• Quantitative Computed Tomography Analysis
• Volume of the VRS of different areas
• Pneumonia COVID-19
• COVID-19
• SARS-CoV-2
• Polmonite COVID-19
• TC
• Analisi Quantitativa TC
• CALIPER
• Volume delle VRS di aree diverse

Nel dicembre 2019 a Wuhan, in Cina, è emerso un nuovo ceppo di coronavirus denominato dalla World Health Organization (WHO), Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) causativo di una malattia infettiva nota come Coronavirus Disease (COVID-19). Dopo la prima segnalazione dei casi di COVID-19, SARS-CoV-2 si è diffuso rapidamente in tutto il mondo e, a causa della velocità e dimensione del contagio, l’11 marzo 2020 la WHO ha dichiarato lo stato di pandemia. Questo virus è un virus respiratorio causativo di un’infezione delle vie respiratorie superiori e, in alcuni casi, di un’infezione delle vie respiratorie inferiori. La trasmissione avviene principalmente tramite droplets e aerosol contenenti particelle virali; il contatto tra persona sana e persona infetta deve essere diretto o ravvicinato (< 2 mt). La malattia COVID-19 si può presentare in forma asintomatica o sintomatica. Gli asintomatici sono privi di sintomi ma comunque contagiosi. I sintomatici possono sviluppare un quadro clinico lieve, moderato o grave. Nel primo caso l’infezione rimane confinata nelle alte vie aeree e il paziente riferisce sintomi respiratori e sistemici aspecifici; i più comuni sono febbre, tosse, stanchezza e perdita o diminuzione del gusto (ageusia-disgeusia) e/o olfatto (anosmia-iposmia). Tra i sintomi meno comuni troviamo mal di gola, cefalea, mialgia, diarrea e/o vomito, eruzioni cutanee o discromie di dita di mani e piedi e occhi arrossati e/o irritati. Nel secondo caso il virus raggiunge le basse vie respiratorie determinando un quadro di polmonite interstiziale con tosse, febbre, dispnea e possibile ipossia. Nell’ultimo caso il virus scatena una risposta iperinfiammatoria sistemica con tempesta citochinica responsabile di danno polmonare (ARDS) ed extrapolmonare (danno cardiaco, neurologico, renale, ematologico con coagulazione disseminata intravascolare etc) tale da portare a uno stato di shock settico e morte per insufficienza multiorgano.
SARS-CoV-2 è responsabile di un quadro di polmonite interstiziale in cui si ha danno parenchimale e vascolare. I danni vascolari sembrano avere un ruolo nella fisiopatologia della polmonite COVID-19. In particolar modo, nella polmonite COVID-19 si ha un quadro di microangiopatia trombotica ovvero una marcata trombosi microvascolare sia pre- che post-capillare che si pensa essere il meccanismo patogenetico responsabile dell’iniziale ipossia associata alla polmonite. A questo quadro si aggiunge anche un meccanismo di neoangiogenesi intussuscettiva il cui ruolo è ancora da chiarire.
La diagnosi di polmonite COVID-19 viene fatta tramite un approccio integrato clinico, laboratoristico, radiologico ed ecografico. La TC torace è invece uno strumento di imaging molto importante nella valutazione del decorso e della severità del quadro di polmonite COVID-19 in quanto ben capace di mettere in evidenza i danni parenchimali che SARS-CoV-2 determina. Il limite della TC è però quello di non riuscire ad inquadrare chiaramente i cambiamenti vascolari che si hanno in corso di polmonite COVID-19. La TC quantitativa sembra essere un valido strumento per poter superare questo limite. Tra i vari software disponibili, negli ultimi anni, è stato introdotto Computer-Aided Lung Informatics for Pathology Evaluation and Rating (CALIPER) che permette di valutare quantitativamente la componente parenchimale polmonare e vascolare delle interstiziopatie polmonari e il pattern polmonare identificato dalla TC torace. La polmonite COVID-19, benché di diversa eziologia, ha una stretta somiglianza con le malattie interstiziali polmonari per cui gli autori dello studio di Romei si sono preposti di analizzare quantitativamente la componente vascolare in polmonite COVID-19 tramite il software CALIPER. Questo ha permesso loro di notare come all’aumentare delle strutture vascolari (VRS) totali calcolate rispetto al volume polmonare totale aumenta l’intensità di cura richiesta dal paziente e il rischio mortalità.
