陳 強(qiáng) 岑裕銘* 吳碧玉

新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)診治過程中，CT在其相關(guān)肺部炎癥的發(fā)現(xiàn)以及對(duì)比觀察有極重要價(jià)值，同時(shí)國(guó)家衛(wèi)生健康委員會(huì)《新型冠狀病毒肺炎診療方案(試行第七版)》[1]中也提出了病變的影像學(xué)定量診斷要求，因此迫切需要一種基層醫(yī)院可以運(yùn)行的病變嚴(yán)重程度計(jì)算方法。本研究通過觀察11例COVID-19患者胸部CT資料，基于肺功能解剖基礎(chǔ)及CT成像原理，探索CT肺炎指數(shù)(computed tomography pneumonia index，CTPI)的計(jì)算方法，將獲得的CTPI計(jì)算數(shù)據(jù)用于對(duì)COVID-19患者的臨床診斷中。

1 資料與方法

1.1 一般資料

搜集2020年1月22日至2020年4月4日玉林市紅十字會(huì)醫(yī)院診治的11例COVID-19患者的胸部CT影像資料，其中男性6例，女性5例；年齡28～71歲；平均年齡(44±14)歲。所有患者均經(jīng)CT胸部平掃影像檢查，且均經(jīng)COVID-19核酸檢測(cè)，符合陽性標(biāo)準(zhǔn)。本研究符合醫(yī)院倫理委員會(huì)要求，所有患者均對(duì)本研究知情同意。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：①COVID-19核酸檢測(cè)陽性患者；②CT胸部掃描有新發(fā)炎性病變。

(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：①非COVID-19患者；②CT胸部掃描無新發(fā)炎性病變。

1.3 儀器設(shè)備

采用HD750型CT掃描儀(美國(guó)GE公司)。

1.4 CT胸部掃描

(1)掃描方法：采用HD750型CT掃描儀對(duì)所有患者進(jìn)行胸部檢查，按《胸部CT掃描規(guī)范化專家共識(shí)》[2]掃描前訓(xùn)練呼吸動(dòng)作。掃描時(shí)患者取仰臥位，頭先進(jìn)，掃描范圍從胸廓入口至膈頂整個(gè)肺野，平靜吸氣后屏氣掃描，采集數(shù)據(jù)并重建圖像。

(2)掃描參數(shù)：機(jī)架旋轉(zhuǎn)速度為0.6 s/r，螺距和速度為0.984∶1，掃描層厚、層距均為5 mm，重建層厚、層距均為1.25 mm，重建算法常規(guī)+骨算法，管電壓為120 kV，自動(dòng)管電流，視野(field of view，F(xiàn)OV)為32 cm×32 cm。由兩位中級(jí)以上職稱放射科醫(yī)師做出影像診斷。

1.5 CTPI計(jì)算方法

1.5.1 CTPI定義

CTPI專指肺炎患者CT所見肺部滲出實(shí)變密度與肺功能占比的計(jì)算結(jié)果。

(1)正常肺組織基礎(chǔ)CT值(T)。①T值取該肺段或?qū)?cè)肺段正常區(qū)無肺紋理處CT值；②或中下葉交界無肺紋理區(qū)CT值，測(cè)量感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)取跨斜裂中、下葉各一半面積；③或基準(zhǔn)CT值-850 HU。本研究取中下葉交界無肺紋理區(qū)CT值T0。

(2)單個(gè)肺段的肺炎指數(shù)計(jì)算。該肺段的肺功能占比a，該肺段包括所有不同密度的典型病變層面中、最大病變面積時(shí)的CT值A(chǔ)，該肺段或?qū)?cè)肺段正常肺組織基礎(chǔ)CT值Ta，或中下葉交界無肺紋理處CT值T0，在彌漫性全肺病變時(shí)，T0=-850 HU；單個(gè)肺段的肺炎指數(shù)計(jì)算為公式1：

