CT低剂量扫描技术在新型冠状病毒肺炎检查中的应用

王绍芳，彭成东，胡军武，石明国，夏黎明

1. 华中科技大学同济医学院附属同济医院 放射科，湖北 武汉 430030；2. 空军军医大学西京医院 放射科，陕西 西安 710032

引言

新型冠状病毒肺炎（Coronavirus Disease 2019，COVID-19）由一种新型严重急性呼吸综合征冠状病毒2（Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2，SARSCoV-2）感染导致，因其人群普遍易感性，传播途径多样化，强传染性等特点，近两月来确诊、疑似患者已呈暴发式增长[1-2]。CT检查具有辅助辨别COVID-19患者情况，快速预估感染人群，评估患者疗效等多重身份，在疫情筛查和控制上发挥了举足轻重的作用[3]。然而CT检查的辐射剂量相对较大，在COVID-19疫情中的广泛应用以及重复使用等，势必带来辐射危害防控问题。对于一些COVID-19敏感人群，在保证诊断和疗效评估前提下，使用低剂量扫描技术，其远期有利效应不容忽视[4-5]。

1 COVID-19流行现状

COVID-19疫情自暴发以来不断加重，仅湖北省内已造成超过六万人次的确诊病例，打乱原有的国家传染病应对方案和程序的同时对广大人民的生命健康安全造成严重危害，对整个社会多层管理体系造成不小的冲击[1,6-9]。COVID-19传播途径多样：可以人传人。经呼吸道飞沫和密切接触传播为主要传播途径，在相对密闭的环境中长时间暴露于高浓度气溶胶情况下存在气溶胶传播的可能。为控制该疾病的传播，国家已制定多项强有力的管控措施：限制人群流动，积极排查并收治确诊、疑似患者，力争在最短的时间内做好疫情应对，保障人民群众的生命健康安全[6]。

2 CT扫描与诊断的应用

《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案（试行第五版）》[3]，推荐采用影像学CT检查作为COVID-19患者的筛选工具，肯定了CT检查辅助诊断的灵敏度；同时新增影像学CT扫描结果为诊断指标的临床诊断病例。最近，湖北省内甚至将临床诊断病例直接纳入确诊病例，给予他们与核酸阳性确诊患者相同的隔离和治疗。《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案（试行第六版）》则将肺部影像学显示24～48 h病灶明显进展＞50%者按照重症确诊患者处理。基于目前的临床实践，影像学专家们总结出COVID-19患者胸部高分辨CT扫描具有一些典型特征，且不同分期的COVID-19进程，肺部影像学特征有进展性的差异[10]。可见，CT扫描与诊断在疫情流行与防控的当下，对于准确和快速判断肺部炎症，辅助判断COVID-19病程分型和评估治疗效果是极其必要与重要的。

3 CT阳性患者检查频繁化

随机收取近一月内到华中科技大学同济医学院附属同济医院光谷院区发热门诊和急诊内科就诊的211例患者，将其中98例CT报告为不排除病毒性肺炎（文章将此定义为CT阳性）患者的结果进行统计分析。

结果显示98例CT阳性患者中有28%的患者在短时间内 [n=27，T间隔=（5.48±2.31） d]进行了两次 CT 扫描，有12%的患者在短时间内进行了三次甚至更多次的CT扫描（图1）。扫描三次的患者，其首次和第二次的时间间隔为一周内 [n=12，T间隔=（5.45±2.98 ）d]，三次 CT 扫描的间隔时间最长者也在一个月内（29 d），最短者仅6 d，即3 d一复查。

此外，对CT阳性患者的年龄分布分析发现，人群普遍对COVID-19易感，因数据样本的缘故，结果与中国疾病预防控制中心发布的最新结果有所出入[11]。本研究中，50岁以内的患者占比超过一半，占比有64.3%，20～40岁的患者占比43.8%（图2）。

图1 98例CT阳性患者CT检查次数百分比

图2 98例CT阳性患者的年龄分布

4 COVID-19患者CT扫描辐射控制

4.1 辐射剂量参考

电离辐射的两大生物学效应包括确定性效应和随机性效应，照射剂量的增加可导致辐射诱发癌症等随机效应的发生概率增加[12-13]。CT 剂量指数（CT Dose Index，CTDI）是 CT设备辐射剂量特性的使用表征量，目前公认的CTDI有以下三个：CT剂量指数100（CTDI100，反应CT标准测量模体中某一点所沉积的X射线能力），加权CT剂量指数（CTDIw，描述CT扫描某一断层平面上的平均剂量状况），容积CT剂量指数（CTDIvol，描述多排螺旋CT在整个扫描容积范围内的平均辐射剂量）。三个指数虽不直接代表各种CT扫描所致受检者的剂量，但与受检者剂量密切相关，与吸收剂量有相同的量纲，以毫戈瑞（mGy）为单位。剂量长度乘积（Dose Length Product，DLP）是常用评价受检者一次完整CT扫描总辐射剂量的重要指标，换算关系如式(1)～(2)。

其中：△d位置X摄像管每旋转一周检查床移动的距离；N为一次旋转扫描产生的断层数；T为扫描层厚；L为沿Z轴的扫描长度。

2019年中国疾病预防控制中心辐射防护与核安全医学所在全国范围内调查了CT扫描检查中受检者辐射剂量，其中主要以CTDIw和DLP两个指标表示，参考值见表1[14]。

