低管电压联合迭代重建技术在新型冠状病毒肺炎诊疗中的应用 | ![]() |
新型冠状病毒引发的新型冠状病毒肺炎(简称新冠肺炎)是一种具有较强致病力和毒力的急性传染性疾病[1]。病毒通过多种途径传播,主要以呼吸道飞沫传播诱发肺部炎性病变为主[2-3]。在疾病的诊断、治疗、复查、随访过程中,胸部CT具有重要作用。由于该病进展迅速、病情变化较快,在诊疗过程中需短时间内重复、多次行胸部CT检查,以便观察病情。本研究采用低管电压(80 kV)联合高级建模迭代重建(advanced modeled iterative reconstruction,ADMIRE)技术,探讨低剂量胸部CT在新冠肺炎临床应用中的可行性。
1 资料与方法 1.1 一般资料收集2020年1月20日至2月15日我院经核酸检测确诊新型冠状病毒阳性的患者共19例,其中男8例,女11例;年龄15~85岁,平均(45.3±19.5)岁。
1.2 仪器与方法采用Siemens Somatom Prespective 64排128层螺旋CT进行扫描。检查前对患者进行呼吸训练,嘱其在扫描过程中听呼吸指令屏气。扫描范围从肺尖至肋膈角,方向从足侧向头侧。患者取仰卧位,头先进,双手交叉置于头顶。首次检查管电压110 kV;治疗后第1次复查为80 kV;开启智能管电流调制CARE Dose。其余扫描参数相同:准直器64×0.6 mm,球管旋转时间0.6 s,螺距1.45。图像重建:首次检查采用滤波反投影法(filtered back projection,FBP),第1次复查采用ADMIRE 3级;肺窗卷积核B50;层厚1.0 mm,层距0.7 mm。2次CT检查间隔时间1~5 d。
1.3 图像分析及评价将1.0 mm薄层肺窗图像导入Siemens syngo.via后处理工作站,指定MM阅片后处理流程对病灶、邻近血管、支气管等进行观察诊断。于气管分叉层面分别测量气管内空气、升主动脉、胸壁脂肪的CT值及标准差,ROI分别为15、20、10 mm2,每个ROI测量3次取平均值。标准差平均值为图像噪声(SD),计算图像CNR。公式如下:SD=1/3(SD气管分叉处+SD升主动脉+SD胸壁脂肪),CNR=(CT升主动脉+CT气管分叉处)/SD胸壁脂肪。由2位高年资胸部影像诊断医师采用3分法对图像进行主观评价:1分为图像噪声明显,线束硬化伪影较多,肺内细微结构显示不清,无法达到诊断要求;2分为图像噪声少,线束硬化伪影少,不影响肺内细微结构显示;3分为图像噪声较少,无明显线束硬化伪影,肺内细微结构显示清楚;2分及以上为满足诊断要求。
1.4 辐射剂量的计算记录前后2次CT检查的容积剂量指数(CT dose index volume,CTDIvol)、剂量长度乘积(dose length product,DLP),计算有效辐射剂量(effective dose,ED)。公式如下:ED=DLP×k,肺部CT辐射剂量权重因子k=0.014 mSv·mGy-1·cm-1。
1.5 统计学分析采用SPSS 23.0软件对2次CT检查的辐射剂量及主、客观图像评价结果进行分析,计量资料以x±s表示,行独立样本t检验,以P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果 2.1 2次CT检查图像质量的主、客观评价(表 1)表 1 2次CT检查图像质量主、客观评价结果比较(x±s) |
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首次CT检查(80 kV)图像的主观评分低于复查(110 kV)图像,但均能满足诊断要求,差异无统计学意义(P > 0.05)。2次检查图像气管分叉处空气CT值、升主动脉CT值、图像平均噪声及CNR之间比较,差异均无统计学意义(均P > 0.05)。复查图像胸壁脂肪的CT值较首次检查降低约18.4%(P<0.05)。
2.2 2次CT检查图像辐射剂量比较(表 2)表 2 2次CT检查图像辐射剂量比较(x±s) |
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复查图像的CTDIvol、DLP、ED均小于首次检查图像,分别降低57.9%、57.7%、57.8%,差异均有统计学意义(均P<0.05)。
