新型冠狀病毒肺炎的影像學(xué)應(yīng)用及進(jìn)展

鄧靚娜，薛彩強，林曉強，張斌，韓濤，景夢園，周俊林

1.蘭州大學(xué)第二醫(yī)院放射科，甘肅蘭州730030；2.蘭州大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅蘭州730000；3.甘肅省醫(yī)學(xué)影像重點實驗室，甘肅蘭州730030

前言

新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）屬于β屬冠狀病毒，是繼嚴(yán)重急性呼吸綜合征及中東綜合征之后第3種人畜共患的冠狀病毒疾?。?］。其傳染性強，發(fā)燒和咳嗽是最常見的癥狀［2］，病情嚴(yán)重時可引起急性呼吸窘迫綜合征（Acute Respiratory Distress Syndrome,ARDS），甚至死亡［3］。CT檢查作為新型冠狀病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019,COVID-19）的重要檢查手段，尤其是高分辨率CT對檢出病灶非常敏感，甚至早于臨床癥狀及核酸檢測陽性［4-7］。本文結(jié)合近期發(fā)表的相關(guān)文獻(xiàn)主要就影像學(xué)在COVID-19的診斷、分期分型、隨訪及人工智能（Artificial Intelligence,AI）在COVID-19影像診斷方面的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行歸納總結(jié)，旨在提高COVID-19診斷及治療的準(zhǔn)確性。

1 COVID-19的影像診斷進(jìn)展

COVID-19的影像學(xué)表現(xiàn)是多樣的，從肺部正常表現(xiàn)到彌漫性病變不等［8］。結(jié)合近期發(fā)表的關(guān)于COVID-19影像表現(xiàn)的文獻(xiàn)［4,8-18］報道，磨玻璃影和實變影是最常見的影像征象，病變主要位于周圍和胸膜下，沿支氣管血管束分布，隨著病程的發(fā)展，雙肺呈彌漫性分布。其間常伴有空氣支氣管征、血管影增粗及鋪路石征等征象，胸腔積液、心包積液和胸腔淋巴結(jié)腫大等征象較為少見。有研究表明肺紋理結(jié)構(gòu)扭曲、胸腔內(nèi)淋巴結(jié)增大和胸腔積液更容易出現(xiàn)在重癥型及危重型患者［15］。Shi等［8］通過對81例COVID-19患者的影像資料分析發(fā)現(xiàn)，磨玻璃影不僅是最常見的影像征象，并且可持續(xù)存在于COVID-19的整個病程中。而Song等［9］在總結(jié)51例COVID-19患者的CT表現(xiàn)時發(fā)現(xiàn)，磨玻璃影雖然是最常見的影像表現(xiàn)，但是在不同年齡組間磨玻璃影和實變影的發(fā)生率差異有統(tǒng)計學(xué)意義，50 歲以下的患者中有23%出現(xiàn)實變影，在50 歲以上的患者中，55%的患者報告有磨玻璃影，45%的患者出現(xiàn)實變影。Zhu等［19］報道了其中1例COVID-19患者入院后的胸部X線平片的表現(xiàn)，癥狀出現(xiàn)8 d后的床旁胸部X線平片表現(xiàn)為雙肺以周邊分布為主的實變影，3 d后復(fù)查表現(xiàn)為更廣泛的、以基底為主的實變影，有少量胸腔積液，與病情惡化相對應(yīng)。Huang等［20］對41例確診為COVID-19患者的胸部影像學(xué)表現(xiàn)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，除一名患者外，所有患者在胸片上均有雙肺受累的表現(xiàn)。有學(xué)者認(rèn)為鑒于COVID-19常見影像表現(xiàn)為磨玻璃影，胸部X線平片對其檢出的敏感性較低，對于可疑患者應(yīng)當(dāng)推薦胸部CT檢查［10］。有研究表明，正電子發(fā)射計算機斷層顯像/CT（Positron Emission Tomography/CT,PET/CT）可以為COVID-19發(fā)揮補充診斷作用，特別是在臨床癥狀不具特異性和鑒別診斷具有挑戰(zhàn)性的早期階段。Qin等［21］對4例疑似COVID-19患者的PET-CT表現(xiàn)進(jìn)行回顧性分析，發(fā)現(xiàn)雙肺出現(xiàn)彌漫性磨玻璃影及實變影，并且這些病變和多個淋巴結(jié)都表現(xiàn)出很高的示蹤劑攝取率，首次表明SARS-Cov-2可能會導(dǎo)致淋巴結(jié)炎。Zou等［22］報道了1例初診為肺惡性腫瘤的患者，PET/CT顯示右肺實變區(qū)及右氣管旁、右肺門淋巴結(jié)及骨髓中18F-FDG濃聚。雙肺均有磨玻璃影，4 d后隨訪CT顯示雙肺病變進(jìn)展，1周后經(jīng)核酸檢測確診為COVID-19患者。但是PET/CT由于其價格昂貴并且對病人有較高的輻射通常不推薦其用于感染性疾病檢查。值得我們注意的是，雖然影像學(xué)在COVID-19的早期篩查和診斷中扮演著十分重要的作用，但病毒性肺炎的影像表現(xiàn)復(fù)雜且存在相互重疊的現(xiàn)象，COVID-19與其他病變的鑒別方面需要我們對其進(jìn)一步研究。