(3)CTPI計(jì)算方法一。18個(gè)肺段(a～r)的肺炎指數(shù)總和，其計(jì)算為公式2：

(4)CTPI計(jì)算方法二。18個(gè)肺段(a～r)的肺炎指數(shù)總和，其計(jì)算為公式3：

1.5.2 計(jì)算原理與步驟

(1)根據(jù)物理公式。物質(zhì)的質(zhì)量=密度×體積，經(jīng)過易于獲得的肺病變體積、肺病變密度值，可計(jì)算出病變的量，該病變量同時(shí)體現(xiàn)了病變體積與密度的變化。CT設(shè)備發(fā)明原理基于CT值的計(jì)算為公式4：

式中μ和μω分別為受測(cè)物和水的衰減系數(shù)。

CT值反映物質(zhì)對(duì)X射線吸收能力高低。當(dāng)物質(zhì)成分相對(duì)恒定時(shí)，可依據(jù)物質(zhì)CT值與體積計(jì)算出物質(zhì)總量，并用于同一個(gè)體不同時(shí)間對(duì)比。由于同一患者、同一病原體導(dǎo)致的肺炎病變屬于性質(zhì)成分大致相同的病變，因此可以應(yīng)用該公式進(jìn)行計(jì)算[3]。

(2)按經(jīng)典的肺段肺功能占比計(jì)算累及肺段容積的比例。具體各肺段肺功能占比，以經(jīng)典18個(gè)肺段功能占比作為肺組織受累體積計(jì)算方式：①左上肺葉，尖后段6.0%、前段6.0%、上舌段4.3%和下舌段4.3%；②左下肺葉，背段6.1%、前內(nèi)基底段6.1%、外基底段6.1%和后基底段6.1%；③右上肺葉，尖段6.9%、后段6.9%和前段6.9%；④右中肺葉，外側(cè)段4.5%和內(nèi)側(cè)段4.5%；⑤右下肺葉，背段4.9%、前基底段4.9%、內(nèi)基底段4.9%、外基底段4.9%和后基底段4.9%。估測(cè)或后處理工作站計(jì)算單個(gè)肺段內(nèi)病變所占正常肺段體積比例。

(3)測(cè)量各病變區(qū)CT值。減去基礎(chǔ)正常肺組織CT值(T)，獲得實(shí)際病變?cè)黾拥腃T值增量值。病變區(qū)CT值測(cè)量方法為測(cè)量該肺段典型密度區(qū)最大面積下CT值，測(cè)量時(shí)盡量避開較粗的肺紋理，避免血管、支氣管被納入測(cè)量范圍內(nèi)導(dǎo)致病變密度誤差。如某(A)肺段病變CT值則為A，病變CT值增量即為A-T，該肺段肺炎指數(shù)則為肺段功能占比×病變CT值增量。

(4)全肺CTPI。其自動(dòng)計(jì)算方式為公式5：

式中a～r為各(A～R)肺段病變肺功能占比。

采用Excel工作表設(shè)置各肺段肺功能占比、病灶密度CT值等數(shù)據(jù)表格，計(jì)算單元格裝入計(jì)算公式，通過試驗(yàn)驗(yàn)算。由兩位醫(yī)師閱片并判斷各肺段病變肺功能占比a～r、各肺段病變CT值A(chǔ)～R，將數(shù)據(jù)置入工作表中進(jìn)行計(jì)算后獲得全肺CTPI。

2 結(jié)果

2.1 COVID-19患者治療前后CTPI比較

根據(jù)11例COVID-19患者治療前、高峰時(shí)及治療后的CT掃描圖像，獲得圖像經(jīng)過兩位醫(yī)師判讀，并運(yùn)用Excel工作表公式計(jì)算獲得CTPI，其統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。

