引用本文： 文雨婷, 李萬江, 帥桃, 潘雪琳, 彭禮清, 秦韻, 李真林. 能譜 CT 單能量成像顯示早期新型冠狀病毒肺炎的價值. 華西醫學, 2020, 35(3): 264-268. doi: 10.7507/1002-0179.202002213 復制
2019 年 12 月以來，以我國湖北省武漢市為中心，全國范圍內陸續發現了新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease 2019，COVID-19）患者，截至 2020 年 2 月 14 日累計確診 6 萬余人[1]。2019 新型冠狀病毒（2019 novel coronavirus，2019-nCoV）可經呼吸道飛沫和接觸傳播，人群普遍易感，其人傳人模式在早期已被證實[2]。胸部 CT 檢查廣泛應用于肺部感染性疾病，COVID-19 早期影像學表現為多發小斑片影及間質改變，以肺外帶明顯；進而發展為雙肺多發磨玻璃影、浸潤影；嚴重者可出現肺實變甚至肺纖維化[3]。2019-nCoV 核酸檢測為診斷 COVID-19 的“金標準”，但由于確診假陰性的存在且試劑有限，國家衛生健康委員會在《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第五版）》中將影像學特征表現列為 COVID-19 的臨床診斷指標[4]。有研究表明，23.87% 的 2019-nCoV 核酸檢測陽性患者早期胸部 CT 影像未見異常，部分患者病程早期不典型的磨玻璃樣改變容易漏診[5]。由于常規 CT 掃描是依靠 X 線衰減的密度成像，且為混合能量成像，只有當病變的密度有明顯 X 線差異時，才能發現病變。能譜 CT 通過 80/140 kVp 的瞬時高/低管電壓切換，能夠實現 40～140 keV 范圍任一單能量成像，通過單能量 CT 值能較準確地反映不同組織的密度差異，同時減少圖像偽影，提高 CT 圖像質量[6-7]。本研究回顧性分析核酸檢測確診為 COVID-19 患者臨床早期的能譜 CT 數據，重建 40～140 keV 范圍內不同能量段的單能量圖像，探討不同單能量重建對 COVID-19 病灶顯示及圖像質量的影響，現報告如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
回顧分析 2020 年 1 月—2 月于四川大學華西醫院發熱門診就診且 2019-nCoV 核酸檢測陽性患者的病歷資料。排除有其他病毒或細菌感染和早期未行胸部能譜 CT 掃描的病例，共納入 11 例。其中男 6 例，女 5 例；年齡 19～76 歲，平均（42.1±16.6）歲；流行病史調查顯示 9 例有疫區接觸史；11 例均有發熱、咳嗽等臨床癥狀，從首次出現癥狀到核酸檢測確診的時間平均為（4.5±2.8）d。在 11 例患者的早期影像學資料中共發現磨玻璃樣病灶 34 個。
1.2 儀器與方法
采用 GE Revolution CT 掃描儀。選擇管電壓 80/140 kVp 瞬時切換的能譜 CT 掃描模式、自動管電流技術，噪聲指數設定為 10，螺距 0.984∶1，轉速 0.5 s/r，探測器寬度 80 mm，掃描層厚和間距均為 0.625 mm，掃描范圍自胸廓入口至兩側肺底，掃描方向為從足到頭，吸氣后屏氣掃描。設立發熱患者專屬通道及專用檢查設備，檢查過程中醫技人員正確穿脫防護用品，并在檢查完成后對設備和機房進行嚴格消毒[8]。
1.3 圖像重建
將能譜數據導入 ADW4.6 工作站，分別重建混合能量圖和 40～140 keV（間隔 20 keV）單能量圖，共 7 組圖像。重建層厚 1.25 mm，重建算法 Detail，圖像窗寬 1 800 Hu，窗位?400 Hu。
1.4 圖像評價
1.4.1 客觀評價
