多排螺旋CT低劑量掃描高分辨率重建在新型冠狀病毒肺炎篩查中的應用

王雁南，周俊林，劉建莉，那飛揚，周晟

1.甘肅中醫藥大學第一臨床醫學院，甘肅蘭州730000；2.蘭州大學第二醫院放射科，甘肅蘭州730000；3.甘肅省醫學影像重點實驗室，甘肅蘭州730000；4.甘肅省婦幼保健院過敏反應科，甘肅蘭州730000；5.甘肅省中醫院放射科，甘肅蘭州730000

前言

2019年世界出現新型冠狀病毒［1］，隨著其基因組序列的確定，世界衛生組織（WHO）將這種病毒引發的疾病命名為新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）。COVID-19 的傳染性極強，人群普遍易感，無癥狀的患者也具有一定的傳染性。《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第七版）》中指出COVID-19 肺炎的CT 表現為［2］：肺外帶可見多發小斑片影及間質性改變；雙肺可見多發磨玻璃影、浸潤影甚至肺實變影。由于其影像學表現中肺內的典型磨玻璃樣改變等特征與肺組織呈高對比影像，對病灶有高敏感性，診療方案中推薦采用影像學CT 檢查作為COVID-19 患者的篩選工具，同時新增影像學CT 掃描結果為診斷指標的臨床診斷病例［3］。由于COVID-19 篩查人群數量過大，同時常規胸部CT 技術是一項輻射劑量相對較高的技術，對進行檢查的患者存在潛在風險。因此，在COVID-19 篩查中，在保證圖像質量不影響診斷的前提下應用低劑量胸部CT 掃描，盡可能地減少患者接受的輻射劑量是非常有必要的［4-5］。

本研究選取了2020年2月1日～3月1日于蘭州大學第二醫院發熱門診就診的66例疑似COVID-19患者進行對比研究，66例患者隨機分為兩組，觀察并比較兩組患者所接受的有效輻射劑量及CT圖像質量。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2020年2月1日～3月1日于蘭州大學第二醫院發熱門診就診的66例疑似COVID-19患者為此次研究對象，簽署知情協議。納入標準：由臨床醫生確認患者具有COVID-19肺炎流行病學特征、臨床表現及影像學特征［1］；患者與家屬自愿參與簽署知情同意書。納入患者臨床表現有發熱、咳嗽胸悶，實驗室檢查白細胞總數降低或者處于正常范圍內，患者的淋巴細胞數目降低，患病時間平均3 d。其中，男38 例，女28 例；年齡16～64 歲，平均年齡（36.0±11.7）歲；體質量40～87 kg，平均體質量（66.8±11.4）kg。66例患者隨機平均分為常規劑量組與低劑量組，兩組患者的性別、年齡及體質量比較，差異均無統計學意義（P＞0.05）。

1.2 CT檢測方法

圖像采集設備為東軟NeuViz GLory 256 層螺旋CT?；颊呷⊙雠P位，對患者胸部進行掃描，在患者吸氣后屏氣狀態下進行掃描，范圍自肺尖至膈頂為止。掃描參數：準直，256×0.625 mm，螺距1.0，層厚和層間距為0.625 mm，濾波參數F20。常規劑量組：管電壓120 kV、應用管電流自動調制技術（O-Dose）參考管電流300 mAs，重建矩陣512×512，迭代算法（ClearView+）為30%；低劑量組：管電壓100 kV、O-Dose參考管電流70 mAs，重建矩陣1 024×1 024，同時使用ClearView+對低劑量組分別重建出不同權重（30%、50%、70%、90%）的圖像。

1.3 觀察指標

1.3.1 有效輻射劑量根據生成的輻射劑量軟件，自動讀出容積CT劑量指數（CTDIvol）、劑量長度乘積（Dose Length Product,DLP），計算出有效劑量（Effective Dose,ED），公式為ED=k×DLP（轉換系數k=0.014）［6］。

1.3.2 客觀評價圖像質量由2 名不參與主觀圖像質量評價且具有5年以上工作經驗的放射科醫師對兩組患者的圖像噪聲和平均CT 值（以HU 為單位）進行評估。在病灶、病灶同側周邊2.0 cm范圍內正常肺組織分別放置圓形感興趣區（ROI），ROI 選擇避開血管、氣管等影響測量結果的部位，面積30 mm2，測量標準差和平均CT 值，并測量相鄰上下層面標準差和平均CT 值，3 組數據取均數以減少誤差。計算得到信噪比（Signal to Noise Ratio,SNR），公式為：SNR=HU（結節）/SD（結節）。計算ROI 內的對比噪聲比（Contrast to Noise Ratio,CNR），公式為：CNR=［HU（結節）-HU（肺）］／SD（肺）［7］。

