醫(yī)學(xué)影像學(xué)于新型冠狀病毒感染中的應(yīng)用和臨床輔助價值*

孫碩輝 侯 杰 王 嫻 陽 韜 張 艷

1 江蘇大學(xué),江蘇省鎮(zhèn)江市 212000; 2 江蘇大學(xué)附屬人民醫(yī)院

目前,新型冠狀病毒感染癥(COVID-19)的診斷是通過RT-PCR進行的,但RT-PCR目前存在三個問題:(1)RT-PCR試劑包的供應(yīng)跟不上需求;(2)城市以外的社區(qū)醫(yī)院缺乏RT-PCR基礎(chǔ)設(shè)施以適應(yīng)高樣本通量;(3)RT-PCR依賴于收集的樣本中是否存在可檢測到的SARS-CoV-2。如果無癥狀感染者感染了新冠病毒,但后來康復(fù)了,則RT-PCR無法識別先前的感染,控制措施也無法實施。而醫(yī)學(xué)影像學(xué)對新冠感染具有從診斷、治療到預(yù)后的評估判斷,也可識別先前的感染,實施控制措施。COVID-19 疫情發(fā)生后,中華人民共和國國家衛(wèi)生健康委員會制定了《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案(試行第五版)》[1],第一次提出將疑似病例中具有胸部影像學(xué)特征納入臨床診斷標(biāo)準(zhǔn),其所推薦的首選影像學(xué)診斷檢查是胸部高分辨率計算機斷層掃描(HRCT,層厚≤1mm)。

CT作為確診新冠感染重要手段之一已被多個國家認(rèn)可,但CT與其他醫(yī)學(xué)影像學(xué)手段價值比較并未見相關(guān)文獻報道,系統(tǒng)性綜述概括醫(yī)學(xué)影像學(xué)對新冠感染的臨床指導(dǎo)價值也未見相關(guān)文獻報道,故而做此綜述,旨在闡述醫(yī)學(xué)影像學(xué)在新冠感染中的檢查手段及其價值,輔助新型冠狀病毒感染的臨床診療。

因X 線胸片對檢出早期COVID-19肺部病變的敏感度、特異度較低,容易造成漏診,不推薦使用[2],故本文重點介紹CT對于新冠感染的診斷和外科指導(dǎo)價值,MRI對于新冠并發(fā)癥心肌損傷的診斷價值[3],US床旁實時評估重癥新冠感染患者肺部病變性質(zhì)、范圍的診斷和重癥監(jiān)護的價值[4]以及全身PET-CT成像評估COVID-19肺外表現(xiàn)及全身炎癥反應(yīng)的作用[5]。

1 計算機斷層檢查

傳統(tǒng)X線方式無法提供大量細(xì)節(jié),相反胸部CT成像能夠提供更詳細(xì)的肺、軟組織和血管的影像信息[6]。Shao等人[7]研究了胸部CT成像診斷COVID-19的靈敏度,該研究表明,有癥狀的COVID-19患者的胸部CT靈敏度可達57%～100%,無癥狀者為46%～100%,而RT-PCR僅為39%～89%,因此CT可適用于RT-PCR結(jié)果陰性,但臨床對患者感染COVID-19的懷疑程度較高的情況。其圖像特征可以分為以下四期[2]:(1)早期:包括雙肺單發(fā)或多發(fā)病灶,多位于肺外周或胸膜下,以中下肺的背段或外側(cè)段多見。雙肺單發(fā)或多發(fā)病灶部分呈小葉性或者尖端指向肺門的楔形、扇形,部分呈斑片狀或類圓形,多見磨玻璃樣密度影或網(wǎng)格狀影。(2)進展期:磨玻璃樣密度逐漸增高,范圍逐漸增大,最終廣泛融合成小葉狀、帶狀、大片狀密度增高影,其內(nèi)支氣管管壁增厚,支氣管血管束增粗,可見樹芽征或網(wǎng)格狀影,以肺底、非對稱性背側(cè)胸膜下楔形、扇形分布多見,少數(shù)沿支氣管血管束分布。一般無基礎(chǔ)疾病的患者多無胸水及縱隔、肺門淋巴結(jié)腫大。(3)重癥期:雙肺彌漫性病變,少數(shù)呈“白肺”,以實變?yōu)橹?常常合并磨玻璃樣密度影、空氣支氣管征、條索影。病灶范圍在48h內(nèi)可增加 50%。雙側(cè)胸腔可出現(xiàn)少量胸腔積液。(4)轉(zhuǎn)歸期:病變范圍較前縮小,密度較前減低,滲出物被部分吸收,肺實變被逐漸吸收消散,可完全消失或殘存肺纖維條索影[8]。