Lo scopo del presente studio è descrivere le alterazioni delle VRS aventi aree diverse in pazienti con polmonite COVID-19 mediante il software di analisi quantitativa TC, CALIPER, correlando i dati estrapolati dall’analisi delle VRS con l’entità delle alterazioni dello scambio gassoso e con gli outcome di COVID-19 intesi come intensità di cure richieste e mortalità.
Mediante un’analisi retrospettiva monocentrica è stata presa in esame una popolazione di pazienti con diagnosi di polmonite COVID-19 che avesse eseguito una TC torace in setting d’emergenza nel sospetto clinico di COVID-19 e almeno un test molecolare con metodo Real Time PCR per SARS-CoV-2 su tampone naso-faringeo non più di una settimana dopo l’acquisizione della TC. Il campione iniziale era composto da 313 pazienti ma, dopo aver applicato i criteri di esclusione, sono stati 258 i pazienti inclusi nelle analisi statistiche. I pazienti erano ricoverati in differenti reparti presso l’Azienda Ospedaliera Universitaria Pisana nel periodo compreso tra il 1° marzo e il 30 aprile 2020 (prima ondata COVID-19). Ogni immagine TC torace è stata analizzata quantitativamente dal software CALIPER.
L’analisi si riferisce a 172 pazienti di sesso maschile (67% dei 258 pazienti totali) e 86 di sesso femminile (33% dei 258 pazienti totali). L’età media del campione è pari a 67 anni con una mediana di 69 anni ed età massima di 98 anni e minima di 24 anni. Per ogni paziente sono stati presi in considerazione: i) i dati quantitativi forniti da CALIPER riguardanti i volumi delle VRS aventi aree diverse (area ≤ 5 mm2, 5 < area ≤ 10 mm2, 10 < area ≤ 15 mm2, 15 < area ≤ 20 mm2 e area > 20 mm2) da cui si sono ricavate le rispettive percentuali calcolate sul volume vascolare totale; ii) i parametri degli scambi gassosi PaO2/FiO2nadir e PaO2/FiO2standard (il primo calcolato tenendo di conto del valore di PaO2 più basso registrato durante il ricovero e il secondo calcolato mediante la formula 1.66*PaCO2 + PaO2-66.4 con PaCO2 < 40 mmHg più vicina al giorno in cui è stata fatta la TC torace ai pazienti); iii) l’outcome inteso sia come intensità di cure richieste sia come mortalità/vitalità.
Dai nostri risultati si nota come i pazienti che hanno un valore maggiore di percentuale delle VRS ≤ 5 mm2, 5 < area ≤ 10 mm2, 10 < area ≤ 15 mm2, 15 < area ≤ 20 mm2 sono per la maggior parte pazienti che richiedono una terapia di supporto respiratoria meno intensa e con un valore di PaO2/FiO2nadir sempre più elevato mentre vale il contrario per i valori della percentuale delle VRS > 20 mm2; sulla base di questo sembrerebbe che ci sia un miglioramento degli scambi gassosi alveolo-capillari. In aggiunta è stata vita una diretta proporzionalità tra la percentuale delle VRS ≤ 5 mm2, 5 < area ≤ 10 mm2, 10 < area ≤ 15 mm2, 15 < area ≤ 20 mm2 e il PaO2/FiO2nadir e un’inversa proporzionalità tra la percentuale delle VRS > 20 mm2 e il PaO2/FiO2nadir. Risultati simili sono stati ottenuti anche con PaO2/FiO2standard: la percentuale delle VRS 5 < area ≤ 10 mm2, 10 < area ≤ 15 mm2, 15 < area ≤ 20 mm2 aumenta all’aumentare del rapporto PaO2/FiO2standard mentre diminuisce all’aumentare della percentuale delle VRS > 20 mm2 (esclusione delle VRS ≤ 5 mm2 per cui non è stata riscontrata una correlazione statisticamente significativa con PaO2/FiO2standard). Dunque, sembrerebbe che l’aumento, in termini di percentuale, delle VRS di area più piccola abbia un ruolo nel migliorare gli scambi gassosi alveolo-capillare. Questi risultati, quindi, approfondiscono le conclusioni dello studio di Romei i cui dati considerano la percentuale delle VRS totale rispetto al volume polmonare totale mentre i nostri dati confrontano le percentuali delle VRS con diverse aree sul totale delle VRS. Inoltre, questi risultati consentono di scomporre il ruolo di aree di VRS di superficie diversa sugli outcome clinici. Dal confronto delle percentuali delle VRS di ciascuna area con la probabilità che un paziente ha di morire non si sono ricavate alcune differenze significative per cui i nostri dati non sembrano consentire una chiara definizione delle quali VRS divise per aree contribuiscano al rischio di morte che, secondo lo studio di Romei, aumenterebbe all’aumentare del VRS totale calcolato rispetto al volume polmonare totale. Tuttavia, il presente studio presenta dei limiti quali il suo essere retrospettivo e monocentrico e lo stesso software CALIPER, nato per la valutazione del parenchima polmonare, che ha ancora bisogno di messa a punto per quanto riguarda la componente vascolare.