1.3.3 胸部典型病變的觀察觀察COVID-19 典型影像學病變：磨玻璃密度結節、肺實變、纖維條索、支氣管充氣癥。

1.3.4 主觀評價圖像評估及數據分析分別由5年和8年工作經驗的放射科醫師采用雙盲法、4 分制評分標準進行評分。肺窗圖像的評價標準［3］：1分，圖像噪聲大，肺內結構顯示不清晰，不能進行診斷；2 分，圖像在接受范圍內，可以顯示肺結構和病變的范圍、位置，偽影很明顯，不能滿足診斷要求；3 分，圖像肺紋理稍模糊，病變可以顯示，有偽影，可以滿足診斷要求；4 分，圖像肺紋理清晰，病變觀察清楚，支氣管壁等細小結構顯示清晰。縱膈窗圖像的評價標準［8］：1分，圖像顆粒感明顯，無法區分縱膈大血管結構；2分，圖像顆粒感較重，縱膈大血管隱約可辨；3 分，圖像顆粒感減少，縱隔能區分尚可，能滿足診斷；4 分，無顆粒感，縱隔對比度良好。

1.4 統計學方法

應用SPSS 23.0軟件進行統計分析。符合正態分布的計量資料用均數±標準差表示，組間比較采用t檢驗；等級資料采用例數（百分比）描述，采用秩和檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組輻射指標比較

低劑量組與常規劑量組的輻射劑量CTDIvol、DLP 和ED 比較差異均有統計學意義（P＜0.05），見表1。其中，低劑量組的ED 為（1.81±0.14）mSv，常規劑量組的ED 為（6.83±0.68）mSv，與常規劑量組相比，低劑量掃描可以降低73.5%的輻射劑量。

表1 不同組別患者的輻射劑量比較（±s）Tab.1 Comparison of radiation dose in different groups of patients(Mean±SD)

表1 不同組別患者的輻射劑量比較（±s）Tab.1 Comparison of radiation dose in different groups of patients(Mean±SD)

指標CTDIvol/mGy DLP/mGy·cm ED/mSV常規劑量組10.65±1.12 477.38±18.18 6.83±0.68低劑量組3.67±0.41 132.00±99.00 1.81±0.14 t值14.543 71.851 30.521 P值＜0.001＜0.001＜0.001

2.2 兩組CNR、SNR指標比較

表2是針對低劑量組中4組不同檔位（30%～90%）的ClearView+圖像分析，與其他3個檔位（30%、50%、70%）的圖像相比，90%重建檔位的ClearView+重建圖像SNR 值及CNR 值最高。而低劑量組中90%重建檔位的圖像雖然略低于常規劑量組，但是兩組之間的CNR、SNR差異無統計學意義（P＞0.05）。

表2 不同組別CNR、SNR指標比較結果（±s）Tab.2 Comparison of contrast-to-noise ratio and signal-to-noise ratio in different groups(Mean±SD)

表2 不同組別CNR、SNR指標比較結果（±s）Tab.2 Comparison of contrast-to-noise ratio and signal-to-noise ratio in different groups(Mean±SD)

a：與常規組比較，P＜0.05；b：與30%檔位比較，P＜0.05；c：與50%檔位比較，P＜0.05；d：與70%檔位比較，P＜0.05

指標CNR SNR常規劑量組（90%）5.44±0.51 5.38±0.41低劑量組ClearView+30%4.21±0.71a 4.11±0.83a ClearView+50%4.56±0.51ab 4.47±0.37ab ClearView+70%5.09±0.12abc 4.94±0.15abc ClearView+90%5.37±0.33bcd 5.11±0.75bcd

2.3 不同組別患者的典型病變檢出數量

磨玻璃密度結節病灶檢出共63 個，其中常規劑量組32 個，低劑量組31 個；纖維條索病灶檢出共23個，其中常規劑量組12 個，低劑量組11 個；肺實變共16 個，其中每組各8 個；支氣管充氣癥共檢出17 個，其中常規劑量組9 個，低劑量組8 個。低劑量組中磨玻璃密度結節、纖維條索、肺實變、支氣管充氣征的檢出病變數略小于常規劑量組。

2.4 肺窗圖像比較

常規劑量組圖像評分均值為（3.39±0.78）分，低劑量組圖像評分均值為（3.30±0.72）分，低劑量組肺窗圖像質量評分低于常規劑量組，差異無統計學意義（P＞0.05），見表3。低劑量組肺窗圖像質量雖低于常規劑量組，但不影響診斷。兩組圖像均能滿足診斷要求，見圖1。

表3 不同組別肺窗圖像質量評分比較［例（%）］Tab.3 Comparison of image quality scores of pulmonary window in different groups［cases(%)］

圖1 患者CT檢查肺窗圖像Fig.1 CT scan of pulmonary window

2.5 縱膈圖像比較

常規劑量組圖像評分均值為（3.36±0.82）分，低劑量組圖像評分均值為（3.15±0.90）分，低劑量組縱膈窗的圖像質量評分低于常規劑量組，差異無統計學意義（P＞0.05），見表4。低劑量組縱膈窗圖像質量雖低于常規劑量組，但不影響診斷。兩組圖像均能滿足診斷要求，見圖2。