目前,已有學(xué)者使用深度學(xué)習(xí)來更為準(zhǔn)確便捷地診斷COVID-19。Yousefzadeh等[9]引入了一種基于CT圖像的深度學(xué)習(xí)框架AI-corona,該系統(tǒng)由DenseNet、ResNet、Xception和EfficientNetB0幾個CNN變體組成,對COVID-19病例的診斷準(zhǔn)確率、靈敏度、特異度分別為96.4%、92.4%、98.3%,F1-score、AUC分別為95.3%、98.9%。

胸部CT成像還可用于預(yù)測COVID-19患者的預(yù)后。一項多變量的研究分析表明:鋪路石征、支氣管擴張、彌漫性肺泡損傷可能提示纖維增生,而胸腔CT影像上特異性節(jié)段性血管改變,如血管擴張、變薄或增大,血管管壁呈不規(guī)則改變,血管成角,血管環(huán)收縮,以上均是COVID-19患者疾病嚴(yán)重程度的預(yù)測指標(biāo)[10]。CT成像在指導(dǎo)COVID-19患者外科手術(shù)上也具有重要臨床價值,其可為外科醫(yī)生、內(nèi)窺鏡醫(yī)生、麻醉師和霧化操作人員提供有效信息。胸部CT成像可以幫助臨床醫(yī)生了解患者感染過程的進展,可以為需要急診手術(shù)的患者提供一個時間框架,使他們能夠安全地進行手術(shù)和選擇最佳治療措施。因此,建議任何有COVID-19臨床癥狀的患者在某些手術(shù)(癌癥、緊急腹部手術(shù)、內(nèi)窺鏡檢查等)之前,除RT-PCR和典型的腹部/骨盆CT外,還應(yīng)進行胸部CT檢查。

總之,CT不僅有助于COVID-19的臨床診斷、病情評估和預(yù)后進行判斷,同時還可以評估感染時間點、感染階段和持續(xù)時間,為臨床醫(yī)生提供重要信息。

2 核磁共振成像

2019全球冠狀病毒病大流行(COVID-19)至今仍在全球范圍內(nèi)持續(xù)引起較高的發(fā)病率和死亡率,多數(shù)以急性呼吸道合并癥為主,尤以重癥病人為主。多個病例報告和研究報告顯示[11],COVID-19顯著影響心血管系統(tǒng)的患者,通過加重已有心臟疾病患者的心力衰竭程度或使危重患者的肌鈣蛋白升高,包括炎性斑塊破裂、支架血栓形成、心排血量過高等引起心臟損害的病理生理機制。早期診斷能幫助確定有心臟損傷的患者群體,并有助于預(yù)測COVID-19發(fā)展為急性呼吸窘迫綜合征或多臟器功能衰竭導(dǎo)致死亡的情況。密切監(jiān)視COVID-19患者的心臟功能,并利用各種可以預(yù)防或限制心血管疾病患者心肌損傷的治療來干預(yù),可以顯著降低死亡率。

評價心肌結(jié)構(gòu)和功能的參考標(biāo)準(zhǔn)是心臟核磁共振成像技術(shù)(CMR)。美國心臟病學(xué)會、歐洲心臟病學(xué)會和心血管磁共振學(xué)會一致認(rèn)為,CMR是一種潛在的有價值的診斷工具,用于COVID-19患者出現(xiàn)心肌損傷和心功能不全的證據(jù):首先,CMR的可重性很高,能起到心室量表的作用; 其次,CMR血液心肌間的差異使之成為“金標(biāo)準(zhǔn)”,對心室功能進行評估;再次,對于超聲心動圖上顯示不太好的結(jié)構(gòu),CMR允許截面成像;最后,CMR是沒有電輻射產(chǎn)生的,其通過多序列成像技術(shù)“一站式”評估心臟形態(tài)、功能及組織特征,為COVID-19心臟受累早發(fā)現(xiàn)、早診斷、療效及預(yù)后評價提供影像學(xué)標(biāo)志物。

