基于肺功能占比的CT肺炎指數計算方法應用在新型冠狀病毒肺炎治療中的研究*

陳 強 岑裕銘* 吳碧玉

新型冠狀病毒肺炎(COVID-19)診治過程中，CT在其相關肺部炎癥的發現以及對比觀察有極重要價值，同時國家衛生健康委員會《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定量診斷要求，因此迫切需要一種基層醫院可以運行的病變嚴重程度計算方法。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及CT成像原理，探索CT肺炎指數(computed tomography pneumonia index，CTPI)的計算方法，將獲得的CTPI計算數據用于對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日玉林市紅十字會醫院診治的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CT胸部平掃影像檢查，且均經COVID-19核酸檢測，符合陽性標準。本研究符合醫院倫理委員會要求，所有患者均對本研究知情同意。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①COVID-19核酸檢測陽性患者；②CT胸部掃描有新發炎性病變。

(2)排除標準：①非COVID-19患者；②CT胸部掃描無新發炎性病變。

1.3 儀器設備

采用HD750型CT掃描儀(美國GE公司)。

1.4 CT胸部掃描

(1)掃描方法：采用HD750型CT掃描儀對所有患者進行胸部檢查，按《胸部CT掃描規范化專家共識》[2]掃描前訓練呼吸動作。掃描時患者取仰臥位，頭先進，掃描范圍從胸廓入口至膈頂整個肺野，平靜吸氣后屏氣掃描，采集數據并重建圖像。

(2)掃描參數：機架旋轉速度為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+骨算法，管電壓為120 kV，自動管電流，視野(field of view，FOV)為32 cm×32 cm。由兩位中級以上職稱放射科醫師做出影像診斷。

1.5 CTPI計算方法

1.5.1 CTPI定義

CTPI專指肺炎患者CT所見肺部滲出實變密度與肺功能占比的計算結果。

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

(2)單個肺段的肺炎指數計算。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、最大病變面積時的CT值A，該肺段或對側肺段正常肺組織基礎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，T0=-850 HU；單個肺段的肺炎指數計算為公式1：

(3)CTPI計算方法一。18個肺段(a～r)的肺炎指數總和，其計算為公式2：

(4)CTPI計算方法二。18個肺段(a～r)的肺炎指數總和，其計算為公式3：

1.5.2 計算原理與步驟

(1)根據物理公式。物質的質量=密度×體積，經過易于獲得的肺病變體積、肺病變密度值，可計算出病變的量，該病變量同時體現了病變體積與密度的變化。CT設備發明原理基于CT值的計算為公式4：

式中μ和μω分別為受測物和水的衰減系數。

CT值反映物質對X射線吸收能力高低。當物質成分相對恒定時，可依據物質CT值與體積計算出物質總量，并用于同一個體不同時間對比。由于同一患者、同一病原體導致的肺炎病變屬于性質成分大致相同的病變，因此可以應用該公式進行計算[3]。

(2)按經典的肺段肺功能占比計算累及肺段容積的比例。具體各肺段肺功能占比，以經典18個肺段功能占比作為肺組織受累體積計算方式：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，外側段4.5%和內側段4.5%；⑤右下肺葉，背段4.9%、前基底段4.9%、內基底段4.9%、外基底段4.9%和后基底段4.9%。估測或后處理工作站計算單個肺段內病變所占正常肺段體積比例。

(3)測量各病變區CT值。減去基礎正常肺組織CT值(T)，獲得實際病變增加的CT值增量值。病變區CT值測量方法為測量該肺段典型密度區最大面積下CT值，測量時盡量避開較粗的肺紋理，避免血管、支氣管被納入測量范圍內導致病變密度誤差。如某(A)肺段病變CT值則為A，病變CT值增量即為A-T，該肺段肺炎指數則為肺段功能占比×病變CT值增量。

(4)全肺CTPI。其自動計算方式為公式5：

式中a～r為各(A～R)肺段病變肺功能占比。

采用Excel工作表設置各肺段肺功能占比、病灶密度CT值等數據表格，計算單元格裝入計算公式，通過試驗驗算。由兩位醫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～R，將數據置入工作表中進行計算后獲得全肺CTPI。

