医学影像技术在新型冠状病毒肺炎 诊疗中的应用

[摘 要] 2019年12月上旬，新型冠状病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）疫情开始爆发，其具有传播速度 快、感染率高的特点。截至2020年8月12日，全球现有确诊超600万例，波及200多个国家和地区。如何遏制COVID-19的 蔓延，如何及时筛查和诊治COVID-19患者已成为全球抗击疫情共同面临的难题。在抗击疫情的过程中，医学影像技术在 COVID-19患者的诊疗中发挥着重要作用。本研究通过现有临床报道，从DR、CT、超声检查技术在COVID-19的筛查诊 断、病情监测、治疗评估中的应用等方面展开综述，总结了DR、CT、超声检查技术诊断COVID-19的优势和缺陷，从影像 学角度为诊疗COVID-19提供临床参考。

[关键词] DR；CT；超声检查；人工智能；新型冠状病毒肺炎

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v> 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、v> 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。