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

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