CMR表現(xiàn)為左心室和(或)右心室射血分?jǐn)?shù)降低,左心室容積和質(zhì)量增加,心肌炎癥、水腫和(或)彌漫性心肌纖維化。COVID-19心臟病變的CMR分為缺血性和非缺血性損害,缺血性包括心肌梗死和心肌缺血,非缺血性損害包括心肌炎樣釓對比劑延遲增強(Late gadolinium enhancement, LGE)[12]和心包炎癥。

(1)心肌炎和心肌心包炎:心肌炎是COVID-19心臟疾病最常見的類型。心肌炎的病理特點主要包括心肌組織的水腫、充血、壞死以及纖維化。CMR典型表現(xiàn)為:T1值升高、T2值升高、T2STIR序列高信號。對比劑在心肌血管內(nèi)和心肌細(xì)胞間隙過度聚集導(dǎo)致對比劑的早期增強,隨著炎癥消退,信號減少,心肌在早期即出現(xiàn)炎癥、充血。T2mapping異常與高敏肌鈣蛋白呈正相關(guān),可反映COVID-19患者急性心肌水腫狀況。COVID-19心肌炎LGE常累及左心室下壁、側(cè)壁及下外壁,而非COVID-19心肌炎患者病灶面積較COVID-19心肌炎患者局限,但心肌水腫及LGE較COVID-19心肌炎患者多。Inciardi等[13]通過CMR對COVID-19患者的心臟病灶進行評估,結(jié)果顯示COVID-19患者可發(fā)生心肌間質(zhì)水腫、彌漫性LGE、心室功能不全、心包積液、心肌心包炎等病變。(2)心肌缺血及心肌梗死:研究顯示,SARS-COV-2可因血管內(nèi)皮細(xì)胞表達ACE-2而感染內(nèi)皮細(xì)胞,造成斑塊不穩(wěn)定或破裂。同時,還可能因斑塊不穩(wěn)定而破裂,導(dǎo)致1型心肌梗死,出現(xiàn)血液高凝狀態(tài)和全身炎癥反應(yīng)。ARDS、呼吸衰竭引起的低氧血癥、發(fā)熱、心跳過速及敗血癥導(dǎo)致的心肌缺血加重,誘發(fā)2型心肌梗死。(3)心臟擴大及心功能障礙:COVID-19心臟病變嚴(yán)重的患者可發(fā)生右心功能紊亂和右心室擴大[14],可能與肺動脈高壓和急性肺栓塞密切相關(guān)。Puntmann等[15]研究也表明, COVID-19治愈后存在左心室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)下降和左心室擴張。由此表明,COVID-19患者心臟受累程度與其預(yù)后密切相關(guān),CMR使心肌損害可視化,并將其量化到不同的序列中,可作為敏感無創(chuàng)的影像學(xué)檢查手段,應(yīng)用于COVID-19康復(fù)者心臟的長期跟蹤檢查。

3 超聲檢查

COVID-19重癥患者的特點是肺部損害不斷加重,引起呼吸衰竭,繼發(fā)臨床循環(huán)改變和多臟器功能損傷,因此,控制病死率的關(guān)鍵是重癥治療。疫情一線臨床醫(yī)師因穿防護服無法使用聽診器,COVID-19重癥患者因轉(zhuǎn)運風(fēng)險高而限制CT檢查,床旁胸片敏感性不高,故US成為唯一方便且無輻射的影像學(xué)檢查,具有動態(tài)、實時、無創(chuàng)、可重復(fù)的特點,肺部超聲(LUS)不僅可用于COVID-19重癥患者病情評估,還可開展多目標(biāo)整合動態(tài)評估[4]。

COVID-19肺炎患者的組織病理學(xué)起始于肺遠(yuǎn)段,表現(xiàn)為肺泡的損傷與水腫,間質(zhì)增厚,肺實變。因此,COVID-19肺炎的病理進展非常適用于表面成像技術(shù)-LUS,其可以使臨床醫(yī)生確定COVID-19患者相關(guān)肺損傷的位置。