3 讨论新冠肺炎自暴发后迅速席卷全球,具有较强的致病力、毒力及传染力[3-5]。荧光反转录聚合酶链式反应(RT-PCR)试剂盒核酸检测是其确诊的金标准[6],但在感染高峰期、疑似和确诊病例较多的情况下,存在试剂盒资源短缺、假阴性等问题。新冠肺炎以肺部表现为主,影像学作为一种简便、快捷的诊断方法,是检查和诊断的重要辅助手段。CT检查分辨率高,较普通X线检查可更清楚地显示早期细小的磨玻璃病变及细微结构的改变,在疾病的发现、诊断、病变范围的确定、严重程度的判断、随诊观察等方面都发挥了重要作用[7-10]。疾病暴发初期,由于对新冠肺炎的发生、发展、演变过程了解较少,临床医师在疾病的诊疗过程中仅能依赖CT检查对肺部病变进行直观的随访观察。在此过程中,患者无法避免地在短期内、重复、多次接受CT检查。本研究探讨在新冠肺炎的诊治过程中,采用低管电压联合迭代重建技术降低患者随访CT辐射损害的应用价值。
既往研究[11-12]表明,降低CT检查辐射剂量的方法主要有降低管电压、管电流及应用大螺距和迭代重建技术等。本研究基于我院专用于新冠肺炎检查机型的特点,在患者首次检查时采用常规管电压110 kV,初次复查时采用低管电压80 kV进行扫描。降低管电压导致X线强度下降,必然造成图像噪声增加、图像质量下降。但是,联合ADMIRE技术可弥补上述不足。传统的FBP重建算法对原始数据要求较高、方法简单,在低管电压条件下图像质量明显下降。ADMIRE技术基于图像域、原始数据域、模型域对数据进行多次迭代运算,可在不增加辐射剂量的情况下对图像进行降噪处理,应用于低管电压条件下可一定程度降低图像噪声,使图像质量满足临床诊断需求[13-14]。本研究中,低管电压80 kV图像的ED减少约57.8%,但2次CT检查图像的平均噪声、CNR值差异均无统计学意义(均P > 0.05),气管分叉处空气、升主动脉的CT值差异均无统计学意义(均P > 0.05),且所有图像主观质量评分均大于2分(图 1),提示低管电压联合智能管电压调节及ADMIRE,可在降低辐射剂量的同时保证图像质量达到诊断要求。肺部具有良好的天然对比度,因此管电压降低对肺内病变和细微结构的观察影响不大。80 kV图像的胸壁脂肪CT值高于110 kV图像,差异有统计学意义(P<0.05),与既往实验研究[15]一致。原因为脂肪的原子序数低于水,而软组织的原子序数接近水,因此管电压降低后,对脂肪CT值的影响较软组织和空气更明显。
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图 1 男,53岁,有武汉居住史,以发热为首发症状入院,咽拭子核酸检测阳性,确诊为新型冠状病毒肺炎。4次胸部CT检查,扫描条件分别为110、80、80、80 kV,图像主观评分均在2分以上 图 1a 初次检查双肺下叶见片状磨玻璃影 图 1b 2 d后,病灶密度增加 图 1c 7 d后,病灶吸收,范围缩小 图 1d 12 d后病变进一步吸收,咽拭子核酸检测间隔1 d 2次转阴,体温恢复正常,符合出院标准 |
本研究首诊采用常规管电压(110 kV),复查采用低管电压(80 kV),可使因病情需多次复查的患者获益。随着对治疗手段的不断探索,大多数患者经过治疗后获得不错的效果,肺部病变表现从早期的磨玻璃影(图 1a)进展为实变(图 1b)再逐渐吸收变为纤维条索影(图 1c、1d)。侯钦国等[16]采用降低管电流的方法减少新冠肺炎患者的辐射剂量,较常规剂量组(4.02±1.03)mSv减少约39.55%。彭勇等[17]采用低管电压(100 kV)、大螺距联合正弦波图形法迭代(SAFIRE)技术应用于新冠肺炎重症患者,也取得较好的效果,辐射剂量减少约63.4%。鉴于各家医院专用于新冠肺炎的机型不同,笔者根据我院实际机型的特点设置扫描条件,在图像满足诊断要求的基础上,减少了多次复查对患者造成的累积辐射损害,在获得与上述研究相似结论的同时,降低了低剂量组接受的辐射剂量。本研究的不足之处:样本量较小;鉴于新冠肺炎主要以肺内病变为主,未将纵隔窗图像纳入评价范围。
综上所述,新冠肺炎主要以肺部疾病表现为主,降低管电压对肺部病变的观察和诊断几乎没有影响。低管电压(80 kV)联合ADMIRE能获得满足诊断要求的图像,并减少了新冠肺炎患者短期内多次CT随访的累积辐射剂量。
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