表4 不同組別縱膈窗圖像質量評分比較［例（%）］Tab.4 Comparison of image quality scores of mediastinal window in different groups［cases(%)］

圖2 患者CT檢查縱膈窗圖像Fig.2 CT scan of mediastinal window

3 討論

鑒于COVID-19 感染的核酸檢出率較低，僅達到30%～50%，由于鼻、咽試紙采集的影響因素較多，實際檢出率會更低。普通X 線片檢查對于疑似COVID-19 肺炎患者不盡人意，而CT 掃描以其具備較高密度分辨率，較少重疊的特點，可以對肺部細微異常明確辨析。有研究表明［9］，COVID-19 可以使用胸部CT 作為篩查及診斷技術工具。由于胸部CT 可以快速預估感染人群，評估患者療效等作用，在疫情篩查和控制上發揮了至關重要的作用［10］。

盡管CT 擁有諸多優點，但電離輻射是CT 檢查中存在的潛在風險。CT的輻射會對人體造成一定損傷，嚴重者導致了癌變的發生［11］，同時其對兒童的影響更為顯著［12］。COVID-19 流行范圍廣，傳染性強，對青少年、未婚育青年男女，甚至嬰幼兒都有很大的感染幾率，而對于這些特殊人群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［13］。因此，對疑似COVID-19 患者篩查中應用低劑量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。

影響CT 輻射劑量的參數有管電壓、管電流、掃描時間、螺距、準直及改進重建算法等［14］。在所有參數中，由于輻射劑量與管電壓的n次冪呈正比（一般為2～3），所以管電壓的變化對輻射劑量有明顯效果；但是降低管電壓可使X線的穿透性能下降，導致人體吸收輻射的比例增加，圖像信噪比及空間分辨率下降，影響臨床診斷的準確性。有關研究［15］指出過度的低管電壓條件下微小磨玻璃結節（3 mm）的檢出受限，所以在進行胸部CT 低劑量掃描時應適當選擇管電壓，不可一味追求低劑量而過度降低管電壓。同時相關文獻［16-17］證明輻射劑量和管電流之間正相關，和毫安秒（mAs）呈正比，管電流直接影響輻射劑量［18］。因此，為了防止噪聲過大影響診斷，本實驗選擇100 kV、70 mAs作為實驗組，在保證圖像質量的同時，盡可能降低輻射劑量。本研究一方面降低了管電壓、管電流來減少輻射劑量，另一方面在同等的FOV 條件下，對低劑量組使用1 024 分辨率矩陣進行成像。1 024分辨率矩陣能夠使單位面積內的有效像素提高到常規CT 的4 倍左右［19］，較常規512 分辨率矩陣可以更好地顯示圖像細節。此外，1 024 分辨率矩陣對于肺結節篩查更具有優勢，特別是對微小結節的形態、大小、結構特征的顯示。雖然采用大矩陣使圖像可以顯示更多細節，但是噪聲也會同時增加。因此本實驗使用了90%權重的ClearView+迭代算法來降低增大矩陣、降低管電流和管電壓帶來的負面影響。ClearView+迭代重建算法使其在不影響圖像空間分辨力的前提下降低圖像噪聲，產生高解剖細節的影像圖像。盡管在客觀指標中的SNR、CNR，及肺窗、縱膈窗的主觀評分中，使用90% 權重ClearView+的低劑量組都略低于常規組，但是兩組之間沒有統計學差異。同時由于本研究使用國產東軟Glory256層螺旋CT，該CT通過硬件和軟件兩個方面來降低輻射劑量，它采用先進的8 cm 能譜覆蓋，每圈0.259 s 的轉速，將極速、寬體、精準能譜融合到一起。ClearView+不斷增加，可以使得圖像噪聲減小，減少圖像的顆粒感，從而提高圖像質量。本實驗100 kV、70 mAs 高分辨掃描加ClearView+90%迭代方法雖然圖像質量略低于常規組圖像質量，但是實驗組的輻射劑量與常規劑量組相比，每次檢查平均降低73.5%。實現在最低劑量條件下的高精細成像，使得它在此次疫情中發揮出至關重要的作用。本研究存在局限性，主要為單中心研究，且樣本較少，無法嘗試更多管電壓和管電流的組合。

綜上所述，低劑量CT 掃描技術對于在疫情中疑似COVID-19 患者篩查而言，由于疑似患者人數多且COVID-19 易感性，低劑量CT 能夠保護敏感人群如青少年、未婚育年輕患者以及嬰幼兒患者。在疫情流行期間，使用低劑量胸部CT 掃描結合1 024 高分辨矩陣對疑似患者進行篩查，可以有效降低患者所受輻射劑量，且可以降低圖像噪聲的同時保證圖像的細節。

致謝：本文工作在蘭州大學第二醫院放射科進行研究，感謝科室其他成員和東軟醫療的科研專家劉卓恒提供的各項幫助和支持。