单能量技术结合ASIR-V算法在疑似新型冠状病毒肺炎患者行低剂量CT扫描中的应用价值

2020-09-24 09:43姚传顺何兴义陈冠亚
中国中西医结合影像学杂志 2020年5期
关键词:低剂量剂量肺炎

祁 冬,姜 研,姚传顺,何兴义,田 欧,陈冠亚

(安徽省蚌埠市第一人民医院医学影像科,安徽 蚌埠 233000)

新型冠状病毒肺炎(简称新冠肺炎)传染能力很强,经呼吸道飞沫或密切接触传播[1-2],患有慢性基础疾病的中老年人、孕妇及儿童易感[3],老年患者若不及时诊断、治疗易延误病情,导致病情迅速恶化,增加病死率。因此,早发现、早诊断、早隔离、早治疗对提高治愈率、降低病死率、改善预后及控制疫情传播意义重大。目前诊断新冠肺炎的金标准为新冠病毒病原核酸检测,但存在检测时间相对较长、生物安全要求高、敏感度低及对检测者技术要求高等缺点[4],易导致漏诊、延误病情,增加传播风险。新冠肺炎的肺部CT 表现具有较高的特征性[5],对疾病的筛查及辅助诊断有关键作用。但CT 扫描电离辐射危害较大,研究[6]表明,电离辐射与致癌的风险呈正相关性,且整个诊疗过程中患者需行多次胸部CT 检查,以判断治疗情况,指导下一步救治方案。低剂量CT 扫描既能得到满足诊断要求的图像质量,还能降低辐射剂量,目前已被逐渐应用于胸部体检[7]。本研究旨在探讨单能量技术结合多模型迭代重建(adaptive statistical interative reconstruction-Veo,ASIR-V)算法在疑似新冠肺炎患者行低剂量CT 扫描中的应用价值,现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料 前瞻性分析2020 年1 月20 日至3月31 日我院发热门诊诊断疑似新冠肺炎患者80例,诊断标准参照国家卫生健康委员会颁布的《新型冠状病毒肺炎诊疗方案(试行第六版)》[3]。将80 例根据随机数字表法分为低剂量组和常规剂量组各40例。低剂量组男28 例,女12 例;年龄33~81 岁,平均(58.14±10.23)岁,体质量指数(body mass index,BMI)18.37~31.04 kg/m2,平均(24.52±4.47)kg/m2;扫描范围205.02~290.13 mm,平均(263.18±32.95)mm。常规剂量组男25 例,女15 例;年龄35~79 岁,平均(55.23±8.71)岁;BMI 20.96~29.23 kg/m2,平 均(22.76±1.99)kg/m2;扫描范围119.83~275.07 mm,平均(209.08±51.44)mm。所有患者均知情并自愿参加本研究,检查前均签署知情同意书,并经我院伦理委员会批准。

1.2 仪器与方法 采用GE 256 排Revolution CT 扫描仪。患者双侧手臂举过头顶,采用仰卧位头先进,自头侧至足侧扫描,扫描范围从肺尖至肺底,扫描时嘱患者吸气后屏气。低剂量组采用能谱扫描模式(110 kV)和80%ASIR-V 算法,扫描参数:使用自动管电流调制技术,范围80~200 mA;常规剂量组采用传统扫描模式和滤波反投影算法(filtered back projection,FBP),扫描参数:120 kV,180~500 mA。其余参数均相同,扫描野Large Body,矩阵512×512,噪声指数12.0,采用小焦点,转速0.7 s/转,探测器Z 轴覆盖范围80 mm,螺距0.992,层厚、层距均为5.0 mm;重建层厚、层距均为0.625 mm,重建方式为标准重建+肺重建,肺窗窗宽1 500 HU、窗位-500 HU,纵隔窗窗宽400 HU、窗位40 HU。