將重建圖像分為 40、60、80、100、120、140 keV 單能量及混合能量 7 組，共分析 11 例陽性患者病程早期肺部磨玻璃樣病灶 34 處，分別于各組軸位薄層圖像上，在病灶及同層面正常肺組織放置感興趣區（region of interest，ROI）。病灶處的 ROI 選取病灶橫斷面最大層面，確保 7 組圖像同一病灶 ROI 大小、形態及位置一致，密度均勻時 ROI 面積超過病灶橫斷面 2/3，密度不均勻時，盡量避開所有實性成分；正常肺組織處的 ROI 應盡量避開肺紋理。記錄 ROI 的 CT 值和標準差（standard deviation，SD），分別計算各個病灶的信噪比（signal-noise ratio，SNR）和對比噪聲比（contrast-noise ratio，CNR），SNR=CT 值/SD 值，CNR=（病灶 CT 值–正常肺組織 CT 值）/SD 值。
1.4.2 主觀評價
由 2 名具有 5 年或以上工作經驗的影像科診斷醫師，參考歐洲放射指南推薦的 CT 圖像質量相關評分標準[9]，采用 5 分法分別對 7 組圖像質量進行盲法評分：5 分，圖像背景噪聲小，病灶邊緣清晰，病變與正常肺組織很好區分；4 分，圖像背景噪聲較小，病灶邊緣較清晰，病變與正常肺組織區分較好；3 分，圖像背景噪聲一般，病灶邊緣較清晰，病變與正常肺組織勉強可以區分；2 分，圖像背景噪聲較重，病灶邊緣較模糊，病變與正常肺組織較難區分；1 分，圖像背景噪聲重，病灶邊緣模糊，病變顯示不清。圖像主觀評分≥3 分可用于臨床診斷。
1.5 統計學方法
采用 SPSS 19.0 統計分析軟件。計量資料用均數±標準差表示。7 組圖像客觀指標（CT 值、SD 值、SNR、CNR）及主觀評分比較采用 Friedman 檢驗，檢驗水準 α=0.05；若有統計學意義，則首先單能量組相鄰兩組間進行兩兩比較，然后不同單能量組再分別與混合能量組進行兩兩比較，組間兩兩比較采用 Wilcoxon 符號秩檢驗，并對檢驗水準進行校正（事后兩兩比較調整檢驗水準=原檢驗水準/比較次數，本研究中比較次數為 11 次，則校正檢驗水準為 0.05/11≈0.005）。2 名影像科醫師間評分的一致性采用 kappa 檢驗（kappa 值≥0.75，一致性良好；0.40<kappa 值<0.75，一致性較好；kappa 值≤0.40，一致性差），檢驗水準 α=0.05。
2 結果
2.1 圖像質量客觀評價
7 組圖像病灶間 CT 值、SD 值、SNR 和 CNR 差異均有統計學意義（P<0.05）。單能量組圖像 CT 值和 SD 值隨 X 線能量升高而降低，SNR 和 CNR 隨 X 線能量升高逐漸增加，相鄰兩組間兩兩比較結果顯示差異均有統計學意義（P<0.001）。80～140 keV 范圍內單能量組圖像 CT 值和 SD 值低于混合能量組，而 SNR 和 CNR 高于混合能量組，兩兩比較結果顯示差異均有統計學意義（P<0.001）。見表 1。
表1
不同能量圖像病灶 CT 值、SD 值、SNR 及 CNR 比較（n=34，
）
2.2 圖像質量主觀評價
兩名診斷醫師圖像質量主觀評價的一致性較好（kappa 值接近 0.7，P<0.001），不同能量圖像主觀評分差異均有統計學意義（P<0.05）。不同單能量組圖像主觀評分在 40～120 keV 范圍內逐漸升高，而 140 keV 主觀評分降低，120 keV 圖像的主觀評分與 100 keV 和 140 keV 圖像主觀評分差異均有統計學意義（P<0.001）。120 keV 組圖像質量主觀評分高于混合能量組，且差異有統計學意義（P<0.001）。見表 2、圖 1。
圖1
COVID-19 患者能譜 CT 不同能量重建圖像
a～f. 分別為 40、60、80、100、120、140 keV 單能量圖像，主觀評分分別為 2、3、3、4、5、4 分；g. 混合能量圖像，主觀評分為 3 分。患者，女，59 歲，有長期武漢居住史，2020 年 1 月 28 日新型冠狀病毒核酸檢測陽性，圖為 2020 年 1 月 27 日能譜 CT 不同能量重建圖像
表2
不同能量圖像主觀評分一致性（n=34，
）
3 討論
2019-nCoV 在人群中傳染力極強，研究表明老年人及有基礎疾病者感染后病情較重，嚴重者發生急性呼吸窘迫綜合征甚至死亡[10]。病毒核酸檢測雖然是診斷“金標準”，但是存在敏感性低、效率低和試劑不足的局限性。雖然 CT 影像學特征表現被列為臨床確診指標之一，但 COVID-19 早期影像特征為局灶性單發或多發的小斑片、磨玻璃影，而非常淡薄的磨玻璃影和小結節常由于表現不典型容易被漏診[11]，因此，提高 CT 圖像質量更有利于早期病變的臨床診斷。