11例患者均經(jīng)歷了患病初診、高峰及好轉(zhuǎn)階段，初診時(shí)CT胸部圖像為不同程度的磨玻璃密度、混雜實(shí)變；高峰時(shí)表現(xiàn)為體積、密度不同程度增加，病情加重，甚至使用呼吸機(jī)；吸收好轉(zhuǎn)后病灶逐漸消散，或轉(zhuǎn)為索條再逐漸消失；至出院14 d后逐漸完全消失。提示部分病變?cè)诎l(fā)展的后期可能為小葉或亞段的肺不張，隨著肺通氣改善，不張的肺組織逐漸膨脹復(fù)張過程。

2.2 典型病例分析

(1)病例一：患者男性，61 歲，臨床診斷為COVID-19普通型?；颊叱踉\時(shí)病變呈磨玻璃密度影，肺炎指數(shù)15.1。5 d后到達(dá)高峰呈部分實(shí)變，但體積未明顯變化，密度測(cè)量也未能提示病變進(jìn)展倍數(shù)關(guān)系，用肺炎指數(shù)表達(dá)則為29.6，提示病變量已進(jìn)展1倍。出院日肺炎指數(shù)降為8.4、出院14 d肺炎指數(shù)降為5.4，提示治療有效并持續(xù)好轉(zhuǎn)。典型病例患者各項(xiàng)指標(biāo)見表2，CT圖像見圖1。

表1 11例COVID-19患者治療前后CTPI比較

表2 病例一患者治療前后CT顯示病灶各測(cè)量結(jié)果比較

(2)病例二：患者男性，71歲，初診時(shí)病變呈多發(fā)磨玻璃密度影，CTPI為41.8；2 d后到達(dá)高峰呈大部分實(shí)變，體積、密度同時(shí)增高，CTPI為326.6，提示病變量已進(jìn)展約8倍，此時(shí)患者癥狀顯著進(jìn)展，有呼吸困難等癥狀，臨床診斷為COVID-19重型?；颊呤褂脽o創(chuàng)呼吸機(jī)，經(jīng)過1個(gè)月治療，出院日CTPI降為95.9，出院14 d時(shí)CTPI降為54.1，提示治療有效并持續(xù)好轉(zhuǎn)，CTPI良好反映病變轉(zhuǎn)歸。典型病例患者各項(xiàng)指標(biāo)見表3，CT圖像見圖2。

圖1 病例一患者CT圖像

圖2 病例二患者CT圖像

表3 病例二患者治療前后CT顯示病灶各測(cè)量結(jié)果比較

3 討論

本研究中CTPI與臨床肺炎嚴(yán)重度指數(shù)(pneumonia severity index，PSI)為兩個(gè)不同的概念。CTPI為基于CT檢查獲得的圖像數(shù)據(jù)，并與肺段體積、肺功能占比及病變CT值相關(guān)，僅限肺部病變的計(jì)算測(cè)量；而PSI分級(jí)與年齡、性別、腫瘤肝病等合并癥、神志狀態(tài)等查體項(xiàng)目和抽血檢驗(yàn)項(xiàng)目相關(guān)。

CT是一種以數(shù)字化運(yùn)算、計(jì)算物質(zhì)對(duì)X射線吸收衰減系數(shù)為原理的影像檢查方式，CT值也僅提示病變對(duì)X射線的吸收程度、密度變化，未能確切體現(xiàn)病變體積、密度以及所在肺段功能受影響程度的總量變化[4]。COVID-19發(fā)展過程經(jīng)歷了從淡薄磨玻璃密度到實(shí)變的過程，臨床對(duì)病變進(jìn)展、吸收程度提出了更高的量化分析要求，不僅要獲得容積數(shù)據(jù)，也需要獲得病變內(nèi)部質(zhì)地的變化，因此在影像報(bào)告中僅做病變?nèi)S尺寸測(cè)量已經(jīng)不能滿足臨床需要[5]。通過CTPI的計(jì)算，可以獲得一個(gè)可供臨床參考的有效的與肺功能占比、容積和密度等密切相關(guān)的量化數(shù)值，提供了一種現(xiàn)實(shí)可行的簡(jiǎn)易診斷學(xué)數(shù)據(jù)。

