Feasibility Study of Low Dose Chest CT for Initial Evaluation of Blunt Chest Trauma Patient

Abstract

INTRODUCTION: Multi-detector computed tomography (MDCT) is now modality of choice for evaluation of the polytrauma patients including thoracic injury. However, the routine use of CT results in rapid increase of the CT radiation dose in blunt chest trauma evaluation. Therefore, according to the ALARA (as low as reasonable achievable) principle, radiation dose adjustment in the patients with blunt chest trauma is inevitable. We aimed to evaluate the diagnostic performance and inter-observer consistency of low-dose chest CT (LDCT) in the patients with blunt chest trauma. MATERIALS AND METHODS: A total of 69 patients who met criteria indicative of blunt chest trauma (77% of male; age range, 16-85) were prospectively included. All patients underwent LDCT without intravenous (IV) contrast and standard-dose chest CT (SDCT) with IV contrast using parameters as followings: LDCT, 40mAs with automatic tube current modulation (ATCM) and 100kVp (body mass index (BMI) <25, n=51) or 120kVp (BMI>25, n=18); SDCT, 180mAs with ATCM and 120kVp. Transverse, coronal, saggital images were reconstructed with 3-mm slice thickness without gap for investigators. Reference standard images (transverse, coronal, saggital) were reconstructed using standard chest CT data with 1-mm slice thickness without gap. Reference standard was established by 2 experienced thoracic radiologist by consensus. Three investigators independently evaluated blunt chest injury (pulmonary and tracheobronchial injury, skeletal trauma, mediastinal injury, chest wall injury, diaphragmatic injury, aortic injury and upper abdominal injury). Investigators recorded results with 4 confidence scale (0-3 point). Comparison of radiation dose was done by vendor providing CT dose index volume (CTDIvol). RESULTS: Radiation dose of LDCT (average CTDIvol = 2.72mGy) was significantly lower than those of SDCT (average CTDIvol = 13.4mGy) (79.4% dose reduction). Multiple-reader receiver operating characteristic (ROC) analysis for comparing areas under the ROC curves (AUC) demonstrated that LDCT was comparable to SDCT for evaluation of blunt chest injury (AUC in LDCT : 0.823-1.000, AUC in SDCT : 0.781-1.000, p>0.05). ROC comparison analysis revealed no significant difference of diagnostic performance between LDCT and SDCT for the diagnosis of pulmonary injury, skeletal trauma, mediastinal injury and chest wall injury (p>0.05). Intraclass correlation coefficient (ICC) was measured for inter-observer consistency and revealed that there was good inter-observer consistency in each examination of LDCT and SDCT for evaluation of blunt chest injury (0.8601~1.000). Aortic and upper abdominal injury could not be appropriately compared due to LDCT underwent without using contrast materials and this was limitation of this study. CONCLUSION: Our conclusion is that there is a great potential benefit to use of LDCT for initial evaluation of blunt chest trauma because LDCT could maintain diagnostic image quality as SDCT and provide significant radiation dose reduction. Further study of LDCT with IV contrast for evaluation of aortic and upper abdominal injury is needed.

서론: 전산화단층촬영 (Computed tomography, 이하 CT)은 흉부 외상을 포함한 중증 외상환자의 진단에 있어 핵심적인 역할을 하고 있다. 하지만 흉부 외상환자에서 일상적인 CT 의 사용으로 인하여 CT 에 의한 방사선량이 급격히 증가하였다. 따라서 ALARA (as low as reasonable achievable)에 따라 흉부 외상환자에서도 방사선량의 조정이 불가피하다. 따라서 이 연구를 통하여 흉부 외상 환자에서 저선량 흉부 CT (Low dose chest CT, 이하 LDCT)의 진단능과 관찰자들 간의 진단 일치도를 알아보고자 한다. 연구 방법: 전향적 연구로써 선정 기준에 부합하는 총 69 명의 흉부 외상환자를 연구하였다 (남자 : 77%, 16 세 ~ 85 세). 모든 환자들에게 조영제를 주입하지 않은 LDCT 와 조영제를 주입한 일반선량 흉부 CT (Standard dose chest CT, 이하 SDCT)를 모두 시행하였으며, 다음과 같이 CT 변수를 조정하였다. : LDCT, 40mAs with automatic tube current modulation (ATCM) and 100kVp (body mass index, 이하 BMI<25, n=51) or 120kVp (BMI>25, n=18); SDCT, 180mAs with ATCM and 120kVp. CT 영상은 3mm 절편두께로 횡축, 종축, 시상축으로 재구성하였다. 진단의 참조 표준은 CT 를 1mm 절편두께로 재구성한 영상을 2 명의 흉부 영상의학과 전문의가 일치를 이루어 판독한 결과를 이용하였다. 3 명의 관찰자가 독립적으로 흉부외상 (흉부실질과 기관지 손상, 골격 손상, 종격동 손상, 흉벽 손상, 횡격막 손상, 대동맥 손상, 상복부 손상)에 대해 진단을 하였다. 관찰자들은 진단의 확신 정도를 4 점의 척도를 이용하여 평가하였다(0-3 점). 방사선량의 비교는 vendor 가 제시하는 CT dose index volume(CTDIvol) 값을 이용하였다. 연구 결과: LDCT의 방사선량 (average CTDIvol = 2.72mGy)은 SDCT의 방사선량 (average CTDIvol = 13.4mGy)보다 현저하게 낮은 값을 보였다 (약 79.4%의 방사선량 감소). 다중-관찰자 수신자특성곡선 (Multiple-reader receiver operating characteristic, 이하 ROC)의 분석을 통한 area under the ROC curve(AUC)의 값을 분석한 결과 흉부외상을 진단하는데 LDCT와 SDCT 모두 높은 진단능을 보였으며 두 군간의 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았다 (0.823-1.000, 0.781-1.000, p>0.05). 유목내 상관 계수 (Intraclass correlation coefficient, 이하 ICC)를 통하여 관찰자들 간의 진단 일치도를 분석한 결과, LDCT와 SDCT 모두 흉부외상를 진단하는데 있어 좋은 진단 일치도를 보였다 (ICC=0.8601 – 1.000). LDCT에서 조영제를 사용하지 않았기 때문에 대동맥과 상복부 손상을 비교하는데 제한이 있었다. 결론: LDCT 는 SDCT 와 비교하여 방사선량의 획기적으로 줄이면서 진단능을 유지할 수 있기 때문에 흉부 외상의 초기 평가에 있어서 굉장히 이점을 가지고 있다. 추후에 대동맥과 상복부 손상을 비교하기 위하여 조영제를 이용한 LDCT 를 이용한 연구의 진행이 필요하다.