2 影像學(xué)在COVID-19分期及分型方面的應(yīng)用進(jìn)展

COVID-19在不同的階段有不同的影像學(xué)表現(xiàn)，主要與其病理發(fā)病機制有關(guān)［23］。Pan等［24］對21例COVID-19 患者的多次胸部CT 表現(xiàn)分析發(fā)現(xiàn)，在癥狀出現(xiàn)10 d左右，肺部受累嚴(yán)重程度達(dá)到高峰。根據(jù)患者26 d內(nèi)的肺部受累程度的變化，將COVID-19的影像表現(xiàn)分為4個階段：早期、進(jìn)展期、重癥期和消散期。早期（癥狀出現(xiàn)后0～4 d）：主要表現(xiàn)為磨玻璃影，多位于胸膜下或沿著支氣管血管束分布，極少數(shù)病例早期CT可表現(xiàn)為陰性；進(jìn)展期（癥狀出現(xiàn)后5～8 d）：感染加重，呈雙肺多葉受累的磨玻璃影與實變影共存，并合并鋪路石征；重癥期（癥狀出現(xiàn)后9～13 d）：雙肺受累面積達(dá)到高峰，以實變影為主；消散期（癥狀出現(xiàn)≥14 d）：感染控制，實變逐漸吸收，磨玻璃影可部分或完全吸收，鋪路石征消失。Dai等［23］通過對15例COVID-19患者的影像資料研究，將COVID-19的病程分為3期，早期病變較為局限，為片狀或斑片狀磨玻璃影，其內(nèi)可伴有血管擴張；進(jìn)展期主要表現(xiàn)為病灶范圍增大，磨玻璃影環(huán)繞實變影為進(jìn)展期特征性表現(xiàn)，可伴有小葉間隔增厚，鋪路石征及空氣支氣管征等征象；晚期主要表現(xiàn)為以雙肺彌漫性分布的實變影為主，呈“白肺”表現(xiàn)，有時可伴有少量胸腔積液。但根據(jù)SARS-CoV-2感染的肺炎診療快速建議指南（標(biāo)準(zhǔn)版），可因發(fā)病時間及機體對病毒反應(yīng)分為5期［25］，超早期患者通常無任何臨床癥狀，影像表現(xiàn)以磨玻璃影為主，其內(nèi)伴有空氣支氣管征，胸膜下為主；早期指出現(xiàn)癥狀后1～3 d，CT表現(xiàn)為磨玻璃密度影其間伴有網(wǎng)狀影及小葉間隔增厚；快速進(jìn)展期指出現(xiàn)癥狀后3～7 d，CT表現(xiàn)為大片狀較淡的實變影，其內(nèi)伴空氣支氣管征；實變期指出現(xiàn)癥狀后7～14 d，CT表現(xiàn)以實變影為主，范圍較上一期變??；消散期指出現(xiàn)癥狀2～3周內(nèi)，病灶范圍進(jìn)一步縮小，可出現(xiàn)條索影及少許實變影。