1.3 图像质量评价

1.3.1 主观评价 由2 位高级职称影像诊断医师采用双盲法对图像进行主观评分,意见不一致时,协商达成一致。采用5 分制进行评价,评分标准[8]:5 分,优,解剖结构显示较清楚,图像清晰,无伪影;4 分,良好,解剖结构显示清楚,轻微伪影,满足诊断要求;3分,一般,解剖结构能辨认,轻度伪影,不影响诊断;2分,差,解剖结构显示不清,能大致辨认,中度伪影,不符合诊断要求;1 分,较差,解剖结构无法辨认,伪影较重,无法诊断。图像质量评分≥3 分,方可满足诊断要求。

1.3.2 客观评价 将原始扫描数据传至AW 4.7 工作站,选择胸廓入口处胸锁乳突肌、T6水平胸主动脉及肺底竖脊肌3 个层面无伪影、密度均匀区进行测量,ROI 大小105 mm2。测量并记录CT 值及其标准差,将CT 值大小作为信号强度值,SD 作为噪声值,分别计算各个层面的SNR,SNR=CT 值/SD。

1.4 辐射剂量 根据剂量报告分别记录2 组CT 剂量指数(volume CT dose index,CTDIvol)、剂量长度乘积(dose lenth product,DLP),并计算有效辐射剂量(effective dose,ED),ED=k×DLP,其中k 为欧洲CT 质量标准指南中的胸部转换因子,成年人k 值取0.014 mSv/(mGy·cm)[9]。

1.5 统计学分析 采用SPSS 22.0 统计软件进行数据分析。计量资料符合正态分布以表示,计数资料以百分比(%)表示。计算2 种扫描模式的诊断敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及诊断符合率,并行χ2检验。对2 组一般资料、图像质量及辐射剂量采用两独立样本t 检验,以P<0.05 为差异有统计学意义。2 名医师对图像质量主观评价结果的一致性行Kappa 检验,K ≥0.75 为一致性较好;0.75>K≥0.4 为一致性一般;K<0.4 为一致性较差。

2 结果

2.1 2 组一般资料比较 2 组患者年龄、BMI 及扫描范围差异均无统计学意义(t=0.238,0.393,0.081;P=0.429,0.538,0.216),具有可比性。2.2 2 组图像质量评价

2.2.1 主观评价比较 图像质量主观评分低剂量组(4.34±0.28)分,常规剂量组(4.78±0.15)分,差异无统计学意义(t=0.157,P=0.273)。2 组图像病灶的形态、大小、边界及密度等均显示清晰(图1,2)。2 名医师对图像质量主观评价的一致性较好(K=0.81,P<0.05)。

2.2.2 客观评价比较 低剂量组与常规剂量组在胸廓入口处胸锁乳突肌、T6水平胸主动脉及肺底竖脊肌处的SNR 差异均无统计学意义(均P>0.05)(表1)(图1,2)。

表1 2 组图像SNR 比较()

表1 2 组图像SNR 比较()

2.3 诊断效能比较 以核酸检测为诊断金标准,2组诊断疑似新冠肺炎的敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及诊断符合率差异均无统计学意义(均P>0.05)(表2、3)。

表2 2 组诊断疑似新冠肺炎结果 例

表3 2 组对疑似新冠肺炎患者诊断效能比较 %(例/例)

2.4 2 组辐射剂量比较 低剂量组CTDIvol、DLP 及ED 均明显低于常规剂量组,差异均有统计学意义(均P<0.05)(表4)。

表4 2 组辐射剂量指标比较()

表4 2 组辐射剂量指标比较()

注:CTDIvol,CT 剂量指数;DLP,剂量长度乘积;ED,有效辐射剂量。

3 讨论

新冠病毒属于人类易感病毒,主要通过飞沫和密切接触传播,有学者[2]报道,在新冠肺炎患者的粪便中检测到病毒核酸,因此也应注意粪口传播。新冠肺炎患者临床早期主要表现为发热、肌肉酸痛等,实验室检查白细胞计数正常或减少,淋巴细胞比例减少,临床表现缺乏特异性。DR 检查虽辐射剂量较低,但漏诊率较高,而新冠肺炎患者肺部CT 表现具有特征性,且其空间分辨率较高,属于断层成像,能够避免因解剖结构重叠而导致的漏诊,较DR 更易于显示微小病变,因此胸部CT 被推荐作为辅助诊断和筛查新冠肺炎的首选影像学检查手段[10-11]。低剂量CT扫描在满足图像质量的前提下,能最大限度地降低电离辐射对患者的危害,因此被应用于新冠肺炎的检查中。临床主要通过降低管电压、管电流、采用大螺距扫描和新的迭代重建算法等降低辐射剂量[12-13]。