表1 2019全国胸部CT辐射剂量调查结果

4.2 COVID-19患者不同参数扫描辐射剂量对比

所有扫描采用 Siemens Force CT。扫描范围 ：上至肺尖，下至肋膈角胸部，扫描层厚10/5 mm，重建为1.0～1.5 mm薄层。Thorax 110 kV（N=5），Thorax 100 kV（N=17），Low Dose Sn100 kV（N=17）三组的扫描参数如下 ：管电压分别为110、100、Sn100 kV（能谱纯化技术）；参考管电流分别为 51、62、96 mAs；转速分别为 0.5、0.5、0.25 s/圈，螺距Pitch值分别为1.2、1.2、2.0。其他参数为：窗宽1200，窗位-600；CareDose 4D技术；CT肺窗和纵隔窗Kemel值分别B157和Br40；重建算法采用高级模拟迭代重建（ADMIRE）；准直宽度为192×0.6mm；重建矩阵512×512。所有原始数据传至西门子工作站进行图像后处理。如图3所示可见常规胸部CT扫描时，管电压越大，其辐射剂量越大，Thorax 110 kV组（N=5，DLP=149.6±7.0；CTDIvol=3.9±0.1）与Thorax 100 kV组（N=17，DLP=95.6±5.0；CTDIvol=2.5±0.1）对比DLP和CTDIvol均存显著性差异（P＜0.001；P＜0.001）。Thorax 110 kV组（N=5，DLP=149.6±7.0；CTDIvol=3.9±0.1）与Low Dose Sn100 kV组（N=17，DLP=13.4±0.8；CTDIvol=0.4±0.0）对比DLP和CTDIvol都存在显著性差异（P＜0.001；P＜0.001）。Low Dose Sn100 kV组DLP和CTDIvol较Thorax 100 kV 组显著性偏低，且均具有显著性差异（P＜0.001；P＜0.001）。

图3 不同参数CT扫描辐射剂量对比

三组参数CT扫描图像由2名高年资诊断医师对原始三维图像以及重建图像进行双盲比较（我们将图像质量按照五分法，1分为很差，2分为差，3分为一般，4分为好，5分为很好），意见不统一时共同商议判断，结果显示图像质量无明显差异[Thorax 110 kV组（N=5，评分＝4.4±0.4），Thorax 100 kV 组（N=17， 评 分 =4.2±0.2），Low Dose Sn100 kV 组（N=17，评分 =3.9±0.2]；三者两两比较均无统计学差异（P＞0.05）。且均可满足COVID-19患者肺部炎症影像特征识别的需求，见图4。

5 结语

放射学CT扫描技术是筛查COVID-19患者，快速诊断和评估COVID-19患者肺部感染进展和转归的重要手段之一，目前在临床上应用越来越广泛。COVID-19因其人群普遍易感性，导致特殊人群如青少年，未婚育年轻男女，甚至儿童都不可避免可获得感染，原则上这些特殊人群均应避免过度CT辐射照射暴露，如有必要进行CT扫描时，也应符合国际放射防护委员会的主张，即在满足X射线诊断要求前提下应遵循所有辐射剂量保持在可合理达到的尽可能低水平的原则[15-17]。基于COVID-19流行期间，多次CT扫描检查的人群比例居高不下，年轻患者比例颇高的现状，在COVID-19患者中应用低剂量CT扫描技术可适当保护特殊人群避免过度辐射暴露，其远期效应将是非常有利的。本单位应用已有的Siemens Force CT，使用西门子独创的低剂量能谱纯化成像技术Sn100 kV用于肺部CT扫描筛查和诊断COVID-19，不仅可以实现影像技术专业人员与患者的隔离操作，减少接触并控制COVID-19的院内感染[18]，很大程度上还能显著降低受检查者的辐射剂量。

图4 不同参数CT扫描图像对比

CT能谱纯化技术是将X射线的辐射能力频谱图中低能量部分的截止能量提高，如从30 keV提高到50 keV，从而使射线的能谱变窄，射线能量增高，使之更接近CT成像理论要求的光子能量均一性，从而实现辐射低剂量的技术。Flash扫描模式则是基于双源架构和先进的扫描床技术的大螺距扫描成像。本单位所用Siemens Force CT是全新的双源CT，从球管、高压发生器、探测器、数据采集系统、重建系统等一系列革新了影像链，提高了CT性能等级，使之能够做到更快、更宽、更能、更低，所使用的低剂量CT成像技术同时结合了能谱纯化技术和Flash扫描模式。

低剂量CT扫描技术对于单次CT检查的COVID-19患者而言，能够保护敏感人群如青少年、未婚育年轻患者以及儿童患者等。根据目前的统计结果，我们发现有高达40%的COVID-19患者在短时间内进行了重复多次CT检查，辐射剂量的累积效应更是成倍增加。最新版的《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案（试行第六版）》明确将肺部影像学显示24～48 h病灶明显进展＞50%者按照重症确诊患者处理，提示我们未来在判断患者分型时，对CT扫描技术的应用不仅将更加广泛，而且在更短时间更多重复的CT扫描应用也将不断增加，此时低剂量CT扫描技术的应用将更加显示出优势。