表5 兩組患者的輻射劑量比較Table 5 Comparison of radiation dose between the two groups

2.5 兩組患者RT-PCR檢測 實驗組5例和對照組7例CT陽性患者，經(jīng)RT-PCR病毒核酸檢測結(jié)果均為陰性。胸部CT檢查陰性的患者后期隨訪14天及以上，患者及密切接觸者中均未出現(xiàn)新冠肺炎相關(guān)癥狀，且該部分患者也未出現(xiàn)在CDC公布的確診患者名單中。以病毒核酸檢測和CDC結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，實驗組CT檢查特異度為95.37%，假陽性率4.63%。對照組CT檢查特異度為93.52%，假陽性率6.48%。

3 討論

在COVID-19疫情爆發(fā)的特殊時期，熒光RT-PCR核酸檢測雖是COVID-19確診的金標(biāo)準(zhǔn)[3]，但是由于檢測時間長、假陰性率高等缺點嚴(yán)重影響大范圍疑似人群的快速普檢分診，導(dǎo)致很多COVID-19患者被漏診。從本次疫情的實際情況看，早期核酸檢測的陽性率普遍較低，針對以上CT陽性率達(dá)90%以上的人群，同期進(jìn)行的核酸PCR檢測，僅約30%～40%的陽性率，明顯低于CT影像的檢出率[17]。

與核酸檢測截然不同，CT在各級醫(yī)院的普及性高，任何醫(yī)院的任何類型CT均可隨時進(jìn)行胸部CT掃描。CT具有良好的空間分辨率和時間分辨率，掃描速度快，通常5s內(nèi)就能完成整個胸部的掃描，并且可實時薄層重建圖像，顯示毫米級微小病灶，相較于核酸試劑盒檢測，胸部CT診斷比鼻咽拭子操作方便且陽性率會高于咽拭子采樣。此外，CT是數(shù)字化影像，一旦檢查結(jié)束圖像重建完成，醫(yī)生可立刻查看患者的胸部CT圖像，迅速判斷患者是否為新冠肺炎疑似病例，一旦發(fā)現(xiàn)異常可迅速采取隔離措施。《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案(試行第五版)》中明確指出臨床診斷病例[19]。試行第六版將“肺部影像學(xué)顯示24-48小時內(nèi)病灶明顯進(jìn)展>50%者”按重型管理。試行第七版中提到新型冠狀病毒肺炎影像學(xué)特征為疑似病例的診斷標(biāo)準(zhǔn)之一[20]。因此，胸部CT檢查在COVID-19的篩查、診斷過程中發(fā)揮著重要作用。

COVID-19患者CT早期影像學(xué)表現(xiàn)特點為肺部炎性侵入病灶密度很淡，以云霧狀和磨玻璃樣改變多見，病灶較局限，呈斑片狀、亞段性分布為主，主要分布于胸膜下，且多密度不均[21]。隨著病程的進(jìn)展，病灶增多、范圍擴(kuò)大，累及多個肺葉，且病灶進(jìn)一步變實密，磨玻璃影像與實變影共存[17]。根據(jù)這些COVID-19的CT影像學(xué)表現(xiàn)來診斷本研究納入的216例患者，發(fā)現(xiàn)實驗組5例和對照組7例CT結(jié)果陽性，但是核酸檢測結(jié)果均為陰性，由此計算得到，實驗組CT檢查的特異度為95.37%，對照組特異度為93.52%，可見兩組CT檢查的特異度非常接近且均超過90%，說明常規(guī)劑量和低劑量CT掃描均有助于確診新冠肺炎。

CT具有輻射損傷和增加癌癥風(fēng)險的缺陷，CT的輻射劑量問題一直受到公眾關(guān)注。在實際工作中，在確保CT圖像質(zhì)量能滿足臨床診斷的同時，盡可能降低CT的輻射劑量。本研究通過降低胸部CT管電壓的方法，在保證診斷質(zhì)量的前提下，有效控制射線劑量，降低入院患者因COVID-19篩查接受胸部CT掃描帶來的醫(yī)源性輻射劑量。降低CT輻射劑量的方法很多。一方面，可以通過個性化調(diào)整CT曝光參數(shù)，比如管電壓、管電流量、掃描范圍、準(zhǔn)直器寬度、螺距等；另一方面，可以選擇迭代重建算法或者深度學(xué)習(xí)技術(shù)，但是需要CT設(shè)備的支持。對于胸部CT掃描而言，掃描范圍、準(zhǔn)直器寬度和螺距相對固定，可以通過簡單的降低管電壓或者管電流量的方法來實現(xiàn)胸部CT降低輻射劑量的目的。根據(jù)曝光公式，降低管電壓，輻射劑量呈平方下降；降低管電流量，輻射劑量呈正比下降。由此可見，降低管電壓能夠更大程度的減少胸部CT的輻射劑量。同時，胸部組織器官具有良好的天然對比，對X射線穿透能力的需求相對較小。因此，降低管電壓是減少胸部CT輻射劑量的一種簡便、快捷、可靠的方法，適合于所有醫(yī)院，尤其是基層醫(yī)院的CT設(shè)備。

理論上，隨著管電壓的降低，X線輻射劑量大幅度下降，隨之帶來圖像噪聲的增加、SNR和CNR的下降，影響圖像質(zhì)量。本研究結(jié)果表明，實驗組圖像噪聲大于對照組，SNR、CNR和主觀評分低于對照組，與理論結(jié)果一致。但是，兩組的圖像質(zhì)量主觀評分都高于3分，均能滿足臨床診斷。研究結(jié)果也表明，實驗組輻射劑量參數(shù)CTDIvol、DLP和ED均低于對照組，說明胸部CT檢查的管電壓從100kV降低至80kV，雖然圖像噪聲增加，SNR、CNR和主觀評分下降，犧牲了部分圖像質(zhì)量，但是并不影響診斷要求，同時大大降低了輻射劑量。因此，通過適當(dāng)減少胸部CT掃描的管電壓，能夠在保證診斷和臨床需求的前提下，大幅度降低X射線的輻射劑量，可以作為一種簡便易行、適合推廣的技術(shù)手段來實現(xiàn)滿足診斷和保護(hù)患者的雙重需求，尤其在住院患者COVID-19篩查中可以發(fā)揮重要作用，既滿足COVID-19篩查的影像檢查需求，又降低患者接受的輻射劑量。

本研究存在以下不足：首先，研究對象的選擇均為無流行病學(xué)史、體溫正常的患者，導(dǎo)致胸部CT檢查的特異度具有一定的偏倚；其次，CT檢查結(jié)果陰性的患者無法通過病毒核酸檢測確診，只能通過隨訪觀察和CDC結(jié)果輔助確診，無法完全排除無癥狀感染者的存在；最后，沒有對不同體質(zhì)指數(shù)(BMI)的患者進(jìn)行分層研究。

4 結(jié)論

在住院患者篩查COVID-19中采用降低管電壓的胸部CT低劑量掃描技術(shù)，既能滿足臨床診斷，防止院內(nèi)感染，又能有效降低患者接受的輻射劑量，具有臨床實用意義，值得借鑒。