常規多層螺旋 CT 的 X 線中包含不同能量水平的光子，這種混合能量成像會產生平均衰減效應，大大減小了低對比度物質之間的分辨率[12]。同時混合能量成像的硬化效應容易產生線束硬化偽影和 CT 值的誤差[13]。能譜 CT 通過 80/140 kVp 的瞬時高/低管電壓切換，可重建 40～140 keV 范圍任一單能量 CT 圖像，單能量圖像是某單一能量水平的 X 線穿過被照體后產生衰減的圖像，可有效避免平均衰減效應的產生，具有能量單一、線束硬化偽影小、CT 值更加精準等特點[14]；并且隨著能譜 CT 高效能的降噪算法應用和革新后，可以在保證不增加輻射劑量的前提下提高圖像質量[15]。本研究結果顯示單能量組 80～140 keV 圖像噪聲比混合能量組低，SNR、CNR 和圖像主觀評分比混合能量組高，表明能譜 CT 單能量重建可獲得更高的圖像質量。
一般來說，X 線能量越低，組織吸收系數越大，X 線衰減越明顯[16]；但同時 X 線能量越低，其穿透力越弱，圖像的背景噪聲越高，因此在本研究中，單能量組圖像 SD 值隨 X 線能量升高而逐漸降低，SNR 和 CNR 逐漸升高。由于 COVID-19 早期病灶多為低密度的磨玻璃影，降低圖像噪聲更有利于病變的顯示，單能量組圖像中 140 keV 圖像噪聲最低，SNR 和 CNR 最高，但 120 keV 圖像質量主觀評分更高，可能與 140 keV 單能量重建過度抑制圖像噪聲，對于病變內部細節的顯示欠佳有關；提示 120 keV 單能量重建圖像質量最佳，對 COVID-19 臨床早期病灶顯示更佳。
本研究的不足：① 樣本量過少，且納入研究的患者病程進展程度不同；② 對病灶 ROI 的測量沒有進行多人測量取平均值，可能影響數據的穩定性；③ 重建單能量分組時采取 20 keV 間隔，待進一步縮小重建間隔，精確分析病變的最佳顯示點。
綜上所述，CT 影像學檢查具有高效、可靠、無創等優點，對于 COVID-19 的早期診斷和隨訪評估都有重要的臨床價值。同時，能譜 CT 能夠提供多種單能量重建圖像，比常規胸部 CT 掃描圖像質量更高，以 120 keV 單能量圖像質量最佳，更有利于早期低密度病變的顯示。
2019 年 12 月以來，以我國湖北省武漢市為中心，全國范圍內陸續發現了新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease 2019，COVID-19）患者，截至 2020 年 2 月 14 日累計確診 6 萬余人[1]。2019 新型冠狀病毒（2019 novel coronavirus，2019-nCoV）可經呼吸道飛沫和接觸傳播，人群普遍易感，其人傳人模式在早期已被證實[2]。胸部 CT 檢查廣泛應用于肺部感染性疾病，COVID-19 早期影像學表現為多發小斑片影及間質改變，以肺外帶明顯；進而發展為雙肺多發磨玻璃影、浸潤影；嚴重者可出現肺實變甚至肺纖維化[3]。2019-nCoV 核酸檢測為診斷 COVID-19 的“金標準”，但由于確診假陰性的存在且試劑有限，國家衛生健康委員會在《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第五版）》中將影像學特征表現列為 COVID-19 的臨床診斷指標[4]。有研究表明，23.87% 的 2019-nCoV 核酸檢測陽性患者早期胸部 CT 影像未見異常，部分患者病程早期不典型的磨玻璃樣改變容易漏診[5]。由于常規 CT 掃描是依靠 X 線衰減的密度成像，且為混合能量成像，只有當病變的密度有明顯 X 線差異時，才能發現病變。能譜 CT 通過 80/140 kVp 的瞬時高/低管電壓切換，能夠實現 40～140 keV 范圍任一單能量成像，通過單能量 CT 值能較準確地反映不同組織的密度差異，同時減少圖像偽影，提高 CT 圖像質量[6-7]。本研究回顧性分析核酸檢測確診為 COVID-19 患者臨床早期的能譜 CT 數據，重建 40～140 keV 范圍內不同能量段的單能量圖像，探討不同單能量重建對 COVID-19 病灶顯示及圖像質量的影響，現報告如下。