根據(jù)《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第七版）》，按照患者臨床癥狀的嚴(yán)重程度，將患者分為輕型、普通型、重型及危重型［26］。黃璐等［27］通過103例COVID-19患者的影像學(xué)表現(xiàn)及臨床資料回顧性分析發(fā)現(xiàn)，危重型患者的年齡大于普通型和重型，輕型患者僅有輕微的臨床癥狀，而沒有影像學(xué)表現(xiàn)，普通型患者CT表現(xiàn)上多為雙肺多發(fā)的斑片狀磨玻璃影，以胸膜下多見。重型及危重型患者CT主要表現(xiàn)為雙肺多發(fā)混合密度灶，肺外周及中心均有累及，危重型患者病灶常彌漫分布，磨玻璃影相對較少，病灶邊界相對清晰，并可見胸腔積液。陳淮等［28］對29例COVID-19患者的床旁胸片影像資料進(jìn)行回顧性分析，發(fā)現(xiàn)重型和危重型患者的床旁胸片以斑片狀影及多發(fā)實變影為主，病變分布范圍廣泛，并且以下肺為重。Zhang［29］報道了1例75歲重癥晚期COVID-19患者，CT表現(xiàn)為網(wǎng)狀肺纖維化改變，并出現(xiàn)代償性肺氣腫及肺空洞形成，較急性期可見新發(fā)炎性病變及磨玻璃影，可合并低氧血癥，ARDS及多器官功能障礙綜合征。呂志彬等［30］對64例COVID-19患者根據(jù)病程是否發(fā)生進(jìn)展分為普通型組和轉(zhuǎn)重型組，通過對其影像資料研究發(fā)現(xiàn)，首診胸部CT顯示多肺葉受累、高肺炎評分是普通型轉(zhuǎn)重型患者的突出表現(xiàn)?？傊?，目前影像學(xué)檢查在COVID-19分期及臨床分型方面的研究有了很大的突破，并且已經(jīng)非常成熟地運用到了臨床實踐中。

3 影像學(xué)在COVID-19隨訪中的價值及進(jìn)展

COVID-19的病情變化迅速，并且會受到各種因素的影響，如治療方案、病人體質(zhì)等。胸部X線平片雖然對病人的早期診斷價值有限，但是床旁X線胸部平片為危重病人的隨訪復(fù)查提供了便利。陳淮等［28］對27例COVID-19患者進(jìn)行復(fù)查，發(fā)現(xiàn)胸片顯示病灶減少者吸收的病灶主要以中上肺野為主，下肺野吸收不明顯或吸收較少；胸片顯示病灶增多者新增病灶主要分布在兩肺下肺野及外周帶，并可伴有胸腔積液、氣胸等并發(fā)癥的出現(xiàn)。當(dāng)肺部病灶較少，或者病灶出現(xiàn)纖維化時，可以適當(dāng)減少對病人床旁胸片復(fù)查的頻率。胸部CT可以顯示治療過程中肺部病變的進(jìn)展或改善，敏感地反映了治療效果，有助于臨床醫(yī)生判斷患者病情所處階段，為患者提供更精準(zhǔn)的治療方式。Li等［14］對51例COVID-19患者回顧分析發(fā)現(xiàn)，CT診斷病毒感染的時間較實驗室檢查平均提前3 d，進(jìn)行CT隨訪的患者中，CT的進(jìn)展率為75%，磨玻璃影和實變影的數(shù)量及密度的增加表明疾病發(fā)生進(jìn)展，而纖維化的出現(xiàn)和磨玻璃影或?qū)嵶冇暗南藙t表明病情有所改善，并且大多數(shù)患者都會經(jīng)歷病情惡化的階段。Shi等［8］通過對57例患者的CT隨訪發(fā)現(xiàn)，COVID-19最常見的演變模式為先進(jìn)展到峰值水平，然后逐漸改善，并且這些患者預(yù)后良好。而在影像學(xué)上表現(xiàn)為持續(xù)惡化的患者盡管接受了治療，但是似乎都與預(yù)后不良有關(guān)。王錦程等［31］對52例患者在住院期間持續(xù)行胸部CT隨訪，發(fā)現(xiàn)COVID-19患者在入院6～9 d病變進(jìn)展最為明顯，表現(xiàn)為磨玻璃影及實變影數(shù)目增多，范圍增大，此期處于病情發(fā)展的關(guān)鍵時期，對臨床評估及治療具有重要意義。提出當(dāng)患者肺內(nèi)以磨玻璃影為主要病變時，應(yīng)當(dāng)縮短復(fù)查的時間間隔，以使及時對疾病的進(jìn)展情況進(jìn)行評估，如果肺內(nèi)以纖維條索灶為主要表現(xiàn)形式，則可以延長病人的CT復(fù)查時間間隔。并且有部分患者在復(fù)查期間會出現(xiàn)病情反復(fù)的現(xiàn)象，提示對COVID-19患者的病情判斷需與前次檢查結(jié)果相對照，以便綜合判斷病變的發(fā)展趨勢。蔣南川等［32］對17例病人進(jìn)行短期CT隨訪，發(fā)現(xiàn)其中6例經(jīng)短期抗炎抗病毒治療后，病灶范圍縮小，而未經(jīng)任何治療的11例患者則病情發(fā)生進(jìn)展，病灶范圍明顯增大，累及肺段明顯增多，轉(zhuǎn)變?yōu)閺浡圆∽?。王艷芳等［33］對159例無癥狀COVID-19患者行胸部CT隨訪，提出在CT檢查中發(fā)現(xiàn)疑似病例時，建議患者治療一周左右復(fù)查。并且大部分患者復(fù)查病灶較前吸收好轉(zhuǎn)，說明COVID-19治療效果較好，盡早發(fā)現(xiàn)有利于患者的預(yù)后。部分患者病灶發(fā)生進(jìn)展，并伴有發(fā)熱等臨床癥狀，說明影像學(xué)表現(xiàn)與臨床表現(xiàn)具有一定的相關(guān)性。雖然影像學(xué)檢查在監(jiān)測病人的治療過程方面有著非常重要的作用，但是與CT掃描相關(guān)的電離輻射是否對病情的發(fā)展有一定的影響仍需我們進(jìn)行更全面的分析。

