應(yīng)用放大重建高分辨CT顯示新型冠狀病毒肺炎CT征象的價值＊

馬 春 明 兵 惠慶桃 王曉玲 謝冬梅 李裕丹

德陽市人民醫(yī)院放射科 (四川 德陽 618000)

2019年月12月新型冠狀病毒肺炎(Corona Virus Disease 2019，COVID-19)爆發(fā)，該病毒具有較強的傳染性[1]，截止2020年7月16日24∶00時全球已確診超過1366萬例，死亡583455例。2020年1月30日世界衛(wèi)生組織宣布該病為全球突發(fā)公共衛(wèi)生事件。核酸檢測在臨床中被作為確診該病的“金標準”，但核酸檢測受很多因素影響存在假陰性[2]，導(dǎo)致不少患者有明顯癥狀與肺部影像表現(xiàn)時核酸檢測仍然陰性，患者不能得到及時治療，對疾病的防控有較大影響。在這個過程中CT被作為檢測COVID-19以及評價療效的關(guān)鍵檢查手段[3]。COVID-19的影像表現(xiàn)包括磨玻璃影、小葉間隔增厚、小支氣管擴張以及小葉內(nèi)間質(zhì)增厚等[4]。充分顯示其影像特征是診斷與療效評價的關(guān)鍵，高分辨CT已經(jīng)廣泛應(yīng)用于肺部疾病，明顯提高了顯示小葉間隔、周邊小支氣管及小血管等肺部結(jié)構(gòu)的能力[5-6]。但由于常規(guī)高分辨CT視野(field of view，F(xiàn)OV)較大，顯示肺部微細結(jié)構(gòu)能力受到影響，局部放大重建可以利用常規(guī)掃描的原始數(shù)據(jù)對需要觀察的肺部病變進行更高分辨率的重建，顯示了與局部放大掃描同樣的圖像質(zhì)量而不增加輻射劑量[7]。本研究對COVID-19征象局部放大重建高分辨CT與單純放大常規(guī)高分辨CT圖像質(zhì)量進行比較，旨在探討局部放大重建高分辨CT在COVID-19精準診斷以及療效評價的價值。

1 資料與方法

1.1 患者資料納入標準：2020年1月至2月德陽市人民醫(yī)院收治的經(jīng)核酸檢測確診COVID-19患者。排除標準：(1)無CT資料；(2)原始數(shù)據(jù)丟失。本研究通過了德陽市人民醫(yī)院倫理委員會審批，因本研究是回顧性研究故未簽署患者知情同意書。共有18例COVID-19病例納入研究，男性8例，女性10例，平均年齡(48.2±17.3)歲。

1.2 掃描方案患者均行胸部高分辨率CT平掃，采用Siemens Somatom Emotion 16 CT掃描儀。管電壓110kV，參考電流70mAs，打開CARE Dose 4D，準直器寬度1.5mm，球管轉(zhuǎn)速0.6s/周，螺距1。掃描范圍自胸廓入口到膈肌，深吸氣末屏氣后掃描。

1.3 圖像處理常規(guī)圖像重建應(yīng)用FOV 350mm×350mm，局部放大重建FOV 100mm×100mm(重建四個序列覆蓋肺野所有區(qū)域以顯示所有肺部病灶)，顯示矩陣均為512×512，層厚1.5mm，層間距1.5mm，卷積核B90s，顯示窗位與窗寬分別為-500HU及1600HU，重建方式為濾波反投影法(filter back projection，F(xiàn)BP)。