1 資料與方法
1.1 一般資料
回顧分析 2020 年 1 月—2 月于四川大學華西醫院發熱門診就診且 2019-nCoV 核酸檢測陽性患者的病歷資料。排除有其他病毒或細菌感染和早期未行胸部能譜 CT 掃描的病例，共納入 11 例。其中男 6 例，女 5 例；年齡 19～76 歲，平均（42.1±16.6）歲；流行病史調查顯示 9 例有疫區接觸史；11 例均有發熱、咳嗽等臨床癥狀，從首次出現癥狀到核酸檢測確診的時間平均為（4.5±2.8）d。在 11 例患者的早期影像學資料中共發現磨玻璃樣病灶 34 個。
1.2 儀器與方法
采用 GE Revolution CT 掃描儀。選擇管電壓 80/140 kVp 瞬時切換的能譜 CT 掃描模式、自動管電流技術，噪聲指數設定為 10，螺距 0.984∶1，轉速 0.5 s/r，探測器寬度 80 mm，掃描層厚和間距均為 0.625 mm，掃描范圍自胸廓入口至兩側肺底，掃描方向為從足到頭，吸氣后屏氣掃描。設立發熱患者專屬通道及專用檢查設備，檢查過程中醫技人員正確穿脫防護用品，并在檢查完成后對設備和機房進行嚴格消毒[8]。
1.3 圖像重建
將能譜數據導入 ADW4.6 工作站，分別重建混合能量圖和 40～140 keV（間隔 20 keV）單能量圖，共 7 組圖像。重建層厚 1.25 mm，重建算法 Detail，圖像窗寬 1 800 Hu，窗位?400 Hu。
1.4 圖像評價
1.4.1 客觀評價
將重建圖像分為 40、60、80、100、120、140 keV 單能量及混合能量 7 組，共分析 11 例陽性患者病程早期肺部磨玻璃樣病灶 34 處，分別于各組軸位薄層圖像上，在病灶及同層面正常肺組織放置感興趣區（region of interest，ROI）。病灶處的 ROI 選取病灶橫斷面最大層面，確保 7 組圖像同一病灶 ROI 大小、形態及位置一致，密度均勻時 ROI 面積超過病灶橫斷面 2/3，密度不均勻時，盡量避開所有實性成分；正常肺組織處的 ROI 應盡量避開肺紋理。記錄 ROI 的 CT 值和標準差（standard deviation，SD），分別計算各個病灶的信噪比（signal-noise ratio，SNR）和對比噪聲比（contrast-noise ratio，CNR），SNR=CT 值/SD 值，CNR=（病灶 CT 值–正常肺組織 CT 值）/SD 值。
1.4.2 主觀評價
由 2 名具有 5 年或以上工作經驗的影像科診斷醫師，參考歐洲放射指南推薦的 CT 圖像質量相關評分標準[9]，采用 5 分法分別對 7 組圖像質量進行盲法評分：5 分，圖像背景噪聲小，病灶邊緣清晰，病變與正常肺組織很好區分；4 分，圖像背景噪聲較小，病灶邊緣較清晰，病變與正常肺組織區分較好；3 分，圖像背景噪聲一般，病灶邊緣較清晰，病變與正常肺組織勉強可以區分；2 分，圖像背景噪聲較重，病灶邊緣較模糊，病變與正常肺組織較難區分；1 分，圖像背景噪聲重，病灶邊緣模糊，病變顯示不清。圖像主觀評分≥3 分可用于臨床診斷。
1.5 統計學方法
采用 SPSS 19.0 統計分析軟件。計量資料用均數±標準差表示。7 組圖像客觀指標（CT 值、SD 值、SNR、CNR）及主觀評分比較采用 Friedman 檢驗，檢驗水準 α=0.05；若有統計學意義，則首先單能量組相鄰兩組間進行兩兩比較，然后不同單能量組再分別與混合能量組進行兩兩比較，組間兩兩比較采用 Wilcoxon 符號秩檢驗，并對檢驗水準進行校正（事后兩兩比較調整檢驗水準=原檢驗水準/比較次數，本研究中比較次數為 11 次，則校正檢驗水準為 0.05/11≈0.005）。2 名影像科醫師間評分的一致性采用 kappa 檢驗（kappa 值≥0.75，一致性良好；0.40<kappa 值<0.75，一致性較好；kappa 值≤0.40，一致性差），檢驗水準 α=0.05。
2 結果
2.1 圖像質量客觀評價