In December 2019 in Wuhan, China, a new coronavirus named by World Health Organization (WHO), Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2 (SARS-CoV-2), causing an infectious disease known as Coronavirus Disease (COVID-19). After the first reporting of COVID-19 cases, SARS-CoV-2 spread rapidly around the world, and due to the speed and size of the contagion, the WHO declared a pandemic on 11 March 2020. This virus is a respiratory virus that causes an upper respiratory tract infection and, in some cases, a lower respiratory tract infection. Transmission occurs mainly via droplets and aerosols containing viral particles; contact between a healthy person and an infected person must be direct or close (< 2 mt). COVID-19 can present in asymptomatic or symptomatic form. The asymptomatic are symptom-free but contagious. Clinical manifestation of disease can be mild, moderate or severe. In the first case, the infection remains confined to the upper airways and the patient reports non-specific respiratory and systemic symptoms; the most common are fever, cough, fatigue and decrease or loss of taste (ageusia-dysgeusia) and/or smell (anosmia-hyposmia). Less common symptoms include sore throat, headache, myalgia, diarrhoea and/or vomiting, a rash on skin or discolouration of fingers or toes, and red or irritated eyes. In the second case the virus reaches the lower respiratory tract causing an interstitial pneumonia with cough, fever, dyspnoea, and possible hypoxia. In the latter case, the virus triggers a systemic hyperinflammatory response with cytokine storm responsible for lung damage (ARDS) and extrapulmonary (cardiac, neurological, renal, haematological damage with disseminated intravascular coagulation, etc.) such as to lead to a state of septic shock and death due to multi-organ failure.
SARS-CoV-2 causes interstitial pneumonia in which there is parenchymal and vascular damage. Vascular damage appears to be involved in pathophysiology of COVID-19 pneumonia. COVID-19 pneumonia also appears to be associated with systemic coagulopathy arising from endothelial cell damage with loss of vascular integrity and inflammation. Diffuse endovascular thrombosis with microangiopathy is thought to be the pathogenetic mechanism responsible for the initial hypoxia associated with pneumonia. To this picture is also added a mechanism of intussusceptive neoangiogenesis whose role is still to be clarified. The diagnosis of COVID-19 pneumonia is made through an integrated clinical, laboratory, radiological and ultrasound approach. Chest CT, instead, is a very important imaging tool in assessing the course and severity of the COVID-19 pneumonia picture as it is well capable of highlighting the parenchymal damage that SARS-CoV-2 determines. The limitation of CT, however, is that of not being able to clearly frame the vascular changes that occur during COVID-19 pneumonia. Quantitative CT seems to be a valid tool to overcome this limit. Among the various software available, in recent years, Computer-Aided Lung Informatics for Pathology Evaluation and Rating (CALIPER) has been introduced, which allows to quantitatively evaluate the pulmonary and vascular parenchymal component of pulmonary interstitial diseases and the pulmonary pattern identified by chest CT. COVID-19 pneumonia, although of different etiology, bears a close resemblance to interstitial lung diseases for which the authors of the Romei study set out to quantitatively analyze the vascular component in COVID-19 pneumonia using the CALIPER software. This allowed them to note that as the total VRS calculated with respect to the total lung volume increases, the intensity of care required by the patient and the risk of mortality increase.