1.4 圖像質(zhì)量主客觀評價重建后影像傳輸?shù)絇ACS工作站(Infinitt，上海)，在30英寸8M彩色LCD顯示器上由2名15年以上放射診斷經(jīng)驗的副主任醫(yī)師共同進行主觀評價，兩者不一致時由第三名具有20年經(jīng)驗的高級職稱放射診斷醫(yī)師進行評價。常規(guī)重建高分辨CT圖像放大到與放大重建高分辨CT一樣的顯示野進行比較。針對COVID-19常見CT征象包括磨玻璃影、小葉內(nèi)網(wǎng)狀影、小葉間隔增厚、支氣管血管束增粗、實變影、空氣支氣管征、支氣管擴張、細支氣管壁增厚、胸膜下線、纖維索條等使用3分制進行評價：1分，圖像質(zhì)量差，對征象內(nèi)部結(jié)構(gòu)及邊緣顯示不清；2分，圖像質(zhì)量良好，對征象內(nèi)部結(jié)構(gòu)及邊緣顯示較好；3分，圖像質(zhì)量佳，對征象內(nèi)部結(jié)構(gòu)及邊緣顯示清晰。使用3分制對兩組圖像噪聲進行主觀整體評價：1分，圖像有明顯噪聲；2分，圖像中等度噪聲；3分，圖像無明顯噪聲。在PACS工作站上在單純常規(guī)高分辨CT圖像和放大重建高分辨CT圖像上分別在鄰近胸壁軟組織空氣相同區(qū)域取3個圓形興趣區(qū)(region of interest，ROI)(面積8mm2)，測量標準差(standard deviation，SD)及三個標準差的平均值，對常規(guī)重建高分辨CT圖像及放大重建高分辨CT圖像的SD進行比較。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析應(yīng)用Wilcoxon符號秩和檢驗比較常規(guī)重建與放大重建圖像質(zhì)量評分差異。應(yīng)用獨立樣本t檢驗比較兩組圖像噪聲。使用SPSS 22.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 基本資料18例中輕癥3例(16.7%)，普通型11例(61.1%)，重型4例(22.2%)。18例中有癥狀13例，其中，發(fā)熱12例(66.7%)，腹瀉5例(27.8%)，無癥狀5例(27.8%)。共進行CT掃描54次，平均次數(shù)3次/人(最多5次，最少1次)，最短掃描時間間隔4d。平均劑量長度乘積(dose-length product，DLP)(115.6±22.9)mGy2cm?？偛≡顢?shù)536，實性病灶225，磨玻璃影219，纖維灶92。

2.2 放大重建高分辨CT圖像與單純放大常規(guī)重建高分辨CT圖像顯示COVID-19征象比較對10個征象在兩種重建方式的CT圖像上顯示質(zhì)量進行主觀評價，見表1。放大重建高分辨CT圖像對10個征象顯示質(zhì)量均高于常規(guī)重建組，特別是小葉內(nèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)在單純放大常規(guī)重建高分辨CT圖像幾乎不能顯示，而放大重建高分辨CT圖像顯示清晰(圖1～2)。

表1 主觀評價常規(guī)CT圖像與放大重建CT圖像顯示新型冠狀病毒肺炎各個征象質(zhì)量(n=54)

圖1 女性，48歲，COVID-19肺炎肺部常規(guī)重建高分辨CT單純放大圖像與放大重建高分辨圖像。圖1A：常規(guī)重建FOV為350mm×350mm，圖1B：放大重建FOV為100mm×100mm。放大重建圖像(圖1B)顯示小葉間隔及小葉內(nèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于單純放大常規(guī)重建圖像(圖1A)(白箭)。圖2 男性，54歲，COVID-19肺炎肺部常規(guī)重建高分辨C單純放大圖像與放大重建高分辨圖像。圖2A：常規(guī)重建FOV為350mm×350mm；圖2B：放大重建FOV為100mm×100mm。放大重建圖像(圖2A)顯示磨玻璃影內(nèi)血管增粗明顯優(yōu)于單純放大常規(guī)重建圖像(圖2B)(白箭)。

2.3 主客觀圖像噪聲評價放大重建CT圖像噪聲為61.2±29.9，常規(guī)重建CT圖像噪聲為51.7±25.7，兩者比較差異無顯著性(t=1.162，P=0.251)。放大重建CT圖像的主觀圖像噪聲整體評分高于單純放大常規(guī)重建CT圖像，差異具有顯著性(Z=4.123，P＜0.001)。

3 討 論

本研究應(yīng)用放大重建CT圖像對COVID-19的CT征象進行觀察，質(zhì)量明顯高于常規(guī)重建高分辨CT圖像，甚至能顯示小葉內(nèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以提供更多的病變細節(jié)，同時其圖像噪聲值并無顯著升高。

