医学影像技术在新型冠状病毒肺炎诊疗中的应用

李娜，曲海波，廖紫祾，许海军，孙怀强

1. 四川大学华西医院 放射科临床磁共振研究中心，四川 成都 610041；2. 四川大学华西第二医院 放射科，四川 成都 610041；3. 天津医科大学 医学影像学院，天津 300202

引言

从2019年12月开始，不明原因病毒感染性肺炎病例开始出现，2020年1月11日，世界卫生组织（World Health Organization，WHO）将该病毒命名为新型冠状病毒（2019-nCoV）[1]，由该病毒引起的肺炎被称为新型冠状病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）[2]，2020年2月11日WHO宣布该病毒引发的疾病正式命名为2019冠状病毒。COVID-19是由严重急性呼吸综合征冠状病毒感染导致的传染性疾病。典型临床表现以发热、乏力、干咳为主，少数患者伴有鼻塞、流涕、咽痛和腹泻等症状；重症患者可出现呼吸困难和（或）低氧血症，严重者可快速进展为急性呼吸窘迫综合征、脓毒症休克、难以纠正的代谢性酸中毒和凝血功能障碍及多器官功能衰竭[3]。为应对COVID-19大流行，多个国家都规定了社交距离，限制群众聚会活动以及其他限制措施[4]。据报道，在710例COVID-19患者中，危重症者占7.3%[5]，重症患者死亡率为61.5%，因此迫切需要早期筛查和隔离轻度或无症状的病例，以及对重症患者进行强化治疗的早期诊断。

但由于疫苗研发周期长，目前尚无针对该疾病的疫苗和特异性的抗病毒药物，因此早筛查、早隔离、早诊断及早治疗是控制此次疫情最基本且最有效的手段[6]。在国家卫健委发布的第七版诊治方案[3]中明确规定确诊病例的诊断标准为：实时荧光RT-PCR检测新型冠状病毒核酸阳性、病毒基因测序与已知的新型冠状病毒高度同源、血清新型冠状病毒特异性IgM抗体和IgG阳性、血清新型冠状病毒特异性IgG抗体由阴性转为阳性或恢复期较急性期4倍及以上升高。但由于各区域资源配置不均衡、试剂盒质量良莠不齐、采样方式受限、检测周期长且价格偏贵、假阴性较高等诸多问题，导致部分疑似患者得不到及时有效的隔离治疗[7]。从目前临床诊疗研究显示，COVID-19感染者多数在DR、CT、超声检查中具有阳性的影像学表现，能帮助临床医生快速高效的诊断和鉴别疾病类型、判断病情严重程度、评价治疗疗效，且适用于特殊感染患者，如：婴幼儿、孕产妇、重症患者以及其他不适用于核酸检测的患者。了解相关医学影像技术在诊疗新型冠状病毒肺炎的应用价值，有利于临床医生及时了解患者疾病进展情况并制定合适的治疗方案。对挽救COVID-19患者生命和控制疫情传播有重要的现实意义。

1 DR在COVID-19诊疗中的应用

1.1 普通DR 在COVID-19诊疗中的应用

曾凤霞等[8]的研究显示，部分在CT中以磨玻璃病灶为主的患者，在胸部X线片上也有相应的阳性征象。吕晗等[9]对20例首诊时同时具备CT和DR检查的COVID-19患者进行回顾性分析，其中CT检出19例患者，DR检出17例。DR检出率可达90%，2种检查的诊断能力差异并无统计学意义。因DR空间分辨率高于CT，能更好地显示病灶多发、存在大片状病变的COVID-19患者，尤其对于重症患者来说，由于肺内病灶多发、呈弥漫分布，胸部DR可能会更好地达到检查效果。有研究显示，重症患者DR胸片阳性率高达88.89%[10]。特别是在隔离重症监护区，患者行动不便，CT检查受限等情况下，床旁DR机能进入隔离区，为临床医生提供COVID-19重症患者的肺部病变情况。且比普通大型X线机辐射剂量低，能减少重症患者因多次照射而所受到的X射线伤害。

但同时，因胸部DR自身软组织对比度差，组织重叠等缺陷，不易识别单发的小磨玻璃密度病灶，对于早期肺部病变或以磨玻璃为主改变的患者漏诊率高缺乏特异性且敏感度低[11]。因此在日常临床使用中，主要用于检查设备不足的基层医疗机构对疑似COVID-19患者进行初步筛查和重症隔离区患者的床旁检查。