4 AI在COVID-19影像診斷中的研究進(jìn)展

自20 世紀(jì)50年代以來，AI 迅速發(fā)展，在諸多領(lǐng)域都扮演著重要的角色。通過其強大的數(shù)據(jù)分析能力和特征識別能力，在醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域嶄露頭角并獲得臨床醫(yī)生的認(rèn)可和支持［34］。Annarumma 等［35］利用AI 對成人胸部X 線平片進(jìn)行分類的研究發(fā)現(xiàn)，AI 區(qū)分正常與異常胸片的敏感性為71%，特異性為95%，并且大大縮短了報告結(jié)果發(fā)放的時間。多家AI企業(yè)表明AI 影像產(chǎn)品可以更敏感地發(fā)現(xiàn)磨玻璃影、空氣支氣管征、鋪路石征及條索影等征象，提高微小病灶的檢出率，幫助醫(yī)生在早期快速發(fā)現(xiàn)疑似COVID-19患者的病灶，配合RT-PCR 核酸檢測做出最終確診，為患者的早期診斷及早期治療提供更多的可能。并且AI 可以快速檢測COVID-19 胸部CT 病灶，測量其體積、形狀和密度，并從圖像中比較肺部多個病變的變化，這些都可以為醫(yī)生提供量化的信息，輔助醫(yī)生評估患者肺部受累情況，為診斷及治療提供依據(jù)。有研究表明，醫(yī)生在讀取CT圖像時可能需要15 min，但AI可以在10s內(nèi)完成圖像讀取［36］。在武漢，COVID-19 患者在短時間內(nèi)急劇增加，而RT-PCR 核酸的檢測時間比較長，當(dāng)需要快速對病人的病情進(jìn)行判斷時，AI將為COVID-19患者的早期診斷提供很大的幫助。目前，AI在COVID-19方面的應(yīng)用尚處于起步階段，需要我們對其進(jìn)行更深入的探索研究以發(fā)揮AI的優(yōu)勢，幫助人類抗擊疫情。

綜上所述，影像學(xué)對COVID-19的研究進(jìn)展更多體現(xiàn)在X線和CT方面，特別是胸部CT作為一種方便、簡單、快速的檢查方式，對檢出病灶敏感性高，并且有明顯的影像學(xué)特征，在早期篩查、診斷、病情評估及監(jiān)測治療等方面有不可代替的作用。但是胸部CT 不是COVID-19的確診手段，在實際工作中，通過把流行病學(xué)特點、臨床資料及核酸檢測和胸部CT檢查結(jié)合起來，會大大提高COVID-19的診斷率，從而早日戰(zhàn)勝疫情。