COVID-19傳染性強，潛伏期長[8]，部分病例感染后臨床癥狀隱蔽，甚至無癥狀，本研究中有28%病例無癥狀，容易忽視而引起大范圍傳播。同時核酸檢測存在資源短缺、采樣方式受限以及假陰性等問題，使部分病人不能及時確診。CT在臨床是常規(guī)應(yīng)用，可以快速、準確地對COVID-19肺部病變進行檢測。高分辨CT在顯示肺部病變微細結(jié)構(gòu)有獨特優(yōu)勢，所以常用于彌漫性肺部病變、磨玻璃結(jié)節(jié)等病變[9]，諸多研究COVID-19均使用了高分辨CT[10-11]。新型冠狀病毒(SARS-CoV-2)與嚴重急性呼吸系統(tǒng)綜合征冠狀病毒(SARS-CoV)同屬冠狀病毒。冠狀病毒的S蛋白(Spike glycoprotein)與人體細胞的血管緊張素轉(zhuǎn)化酶2(ACE2)有較強親和力[12]，ACE2在呼吸系統(tǒng)主要分布于Ⅱ型肺泡細胞表面[13]，故COVID-19以累及下呼吸道為主。高分辨CT征象與病理改變一致，表現(xiàn)為胸膜下區(qū)間質(zhì)性病變?yōu)橹?，出現(xiàn)肺外帶磨玻璃影及間質(zhì)性改變，并可見實變、空氣支氣管征、支氣管擴張、細支氣管壁增厚、纖維條索、胸膜下線等征象[10]。

局部放大重建在肺部應(yīng)用最初主要用于肺結(jié)節(jié)，特別是磨玻璃結(jié)節(jié)微結(jié)構(gòu)的精準顯示[14]。王鑫宏等[7]的研究證明放大重建高分辨CT與局部放大高分辨CT掃描圖像質(zhì)量完全一致，優(yōu)于單純放大高分辨CT圖像質(zhì)量。本研究結(jié)果顯示，局部放大重建高分辨CT在顯示COVID-19的間質(zhì)性病變，包括小葉間隔增厚、小葉內(nèi)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)、細支氣管壁增厚等微細結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于單純放大高分辨CT圖像，這對顯示COVID-19累及肺部間質(zhì)的特征提供了更直觀的證據(jù)。對于其他征象，如肺實變、空氣支氣管征、支氣管擴張等征象放大重建高分辨CT同樣顯示質(zhì)量更高。這些征象的清晰顯示對病毒性肺炎的診斷以及隨訪時評估療效有重要意義。CT圖像由矩陣內(nèi)一個個像素構(gòu)成，像素越小圖像空間分辨率越高?？臻g分辨率又稱為高對比分辨率，在密度分辨率大于10%的情況下鑒別細微結(jié)構(gòu)的能力，即顯示最小體積病灶或結(jié)構(gòu)的能力。放大重建是利用原始數(shù)據(jù)進行重建，保持矩陣不變，像素縮小，從而提高空間分辨率[7]。而單純放大常規(guī)重建高分辨CT圖像只是簡單幾何放大，空間分辨率也沒有變化，像素也會被放大，肺炎征象顯示模糊。同時由于放大重建是利用常規(guī)高分辨CT掃描后的原始數(shù)據(jù)進行重建，故不會增加對患者的輻射劑量，特別對COVID-19患者需要短期內(nèi)反復(fù)接受CT檢查以評估療效具有更大意義。在原始數(shù)據(jù)保留的前提下可以在診斷有疑問時后期進行放大重建回顧分析，對病變細節(jié)清晰顯示提供更多影像信息以利于臨床診療。

放大重建高分辨CT圖像保持矩陣不變，縮小了像素，提高了空間分辨率，但噪聲會增加。本研究放大重建高分辨CT圖像噪聲較單純放大常規(guī)高分辨CT圖像略增高，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義。而對于主觀對圖像整體噪聲評價，放大重建高分辨CT圖像質(zhì)量高于單純放大常規(guī)高分辨CT圖像，這可能是放大重建高分辨CT顯示征象更清晰而導(dǎo)致主觀感受更好。這說明放大重建高分辨CT雖然噪聲略有增加，但極具臨床實用價值。同時隨著迭代算法在新一代CT設(shè)備的廣泛應(yīng)用，在同樣掃描條件下會有更好的圖像信噪比[15]，這有利于放大重建高分辨CT的進一步應(yīng)用。

本研究存在一定局限性，首先，本研究納入的研究例數(shù)有限，同時僅僅對一部分肺炎征象進行分析；其次，沒有分析低密度分辨率對放大重建高分辨率CT圖像征象顯示質(zhì)量的影響；再次，沒有對更高矩陣(例如1024×1024)圖像進行放大重建后圖像質(zhì)量有無改進進行分析，在今后研究中將針對這些問題進行進一步探討。

總之，放大重建高分辨CT較單純放大常規(guī)重建高分辨CT有更高空間分辨率，更好地顯示COVID-19的征象細節(jié)，同時并不增加額外的輻射劑量，有利于COVID-19患者早期診斷與療效評價以及后期回顧性重建，值得常規(guī)應(yīng)用。