LUS主要表現(xiàn)為融合大量B線,部分呈胸膜改變(不光滑、增厚、不連貫)和胸膜下碎片征,伴有支氣管充氣征,大面積肺實變,少部分伴有胸腔積液,融合大量B線提示肺部大量滲出性病變導(dǎo)致肺充氣嚴(yán)重減少,患者可出現(xiàn)嚴(yán)重低氧血癥。LUS半定量評分同時結(jié)合其他臨床指標(biāo),可為重癥COVID-19的病情評估提供重要參考依據(jù),及時指導(dǎo)臨床治療。當(dāng)重型COVID-19進一步發(fā)展為危重型時,患者可出現(xiàn)嚴(yán)重的低氧血癥、細(xì)胞因子風(fēng)暴,繼而繼發(fā)嚴(yán)重感染,發(fā)展為急性呼吸窘迫綜合征(ARDS)和多器官功能障礙與衰竭(MODS),進而導(dǎo)致患者死亡[16]。通過對肺部十二分區(qū)病灶區(qū)域的分析發(fā)現(xiàn),危重型COVID-19患者正常區(qū)域面積下降,實變區(qū)域面積增加達到90.5%,明顯高于重癥病人;肺前區(qū)、側(cè)區(qū)、后區(qū)病灶面積逐漸增大,符合ARDS患者肺病理生理特征,重力依賴區(qū)肺通氣明顯減少,可用于評估重癥患者肺復(fù)張潛力及肺復(fù)張效果,有助于指導(dǎo)和保障患者肺保護通氣的實施[4]。

因此,LUS可以幫助臨床醫(yī)生判斷COVID-19患者肺部病變的嚴(yán)重程度,輔助COVID-19患者氧療的制定,實現(xiàn)病情演變和治療效果的持續(xù)監(jiān)測和評估。

4 正電子發(fā)射型計算機斷層成像

炎性細(xì)胞中的糖酵解活性增加,使用β-2- [F]氟-2-脫氧-D-葡萄糖 -PET(FDG PET)對于具有全身炎癥反應(yīng)的疾病十分適用,而COVID-19患者常出現(xiàn)全身炎癥因子風(fēng)暴,造成多器官功能障礙與衰竭,常伴有肺外表現(xiàn)和肺外并發(fā)癥,同時自身免疫缺陷患者(免疫功能低下或高?；颊吒腥綜OVID-19的患者)的臨床癥狀和影像學(xué)特征的不典型也是困擾臨床醫(yī)生的重要問題。

PET/CT在COVID-19診斷患者中最常見的肺部表現(xiàn)為雙側(cè)高代謝(75%),實變(34.6%),小葉間增厚(7.6%)。此外,常發(fā)現(xiàn)縱隔(27%)和肺門淋巴結(jié)累及(19.2%),代謝活動增加[5]。在有免疫缺陷的患者中,也可以通過PET成像繪制COVID-19的急性感染過程[17]。

COVID-19可導(dǎo)致腦、胃腸道、心臟和腎臟等肺外并發(fā)癥。全身PET/CT可以在一次采集中發(fā)現(xiàn)身體其他部位存在的額外代謝活性病變的潛能,這是其獨特的優(yōu)勢。Karimi等[18]研究表明,在與COVID-19相關(guān)的嗅覺喪失中,眼窩額葉皮層活動減少,這表明神經(jīng)功能受損是嗅覺喪失的潛在病理,其原因可能為SARS-COV-2的神經(jīng)趨向性。zou等[19]報告了COVID-19的骨髓吸收,類似于此前關(guān)于非人類模型中中東呼吸綜合征(MERS)的報告。這表明,FDG -PET可以對COVID-19的終末器官損傷進行評估。

由此表明,FDG PET/CT在監(jiān)測COVID-19疾病活動度、肺炎的病理反應(yīng)評估等方面具有重要作用。PET分子顯像可以在治療肺部炎性疾病時將肺部炎癥量化,也可以為免疫缺陷患者提供診斷依據(jù)。更重要的是,全身PET/CT成像為評估COVID-19的肺外表現(xiàn)提供了獨有的價值和臨床指導(dǎo)。

5 結(jié)論

本文從CT、MRI、US、PET/CT四種成像技術(shù)的角度,系統(tǒng)性綜述概括當(dāng)前主要的幾種醫(yī)學(xué)影像學(xué)手段對新冠感染的臨床指導(dǎo)價值,有利于提高臨床醫(yī)生對新冠感染及其并發(fā)癥心肌損傷的診斷,并實時評估重癥新冠感染患者肺部病變性質(zhì)及范圍,指導(dǎo)臨床醫(yī)生面對不同病情患者合理進行治療方式的選擇,輔助COVID-19的臨床診療。