1.2 胸部DR结合人工智能技术在COVID-19诊疗中的应用

在一项研究中，研究人员提出了一种基于深度学习的模型，该模型具备云诊断的功能，能在数秒内从原始胸部X射线图像中自动检测和分类出COVID-19病例。其准确率在85%以上[12]。若应用于临床，可大大减少影像诊断医生工作量，并且可以解决偏远地区缺乏专业影像诊断医生的问题。提高筛查COVID-19感染者的效率，有效遏制疫情的传播。但该模型还处于实验阶段，具体应用价值还有待研究。

2 胸部CT检查在COVID-19诊疗中的应用

2.1 胸部CT检查在COVID-19筛查和诊断中的作用

CT检查效率高、密度分辨率高；对病灶的定位、定性准确，可获得无层面外组织结构干扰的横断面图像，通过调节窗宽和窗位可满足各种观察的需要，并且可通过后处理技术多平面、多方位显示病灶细节。在肺部检查中，CT明显优于MRI、B超和常规X线检查。

临床中有报道显示，在患者具有高风险感染情况下，部分患者初次或2～3次RT-PCR核酸检测结果呈阴性，而胸部CT却具有典型的COVID-19影像学征象[13]。一项针对51例患者胸部CT和RT-PCR检测结果的分析报告中显示，初次就诊时，胸部CT对COVID-19的敏感性高于RT-PCR（分别为98%和71%）[14]。Ai等[15]对比了武汉市1014例COVID-19患者的RT-PCR检测和胸部CT，结果显示：筛查早期患者，RT-PCR检测的敏感性低于胸部CT检查。在实时荧光RT-PCR检测结果为阴性的COVID-19患者中，其中75%的患者胸部CT结果呈阳性征象。此外，有学者为评估CT在COVID-19诊疗中的价值，进行了meta-analysis，其结论是胸部CT对诊断COVID-19具有很高的敏感性[16]。可见胸部CT在诊断COVID-19方面有重要作用，且CT检查耗时短，诊断结果可快速获得，在对大量COVID-19疑似患者进行快速筛查、提示诊断等方面发挥着重要作用[17]。

多项研究表示，COVID-19病灶多分布于双肺胸膜下，主要征象为磨玻璃密度改变并伴小叶内间隔增厚，以及空气—细支气管征和微血管扩张征象。肺内纤维化改变、肺内淋巴结肿大；胸腔积液在首诊的COVID-19患者中较少见[18-20]。Shi等[21]根据确诊患者接受CT检查的时间进行分组比较和分析，结果显示：COVID-19影像学表现随着时间推移，病灶范围从单侧逐渐发展为双侧，实变影逐渐代替磨玻璃影。在症状出现后的第4周开始，病灶逐渐被吸收。《新型冠状病毒肺炎影像诊断指南（2020年第二版简版）》[22]根据COVID-19患者不同时期的胸部CT表现，将其分为早期、进展期、重症期和转归期。早期：分布于双肺胸膜下的低密度局限性的磨玻璃影；进展期：双肺病灶范围较早期扩大，密度增高，可出现实变影，其内还可见充气支气管征；重症期：双肺病灶进一步扩大，可呈弥漫性分布，实变影占主要部分，可合并磨玻璃密度影和条索状影；转归期：病灶范围较重症期明显缩小，病灶密度明显降低，实变病灶逐渐消失。

但也有研究发现，部分确诊的轻症或无症状患者胸部CT检查结果可无明显异常改变，因此仅凭CT检查结果筛查疑似患者也存在漏洞，还应当结合核酸检测和病毒基因测序等检查方式，以确保轻症或无症状患者得到有效救治。此外，COVID-19的CT表现与其他病毒性肺炎的鉴别诊断较为困难，因此临床影像诊断医生需要结合临床病史仔细鉴别，避免误诊漏诊的出现[23-25]。

2.2 胸部CT检查在COVID-19治疗和随访中的作用

据Zhao等[26]的研究表明：部分患者的影像学表现在治疗过程中呈现先重后轻的现象，难以根据患者入院时的基础状态预测其后期治疗的效果。胸部CT可以评估疾病的严重程度。通过患者不同时期的胸部CT图像，计算COVID-19患者病灶占整个肺部的百分比，评估患者的病情程度[27]。因此可根据随访胸部CT检查结果，制定有效的治疗方案并预测患者的最终临床转归。

在《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案（试行第七版）》[3]中，强调将胸部CT检查显示急性渗出性病变明显吸收，病变范围显著缩小作为患者的出院标准之一。足以证明胸部CT检查在临床观察治疗效果、监测病变和随访中的重要作用。但是CT检查必然会对患者造成一定的辐射损伤，此外，由于环境的潜在污染，CT扫描可能会增加放射科医务人员被感染的风险。