The aim of this study is to describe the changes of VRS having different areas in patients with COVID-19 pneumonia using the CT quantitative analysis software CALIPER, correlating the data extrapolated from the VRS analysis with the alterations of gaseous exchanges and with the outcomes of COVID-19 understood as intensity of care required and mortality.
A monocentric retrospective analysis examined a population of patients diagnosed with COVID-19 pneumonia who had performed an emergency chest CT scan in the clinical suspicion of COVID-19 and at least one RT-PCR test for SARS-CoV-2 on nasopharyngeal swab no more than one week after CT acquisition. The initial sample consisted of 313 patients but, after applying the exclusion criteria, 258 patients were included in the statistical analysis. Patients were hospitalized in different departments at the Azienda Ospedaliera Universitaria Pisana in the period between 1 March and 30 April 2020 (first wave of COVID-19). Chest CT image was quantitatively analysed by CALIPER software.
The analysis refers to 172 male patients (67% of the 258 total patients) and 86 female patients (33% of the 258 total patients). The average age of the sample is 67 years with a median of 69 years and a maximum age of 98 years and a minimum of 24 years. For each patient the following were taken into consideration: i) the quantitative data provided by CALIPER regarding the volumes of VRS having different areas (area ≤ 5 mm2, 5 < area ≤ 10 mm2, 10 < area ≤ 15 mm2, 15 < area ≤ 20 mm2 and area > 20 mm2) from which the respective percentages calculated on the total vascular volume were obtained; ii) the gas exchange parameters PaO2/FiO2nadir and PaO2/FiO2standard (the first calculated taking into account the lowest PaO2 value recorded during hospitalization and the second calculated using the formula 1.66 * PaCO2 + PaO2-66.4 with PaCO2 < 40 mmHg closest to the day the patients were chest CT); iii) the outcome understood both as intensity of care required and as mortality / vitality.
From our results it can be seen that patients who have a greater percentage value of VRS ≤ 5 mm2, 5 < area ≤ 10 mm2, 10 < area ≤ 15 mm2, 15 < area ≤ 20 mm2 are for the most part patients who want a respiratory support therapy less intense and with an increasingly higher PaO2/FiO2nadir value, while the opposite is true for the values of the percentage of VRS > 20 mm2; these results would seem to reflect an improvement in alveolar-capillary gas exchanges. In addition, there was a direct proportionality between the percentage of VRS ≤ 5 mm2, 5 < area ≤ 10 mm2, 10 < area ≤ 15 mm2, 15 < area ≤ 20 mm2 and the PaO2/FiO2nadir and an inverse proportionality between the percentage of VRS > 20 mm2 and the PaO2/FiO2nadir. Similar results were also obtained with PaO2/FiO2standard: the percentage of VRS 5 < area ≤ 10 mm2, 10 < area ≤ 15 mm2, 15 < area ≤ 20 mm2 increases as the PaO2/FiO2standard ratio increases while the percentage increases VRS > 20 mm2 (excluding VRS ≤ 5 mm2 for which no statistically significant loss was found with PaO2/FiO2standard). Therefore, the increase, in terms of percentage, of the area VRS more plays a role in improving the alveolar-capillary gas exchange. These results, therefore, know the total conclusions of the Romei study whose total data were the percentage of VRS with respect to lung volume while the data compares the total percentages of VRS with different areas on the total of VRS. Furthermore, these results allow us to decompose the role of RSV areas of different surfaces on clinical outcomes. According to the study of Romei, the percentage of VRS is a significant and independent explanatory factor of mortality but from our data it is not clear which VRS divided by area contributes to this. However, the present study has limitations such as its being retrospective and monocentric and the CALIPER software itself, born for the evaluation of the lung parenchyma, which still needs fine-tuning as regards the vascular component.