7 組圖像病灶間 CT 值、SD 值、SNR 和 CNR 差異均有統計學意義（P<0.05）。單能量組圖像 CT 值和 SD 值隨 X 線能量升高而降低，SNR 和 CNR 隨 X 線能量升高逐漸增加，相鄰兩組間兩兩比較結果顯示差異均有統計學意義（P<0.001）。80～140 keV 范圍內單能量組圖像 CT 值和 SD 值低于混合能量組，而 SNR 和 CNR 高于混合能量組，兩兩比較結果顯示差異均有統計學意義（P<0.001）。見表 1。
表1
不同能量圖像病灶 CT 值、SD 值、SNR 及 CNR 比較（n=34，）
2.2 圖像質量主觀評價
兩名診斷醫師圖像質量主觀評價的一致性較好（kappa 值接近 0.7，P<0.001），不同能量圖像主觀評分差異均有統計學意義（P<0.05）。不同單能量組圖像主觀評分在 40～120 keV 范圍內逐漸升高，而 140 keV 主觀評分降低，120 keV 圖像的主觀評分與 100 keV 和 140 keV 圖像主觀評分差異均有統計學意義（P<0.001）。120 keV 組圖像質量主觀評分高于混合能量組，且差異有統計學意義（P<0.001）。見表 2、圖 1。
圖1
COVID-19 患者能譜 CT 不同能量重建圖像
a～f. 分別為 40、60、80、100、120、140 keV 單能量圖像，主觀評分分別為 2、3、3、4、5、4 分；g. 混合能量圖像，主觀評分為 3 分。患者，女，59 歲，有長期武漢居住史，2020 年 1 月 28 日新型冠狀病毒核酸檢測陽性，圖為 2020 年 1 月 27 日能譜 CT 不同能量重建圖像
表2
不同能量圖像主觀評分一致性（n=34，）
3 討論
2019-nCoV 在人群中傳染力極強，研究表明老年人及有基礎疾病者感染后病情較重，嚴重者發生急性呼吸窘迫綜合征甚至死亡[10]。病毒核酸檢測雖然是診斷“金標準”，但是存在敏感性低、效率低和試劑不足的局限性。雖然 CT 影像學特征表現被列為臨床確診指標之一，但 COVID-19 早期影像特征為局灶性單發或多發的小斑片、磨玻璃影，而非常淡薄的磨玻璃影和小結節常由于表現不典型容易被漏診[11]，因此，提高 CT 圖像質量更有利于早期病變的臨床診斷。
常規多層螺旋 CT 的 X 線中包含不同能量水平的光子，這種混合能量成像會產生平均衰減效應，大大減小了低對比度物質之間的分辨率[12]。同時混合能量成像的硬化效應容易產生線束硬化偽影和 CT 值的誤差[13]。能譜 CT 通過 80/140 kVp 的瞬時高/低管電壓切換，可重建 40～140 keV 范圍任一單能量 CT 圖像，單能量圖像是某單一能量水平的 X 線穿過被照體后產生衰減的圖像，可有效避免平均衰減效應的產生，具有能量單一、線束硬化偽影小、CT 值更加精準等特點[14]；并且隨著能譜 CT 高效能的降噪算法應用和革新后，可以在保證不增加輻射劑量的前提下提高圖像質量[15]。本研究結果顯示單能量組 80～140 keV 圖像噪聲比混合能量組低，SNR、CNR 和圖像主觀評分比混合能量組高，表明能譜 CT 單能量重建可獲得更高的圖像質量。
一般來說，X 線能量越低，組織吸收系數越大，X 線衰減越明顯[16]；但同時 X 線能量越低，其穿透力越弱，圖像的背景噪聲越高，因此在本研究中，單能量組圖像 SD 值隨 X 線能量升高而逐漸降低，SNR 和 CNR 逐漸升高。由于 COVID-19 早期病灶多為低密度的磨玻璃影，降低圖像噪聲更有利于病變的顯示，單能量組圖像中 140 keV 圖像噪聲最低，SNR 和 CNR 最高，但 120 keV 圖像質量主觀評分更高，可能與 140 keV 單能量重建過度抑制圖像噪聲，對于病變內部細節的顯示欠佳有關；提示 120 keV 單能量重建圖像質量最佳，對 COVID-19 臨床早期病灶顯示更佳。
本研究的不足：① 樣本量過少，且納入研究的患者病程進展程度不同；② 對病灶 ROI 的測量沒有進行多人測量取平均值，可能影響數據的穩定性；③ 重建單能量分組時采取 20 keV 間隔，待進一步縮小重建間隔，精確分析病變的最佳顯示點。
綜上所述，CT 影像學檢查具有高效、可靠、無創等優點，對于 COVID-19 的早期診斷和隨訪評估都有重要的臨床價值。同時，能譜 CT 能夠提供多種單能量重建圖像，比常規胸部 CT 掃描圖像質量更高，以 120 keV 單能量圖像質量最佳，更有利于早期低密度病變的顯示。