2.3 特殊CT扫描方法和扫描技术在COVID-19诊疗中的应用

COVID-19患者在确诊及治疗后复查过程中需要在短时间内多次进行CT检查，且影像诊断指南推荐使用胸部高分辨率CT。随着检查次数的增加势必会导致患者辐射剂量的累积。肖艳等[28]的研究显示：与常规参数胸部CT扫描相比，采用低剂量胸部CT扫描既能确保COVID-19患者的检出率和图像质量，还能降低受检者所受辐射剂量。使用双源CT Flash扫描技术，能更加明显的缩短检查时间、降低辐射剂量,并获得更高质量的肺部影像，尤其适用于重症患者[29]。此外，能谱CT利用自身特殊的单能谱成像技术，能够提高早期COVID-19患者肺部低密度病灶检出率，特别是针对核算检测结果为阴性的疑似感染者[30]。

2.4 特殊CT分析方法在COVID-19诊疗中的应用

据Zhao等[31]的研究表明，CT检查还可以用于评估COVID-19病变累及肺部的严重程度，该研究使用“CT影像肺受累范围评分”的CT半定量评分方法。将肺部分为3个部分，通过双肺累及总分客观反映COVID-19患者肺部病变的严重程度。此外，还可使用CT定量评价指标，客观反映不同年龄段患者病变发展速度和特点，为临床客观评价COVID-19肺部改变提供更加科学、精准、便捷的方法[32]。

2.5 胸部CT检查结合人工智能在COVID-19诊疗中的潜在价值

伴随着计算机技术的飞速发展，人工智能技术在医疗领域的应用越来越广泛。据报道，阿里达摩医疗AI团队研发出新型冠状病毒肺炎CT影像识别技术，其准确率可达96%。利用人工智能分析CT图像还可提供病变的体积、形状和密度等数据，并能比较不同时期CT图像中某一病变的变化数据，量化肺炎病症的轻重程度[33]。从而提高临床诊断效率，减少误诊、漏诊的发生。但该技术尚处在研究阶段，具体临床使用效果和价值还有待研究。

2.6 特殊CT检查设备在COVID-19诊疗中的应用

随着疫情在国内的蔓延，大型三甲医院均开设急诊发热门诊，且在COVID-19患者病例数量大的城市，还建立了方舱医院。为了满足众多发热患者的影像检查需要，缓解医院CT检查室压力，适应方舱医院建设特点。移动车载箱体式CT在此次疫情期间发挥了重要作用。与普通CT相比，此类移动车载式CT灵活方便、对安装场地要求小、通电即可使用。目前车载式CT大都配备16排CT，不仅可进行肺部薄层扫描，还可支持全身大范围一次扫描，除简单平扫外，还能做增强扫描。大部分移动车载式CT还可与医院信息系统、医学影像存档与通讯系统对接。方便临床医生对患者影像学资料的查阅，及时了解患者病情。此外，移动车载式CT大都安装在空旷的室外，有效避免了院内交叉感染，且可实现医患零接触，降低医护人员感染率。相信随着影像技术相信随着影像技术、智能AI扫描及5G传输技术的发展，未来移动车载式CT将更加广泛的应用于基层医疗单位、发热门诊筛查、社区定点筛查和常规体检、院内放射科分流等领域中[34-35]。

3 超声在COVID-19诊疗中的应用

3.1 肺部超声在COVID-19诊疗中的作用

在新型冠状病毒肺炎大流行的情况下，快速识别病例、划分疾病严重程度、制定正确的治疗方案对提高医院接诊能力至关重要，在《新型冠状病毒重症肺炎肺部超声检查及远程诊断实施方案（第一版）》中指出，肺部超声可作为影像学检查手段辅助观察COVID-19重症患者的肺部病灶变化。肺部超声（Lung Ultrasound Score，LUS）在COVID-19诊疗中具有重要作用，这已是国内外专家的共识[36-38]。在隔离重症监护区，患者行动不便、CT或床旁X线机检查受限时，超声检查是唯一可以进入隔离区对重症患者进行床旁检查的医学影像技术设备，本身具有其他影像检查设备不可比拟的优势，如：实时动态、无创无害、无电磁辐射、可反复检查等优势，可以最大程度地减少患者移动的需要，降低交叉污染的发生率，还可以实时获得重症患者最新病情数据，指导临床对患者进行病情评估和治疗方案的调整，更好地满足COVID-19危重症患者现代化诊疗的需求。

