White Lung 白肺

最近新型冠狀病毒肺炎疫情牽動人心，有一個詞常常出現在患者病情描述中，“白肺”。但是，什麼是白，什麼是黑，你真的清楚嗎？

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CT及胸片中黑色代表著這個部位對於X射線的衰減能力弱，一般情況下也就意味著密度低。因而健康的肺充盈著呼吸的空氣時，除瞭血管外的絕大部分在圖像中應該是黑色的。當肺部出現異常的白色區域時，意味著該部位的密度升高，可能是炎癥引起。由於胸片無法顯示細微結構，因此當胸片呈一大片白色形成“白肺”時，患者的癥狀可能已經相當嚴重。

我僅從一個物理師的角度，同大傢討論一下CT或胸片中的白與黑。

1、 圖像是如何產生的

下圖為CT掃描的示意圖，其中X射線球管產生X射線，而對側的探測器獲取穿過人體後的X射線信號。

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圖 1 第三代CT（左）及第四代CT（右）示意圖。

(圖片來源於http://oncologymedicalphysics.com/ct-special-topics/，侵刪)

當X射線穿過人體時會受到一些“阻力”，從而衰減。X射線衰減的程度與其到達探測器路徑上的介質有關。一般而言，CT所用能量的X射線衰減程度與人體內物質的密度正相關。因此，通過探測X射線的衰減程度，我們可以逆推出人體內不同位置的密度。

X射線在體內的衰減其實也就是沉積瞭能量在人體內，也就是我們常說的“輻射”。

正如之前所言，探測器獲取的是從X射線球管到探測器這一路上的衰減程度，因此當我們拍胸片時，圖像映的是X射線從身體後側到前側（這樣能減少心臟所受的輻射）總的衰減程度。而CT則因為X射線會圍繞身體一周穿過人體，因而在經過一系列信號處理後，能夠獲取到每一個位置的衰減程度，從而可以更清楚的分辨不同的組織及識別病灶。這也是CT的輻射量比常規胸片高的原因。

2、圖像是如何顯示的

在CT中，我們通常會用CT值（也稱之為Hounsfield Unit，HU）描述某個部位對於X射線的衰減能力。一般而言，CT值越高代表對於X射線的衰減能力越強，對應物質的密度也越高。

而在將CT值矩陣轉化為我們所看到的圖像的過程中，灰度是最常用的顯示辦法。具體到實際顯示過程中，需要給定一個最大CT值和最小CT值（臨床上一般用窗寬和窗位）。對於大於最大CT值的部分，用白色顯示；對於小於最小CT值的部分，用黑色顯示。而CT值介於二者之間的，則由不同程度的灰色顯示

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圖 2 灰度條。

（ 圖片來源於http://2il.org/how-to-make-a-realistic-3d-sketch-painting-illusion/grayscale-value-chart/，侵刪)

因此，在CT圖像中，白色意味著這個部位的CT值更高也就是對於X射線的阻擋本領更強，一般情況下，也就是密度更高。黑色則相反。這也是為什麼一般人體外部分是黑色，因為空氣的密度是很低的。

在實際應用中，對於人體不同器官、組織，會使用不同的窗寬和窗位以提高對比度從而更好地分辨不同的組織和發現病灶。

胸片的顯示與CT類似，但其反映的是背部到前胸一條線上整體的對於X射線的衰減效果，因此無法顯示細微結構。

3、 肺部成像

瞭解瞭成像的原理之後，讀者應該已經有一個直觀的印象，圖像中越白的區域對應的密度越高，越黑則越低。具體到肺而言，健康的肺充盈著呼吸的空氣，絕大部分位置的密度應該是比較低的。當然，肺裡面還有血管和血液，因而肺部成像不可能是全黑的。

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圖 3 正常人的胸部X片及CT。

（圖片來源於http://radiopaedia.org/cases/normal-chest-x-ray，http://radiopaedia.org/images/157288，侵刪）

當肺部CT中某些部位出現異常的白色時，最直觀也最準確的判斷是這個部位的密度升高瞭。

這時候就需要影像科醫生結合患者整體的圖像和其具體情況做出判斷，密度的升高是因為炎癥還是其他的原因，並出具相應的報告。但即便確認是炎癥引起，從圖像上可能也無法定位到究竟是什麼引起的肺部感染。

《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案(試行第五版)》將湖北地區具有肺炎影像學特征的疑似病例新劃分為臨床診斷病例。這樣做是為瞭避免核酸檢測陽性率低而造成的漏檢；但另一方面，無法僅憑影像學特征將其歸為確診病例，這是因為其他的病毒性或細菌性肺炎醫學影像與新型冠狀病毒感染的肺炎類似。

圖 4 同一例新型冠狀病毒肺炎確診病例的胸部X片及CT

（ 圖片來源於 鄭穎彥，馬昕，王慧英，王東東，耿道穎，尹波．新型冠狀病毒肺炎的 CT 征象[J/OL]．上海醫學.，侵刪)

百度百科裡對於“白肺”的定義如下：白肺一般是指的重癥肺炎其在X光檢查下的表現，肺部顯影呈一大片的白色狀而得名。形成白肺一般都預示著肺部有被炎癥所侵潤。

如在原理部分所說，X光胸片無法如CT一樣顯示細微結構，因此在CT上有影像學表現時胸片可能並不明顯（如圖4）。但當胸片也呈現一大片白色狀時，則意味著其癥狀可能已經相當嚴重。

圖 5 新型冠狀病毒肺炎重癥患者CT。

（圖片來源於 宋斌， 影像學在抗擊新冠肺炎戰“疫”中的價值，侵刪）

作者：Deqi Chen, Haonan Xiao, Chenyang Liu

參考文獻：

1. 鄭穎彥，馬昕，王慧英，王東東，耿道穎，尹波．新型冠狀病毒肺炎的 CT 征象[J/OL]．上海醫學

2. 宋斌， 影像學在抗擊新冠肺炎戰“疫”中的價值

3. http://oncologymedicalphysics.com/ct-special-topics/

4. http://2il.org/how-to-make-a-realistic-3d-sketch-painting-illusion/grayscale-value-chart/

5. http://radiopaedia.org/cases/normal-chest-x-ray，

6. http://radiopaedia.org/images/157288

昆山杜克大學醫學物理項目介紹

醫學物理是一個新興的交叉學科，研究如何將物理知識運用到人類疾病的診斷和治療當中，它結合瞭物理，數學，計算機，大數據，生物和醫學等多方面知識。昆山杜克醫學物理項目主要有 Diagnostic Imaging（診斷成像），Radiation Therapy（放射治療），Nuclear Medicine（核醫學）三個方向。

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