由于患者體型不同，因此按肺段功能占比計(jì)算比按容積計(jì)算病變范圍更適應(yīng)判斷病變嚴(yán)重程度。同時(shí)由于各肺段通氣效果存在差異，即使同體積肺組織，有效肺功能占比也有所不同。不同的患者、不同呼吸屏氣狀態(tài)，基礎(chǔ)肺組織的CT值會(huì)有不同密度差，這是影響CTPI計(jì)算的諸多因素之一[8]。因此，在公式設(shè)置中需要體現(xiàn)個(gè)體化差異，以及盡可能準(zhǔn)確地獲得實(shí)際病變對(duì)患者基礎(chǔ)正常肺組織的CT值增量。在臨床實(shí)踐中如遇到全肺彌漫性病變，需要以一個(gè)正常肺的基準(zhǔn)CT值作為T值進(jìn)行計(jì)算病變CT值增量，此時(shí)可選用-850 HU作為正常肺基準(zhǔn)CT值。

在現(xiàn)有智能化設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行病變研判，仍會(huì)出現(xiàn)不同基礎(chǔ)肺密度下，識(shí)別病變的密度閾值、病變邊界劃分困難[6]。如在肥胖患者肺體積降低導(dǎo)致基礎(chǔ)肺密度增高，肺氣腫患者肺體積增高導(dǎo)致基礎(chǔ)肺密度降低，以及一些結(jié)締組織病導(dǎo)致肺密度混雜。因此依靠醫(yī)師人為確定病變范圍，同時(shí)結(jié)合設(shè)備測(cè)量肺炎病變區(qū)與基礎(chǔ)肺區(qū)不同CT值的方法在目前相對(duì)更適合應(yīng)用于非科研的基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)。

本研究尚存在不足之處：①由于病變區(qū)域劃分是人工劃分，必然存在醫(yī)師個(gè)人技術(shù)水平所限，難以完全避免漏診和誤診；②影像科醫(yī)師需要極為熟悉各肺段解剖與正常變異，以便更準(zhǔn)確判斷所在肺段的病變肺功能占比；③測(cè)量病灶密度時(shí)容易受測(cè)量區(qū)域多種密度分布、多種正常脈管容積效應(yīng)導(dǎo)致測(cè)量CT值誤差；④CTPI僅限運(yùn)用于肺不張無或輕微的患者；⑤CTPI嚴(yán)重程度分度，對(duì)指引呼吸機(jī)使用的作用有待更大樣本的統(tǒng)計(jì)分析。肺泡性肺水腫、肺出血、血行播散型肺結(jié)核、人感染H7N9型禽流感以及多發(fā)腫瘤[7-11]等其他全肺彌漫性病變是否適用有待研究。本研究不適用于單發(fā)肺腫瘤以及肺不張明顯患者，由于涉及較多肺段病變時(shí)明顯影響工作效率，Excel工作表運(yùn)用和公式設(shè)置需要一定的知識(shí)儲(chǔ)備，故有待CT設(shè)備智能化更深入普及。

4 結(jié)論

基于肺段解剖肺功能占比、CT掃描獲得的病灶密度CT值的CTPI能夠反映無肺不張的肺炎病變嚴(yán)重程度、方便病變治療前后對(duì)比。同時(shí)，作為一個(gè)計(jì)算耗時(shí)可以接受、準(zhǔn)確性能滿足需要以及易于理解和書面表達(dá)的數(shù)據(jù)，可以極大的方便臨床工作，具有一定應(yīng)用價(jià)值，后期應(yīng)用需要CT智能設(shè)備廠商深入開發(fā)普及功能，使CTPI更方便運(yùn)用。