研究[14-15]表明,降低管电压和管电流诊断新冠肺炎,既可得到满意的图像质量,又能降低患者辐射剂量。本研究采用能谱扫描模式和ASIR-V 算法降低管电流,利用单能量技术结合80%ASIR-V 算法降低辐射剂量。常规CT 扫描是混合能量图像,而能谱扫描可获取从40~140 keV 不同X 线能量的单能量图像。单能射线能谱变窄,射线能量提高,使之更均匀,从而满足低剂量CT 扫描的技术要求。另外,单能量图像具有噪声最低、组织结构对比最好、解剖细节及病变细节显示最清晰等特点,且高单能量图像可增加不同组织结构的对比,有利于等密度病变和小病灶的探查及发现[16]。有学者[17]报道,120 keV 单能量图像对新冠肺炎患者病灶显示最佳,与本研究结果相近。

降低管电压和管电流,均可导致图像噪声增加、对比度降低及图像质量下降等。ASIR-V 算法是一种全新的迭代重建算法,根据噪声、物体及物理三大结构模型进行建模计算,降低图像噪声而获得剂量优势。因此,在相同噪声水平和图像质量条件下,扫描剂量可显著降低。另外,ASIR-V 算法在保证空间分辨率的同时,增加密度分辨力,且运算数据量小,重建速度快[18]。传统的FBP 算法,虽然重建速度较快,但重建模型忽略了球管焦点、体素、探测器单元等因素,过于理想化,不能反映数据采集过程中的真实情况,且对原始数据需求量大,不可避免地增加了患者的辐射剂量。因此,通过降低管电压或管电流无法获得低噪声、高质量的图像[19]。

本研究采用宽体探测器CT,单扇区时间分辨率29 ms,最快转速可达0.28 s/转,采用能谱扫描模式探测器Z 轴最大覆盖范围可达80 mm。因此,对重症无法屏气的新冠肺炎患者也能获得良好的图像质量。本研究结果表明,图像质量主观评分低剂量组与常规剂量组差异无统计学意义(P>0.05),且2 名医师对图像质量主观评价的一致性较好(K=0.81,P<0.05)。本组胸廓入口处胸锁乳突肌、T6水平胸主动脉及肺底竖脊肌三处的SNR 差异均无统计学意义(均P>0.05)。低剂量组诊断疑似新冠肺炎的敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值及诊断符合率与常规剂量组相近,差异均无统计学意义(均P>0.05)。低剂量组平均ED 为(2.27±0.82)mSv,较常规剂量组(5.74±0.98)mSv 降低约60.45%,差异有统计学意义(P<0.05),仅相当于4~5 次X 线检查的辐射剂量,符合低剂量CT 扫描标准[20]。

本研究不足之处:未将不同级别的单能量和ASIR-V 算法与常规剂量组进行对比分析,得出既能降低辐射剂量又能满足诊断要求图像质量的最佳组合,因此还有待进一步研究。

综上所述,单能量技术(110 keV)结合80%ASIR-V 算法低剂量CT 扫描能够在保证图像质量的前提下显著降低辐射剂量,对新冠肺炎的筛查、辅助诊断及预后随访具有重要的临床应用价值,值得推广使用。

图1 男,56 岁,以发热、呼吸困难3 d 就诊,采用常规剂量传统扫描模式和滤波反投影(FBP)算法,120 kV,180~500 mA 图1a,1b 纵隔窗示图像解剖结构显示良好;肺窗示右肺外带多发斑片状磨玻璃密度影,边界清晰图2 男,48 岁,以发热4 d 就诊,采用低剂量能谱扫描模式和多模型迭代重建(ASIR-V)算法,80~200 mA 图2a,2b 纵隔窗示图像解剖结构显示一般,噪声增大,SNR 稍低;肺窗示右肺中叶片状磨玻璃密度影,病灶形态、边界、密度等均显示清晰

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