研究显示，肺部超声能清晰显示肺炎病灶的大小，可用于儿童、孕产妇、危重症等疑似肺炎患者的检查[39]。LUS还能定量评估肺部炎症的严重程度和进展情况。其中，COVID-19超声表现主要为：存在各种形式的B线、B线融合呈“瀑布”状、不规则或破碎的胸膜线、无肺滑动征、可合并胸腔积液。据报道，肺部超声可以对疑似COVID-19的有症状患者进行早期肺部病变检查，在这种情况下，LUS比胸部X线更敏感[40]。但也有研究显示以COVID-19患者CT检查结果作为参考，肺部超声对轻中度患者的诊断价值相对较低，但对重度患者的诊断价值较高，准确率为93.3%（28/30）[41]。

3.2 超声在COVID-19重型、危重型患者气管插管、有创机械通气中的应用

在《新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第七版）》中提出，对于重型、危重型患者使用高流量鼻导管氧疗或无创通气后，若短时间内（1～2 h）病情并无改善甚至恶化，应及时进行气管插管或有创机械通气。而气管快速超声检查（Tracheal Rapid Ultrasound Exam，TRUE）技术，可以清晰的显示气道结构、测量气道内径。可指导临床医师在三级防护下，诸多操作受阻时也能选择合适的通气管径，迅速完成气管插管。使用肺通气评分，可以监测拔管前后患者肺部通气进展，并预测患者拔管时机[42]。此外，利用床旁超声可有效显示气管插管气囊上方分泌物，预防呼吸机相关性肺炎[43-44]。

3.3 心脏超声和血管超声在COVID-19诊疗中的应用

研究显示，COVID-19重型患者可因肺功能衰竭造成右心功能不全、右心衰，SARS病毒可侵犯心肌组织，严重者可导致爆发性心肌炎，出现心率失常、心力衰竭等临床表现。此外，心血管慢性疾病患者易发生感染及病情加重，有无心血管并发症是不良预后的主要影响因素。《新型冠状病毒肺炎超声心动图检查及远程诊断实施建议（第一版）》指出，针对COVID-19重型患者，有必要进行床旁经胸超声心动图检查,快速提供重症患者在心脏大小、结构、功能和血流动力学等方面的改变，为诊断与治疗方案的调整，提供及时、准确的信息[45]。COVID-19主要影响右心系统，需动态观察右心室大小及收缩功能，测量肺动脉压，注重观察是否有出现肺动脉高压的声像图特征。当右心室心尖出现不同步收缩增强而游离壁运动降低时，要高度关注急性肺栓塞可能。对于COVID-19并发心肌炎患者，多次使用超声心动图监测可了解患者心脏动态变化，便于发现合并心肌炎的COVID-19患者。

重症和危重症COVID-19患者存在凝血功能障碍，易形成深静脉血栓，且血栓脱落后可继发肺血栓栓塞症，威胁患者生命。为及早发现和治疗静脉血栓栓塞症，有必要对重症和危重症COVID-19患者行血管彩色多普勒超声检查。明确血栓是否形成以及血栓的具体位置、形态、范围等信息[46]。此外，这类患者在进行中心静脉插管时可能比较困难，医生在三级防护下，受个人防护设备造成的物理干扰，可能会影响操作的流畅性和手指的知觉灵敏度，而血管超声可以帮助医生明确穿刺血管位置，提高穿刺成功率，降低患者并发症发生率[47]。

3.4 超声新技术在COVID-19 诊疗中的应用

受疫情发展迅速、超声专家有限、区域影像资源分配不均等因素影响，可在隔离病房内使用配备有5G传输功能的远程超声诊断便携式超声仪，从而实现院外专家在线指导隔离病房内超声医生的操作和诊断[48]。此外，还可将机器人装置和上述远程5G传输技术相结合，实现医患零接触式的超声检查。其中，解放军总医院海南医院超声科已成功使用5G远程机器人超声为一名COVID-19的男性患者评估心肺功能[49]。已有学者利用人工智能技术，研发针对于肺部超声B线的自动检测分析软件，可以客观地对肺水肿和肺纤维化程度进行分类。具有高度的准确性和量化可行性[50]。但实际使用情况和效果还有待进一步观察研究。

4 总结

综上所述，医学影像技术在新型冠状病毒肺炎诊疗中发挥了不可估量的作用，主要以CT、DR和超声为主，其他医学影像检查设备尚未有在新型冠状病毒肺炎诊疗中应用的相关报道。本文简要介绍了DR、CT、超声检查在COVID-19的筛查分流、诊断分级、疗效评估和随访监测中的重要的作用，可为临床医生在诊疗COVID-19患者的过程中，需要选择影像学检查时提供一定参考。同时，医学影像技术结合5G、大数据和人工智能等先进科学技术已初具雏形，希望进一步加强研究，早日应用于临床COVID-19 的诊疗中，帮助临床医生提高诊断准确性和工作效率，有效遏制疫情的蔓延，造福广大人民群众并为现代化医疗体系建设提供更好的支持。