2 結果

2.1 COVID-19患者治療前后CTPI比較

根據11例COVID-19患者治療前、高峰時及治療后的CT掃描圖像，獲得圖像經過兩位醫師判讀，并運用Excel工作表公式計算獲得CTPI，其統計結果見表1。

11例患者均經歷了患病初診、高峰及好轉階段，初診時CT胸部圖像為不同程度的磨玻璃密度、混雜實變；高峰時表現為體積、密度不同程度增加，病情加重，甚至使用呼吸機；吸收好轉后病灶逐漸消散，或轉為索條再逐漸消失；至出院14 d后逐漸完全消失。提示部分病變在發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\時病變呈磨玻璃密度影，肺炎指數15.1。5 d后到達高峰呈部分實變，但體積未明顯變化，密度測量也未能提示病變進展倍數關系，用肺炎指數表達則為29.6，提示病變量已進展1倍。出院日肺炎指數降為8.4、出院14 d肺炎指數降為5.4，提示治療有效并持續好轉。典型病例患者各項指標見表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顯示病灶各測量結果比較

(2)病例二：患者男性，71歲，初診時病變呈多發磨玻璃密度影，CTPI為41.8；2 d后到達高峰呈大部分實變，體積、密度同時增高，CTPI為326.6，提示病變量已進展約8倍，此時患者癥狀顯著進展，有呼吸困難等癥狀，臨床診斷為COVID-19重型?；颊呤褂脽o創呼吸機，經過1個月治療，出院日CTPI降為95.9，出院14 d時CTPI降為54.1，提示治療有效并持續好轉，CTPI良好反映病變轉歸。典型病例患者各項指標見表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顯示病灶各測量結果比較

3 討論

本研究中CTPI與臨床肺炎嚴重度指數(pneumonia severity index，PSI)為兩個不同的概念。CTPI為基于CT檢查獲得的圖像數據，并與肺段體積、肺功能占比及病變CT值相關，僅限肺部病變的計算測量；而PSI分級與年齡、性別、腫瘤肝病等合并癥、神志狀態等查體項目和抽血檢驗項目相關。

CT是一種以數字化運算、計算物質對X射線吸收衰減系數為原理的影像檢查方式，CT值也僅提示病變對X射線的吸收程度、密度變化，未能確切體現病變體積、密度以及所在肺段功能受影響程度的總量變化[4]。COVID-19發展過程經歷了從淡薄磨玻璃密度到實變的過程，臨床對病變進展、吸收程度提出了更高的量化分析要求，不僅要獲得容積數據，也需要獲得病變內部質地的變化，因此在影像報告中僅做病變三維尺寸測量已經不能滿足臨床需要[5]。通過CTPI的計算，可以獲得一個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的量化數值，提供了一種現實可行的簡易診斷學數據。

由于患者體型不同，因此按肺段功能占比計算比按容積計算病變范圍更適應判斷病變嚴重程度。同時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，基礎肺組織的CT值會有不同密度差，這是影響CTPI計算的諸多因素之一[8]。因此，在公式設置中需要體現個體化差異，以及盡可能準確地獲得實際病變對患者基礎正常肺組織的CT值增量。在臨床實踐中如遇到全肺彌漫性病變，需要以一個正常肺的基準CT值作為T值進行計算病變CT值增量，此時可選用-850 HU作為正常肺基準CT值。

在現有智能化設備基礎上進行病變研判，仍會出現不同基礎肺密度下，識別病變的密度閾值、病變邊界劃分困難[6]。如在肥胖患者肺體積降低導致基礎肺密度增高，肺氣腫患者肺體積增高導致基礎肺密度降低，以及一些結締組織病導致肺密度混雜。因此依靠醫師人為確定病變范圍，同時結合設備測量肺炎病變區與基礎肺區不同CT值的方法在目前相對更適合應用于非科研的基層醫療機構。

本研究尚存在不足之處：①由于病變區域劃分是人工劃分，必然存在醫師個人技術水平所限，難以完全避免漏診和誤診；②影像科醫師需要極為熟悉各肺段解剖與正常變異，以便更準確判斷所在肺段的病變肺功能占比；③測量病灶密度時容易受測量區域多種密度分布、多種正常脈管容積效應導致測量CT值誤差；④CTPI僅限運用于肺不張無或輕微的患者；⑤CTPI嚴重程度分度，對指引呼吸機使用的作用有待更大樣本的統計分析。肺泡性肺水腫、肺出血、血行播散型肺結核、人感染H7N9型禽流感以及多發腫瘤[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肺腫瘤以及肺不張明顯患者，由于涉及較多肺段病變時明顯影響工作效率，Excel工作表運用和公式設置需要一定的知識儲備，故有待CT設備智能化更深入普及。

4 結論

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重程度、方便病變治療前后對比。同時，作為一個計算耗時可以接受、準確性能滿足需要以及易于理解和書面表達的數據，可以極大的方便臨床工作，具有一定應用價值，后期應用需要CT智能設備廠商深入開發普及功能，使CTPI更方便運用。