醫學影像技術在新型冠狀病毒肺炎 診療中的應用

[摘 要] 2019年12月上旬，新型冠狀病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）疫情開始爆發，其具有傳播速度 快、感染率高的特點。截至2020年8月12日，全球現有確診超600萬例，波及200多個國家和地區。如何遏制COVID-19的 蔓延，如何及時篩查和診治COVID-19患者已成為全球抗擊疫情共同面臨的難題。在抗擊疫情的過程中，醫學影像技術在 COVID-19患者的診療中發揮著重要作用。本研究通過現有臨床報道，從DR、CT、超聲檢查技術在COVID-19的篩查診 斷、病情監測、治療評估中的應用等方面展開綜述，總結了DR、CT、超聲檢查技術診斷COVID-19的優勢和缺陷，從影像 學角度為診療COVID-19提供臨床參考。

[關鍵詞] DR；CT；超聲檢查；人工智能；新型冠狀病毒肺炎

引言 從 2019 年 12 月開始，不明原因病毒感染性肺炎病 例開始出現，2020 年 1 月 11 日，世界衛生組織（World  Health Organization，WHO）將該病毒命名為新型冠狀病毒 （2019-nCoV）[1]，由該病毒引起的肺炎被稱為新型冠狀病 毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）[2]，2020 年 2 月 11 日 WHO 宣布該病毒引發的疾病正式命名為 2019 冠狀病毒。COVID-19 是由嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒 感染導致的傳染性疾病。典型臨床表現以發熱、乏力、干 咳為主，少數患者伴有鼻塞、流涕、咽痛和腹瀉等癥狀 ； 重癥患者可出現呼吸困難和（或）低氧血癥，嚴重者可快 速進展為急性呼吸窘迫綜合征、膿毒癥休克、難以糾正 的代謝性酸中毒和凝血功能障礙及多器官功能衰竭 [3]。為 應對 COVID-19 大流行，多個國家都規定了社交距離，限 制群眾聚會活動以及其他限制措施 [4]。據報道，在 710 例 COVID-19 患者中，危重癥者占 7.3%[5]，重癥患者死亡率 為 61.5%，因此迫切需要早期篩查和隔離輕度或無癥狀的 病例，以及對重癥患者進行強化治療的早期診斷。 但由于疫苗研發周期長，目前尚無針對該疾病的疫苗 和特異性的抗病毒藥物，因此早篩查、早隔離、早診斷及 早治療是控制此次疫情最基本且最有效的手段 [6]。在國家 衛健委發布的第七版診治方案 [3] 中明確規定確診病例的診斷標準為 ：實時熒光 RT-PCR 檢測新型冠狀病毒核酸陽性、 病毒基因測序與已知的新型冠狀病毒高度同源、血清新型 冠狀病毒特異性 IgM 抗體和 IgG 陽性、血清新型冠狀病毒 特異性 IgG 抗體由陰性轉為陽性或恢復期較急性期 4 倍及 以上升高。但由于各區域資源配置不均衡、試劑盒質量良 莠不齊、采樣方式受限、檢測周期長且價格偏貴、假陰性 較高等諸多問題，導致部分疑似患者得不到及時有效的隔 離治療 [7]。從目前臨床診療研究顯示，COVID-19 感染者多 數在 DR、CT、超聲檢查中具有陽性的影像學表現，能幫助 臨床醫生快速高效的診斷和鑒別疾病類型、判斷病情嚴重 程度、評價治療療效，且適用于特殊感染患者，如：嬰幼兒、 孕產婦、重癥患者以及其他不適用于核酸檢測的患者。了 解相關醫學影像技術在診療新型冠狀病毒肺炎的應用價值， 有利于臨床醫生及時了解患者疾病進展情況并制定合適的 治療方案。對挽救 COVID-19 患者生命和控制疫情傳播有 重要的現實意義。

1 DR在COVID-19診療中的應用

1.1 普通DR 在COVID-19診療中的應用 曾鳳霞等 [8] 的研究顯示，部分在 CT 中以磨玻璃病灶 為主的患者，在胸部 X 線片上也有相應的陽性征象。呂晗 等 [9] 對 20 例首診時同時具備 CT 和 DR 檢查的 COVID-19 患者進行回顧性分析，其中 CT 檢出 19 例患者，DR 檢出 17 例。DR 檢出率可達 90%，2 種檢查的診斷能力差異并 無統計學意義。因 DR 空間分辨率高于 CT，能更好地顯示 病灶多發、存在大片狀病變的 COVID-19 患者，尤其對于 重癥患者來說，由于肺內病灶多發、呈彌漫分布，胸部 DR 可能會更好地達到檢查效果。有研究顯示，重癥患者 DR 胸片陽性率高達 88.89%[10]。特別是在隔離重癥監護區，患 者行動不便，CT 檢查受限等情況下，床旁 DR 機能進入隔 離區，為臨床醫生提供 COVID-19 重癥患者的肺部病變情 況。且比普通大型 X 線機輻射劑量低，能減少重癥患者因 多次照射而所受到的 X 射線傷害。 但同時，因胸部 DR 自身軟組織對比度差，組織重疊 等缺陷，不易識別單發的小磨玻璃密度病灶，對于早期肺 部病變或以磨玻璃為主改變的患者漏診率高缺乏特異性且 敏感度低 [11]。因此在日常臨床使用中，主要用于檢查設備 不足的基層醫療機構對疑似 COVID-19 患者進行初步篩查 和重癥隔離區患者的床旁檢查。 1.2 胸部DR結合人工智能技術在COVID-19診療中的應用 在一項研究中，研究人員提出了一種基于深度學習的 模型，該模型具備云診斷的功能，能在數秒內從原始胸部 X 射線圖像中自動檢測和分類出 COVID-19 病例。其準確 率在 85% 以上 [12]。若應用于臨床，可大大減少影像診斷醫 生工作量，并且可以解決偏遠地區缺乏專業影像診斷醫生 的問題。提高篩查 COVID-19 感染者的效率，有效遏制疫情的 傳播。但該模型還處于實驗階段，具體應用價值還有待研究。

2 胸部CT檢查在COVID-19診療中的應用

2.1 胸部CT檢查在COVID-19篩查和診斷中的作用 CT 檢查效率高、密度分辨率高 ；對病灶的定位、定性 準確，可獲得無層面外組織結構干擾的橫斷面圖像，通過 調節窗寬和窗位可滿足各種觀察的需要，并且可通過后處 理技術多平面、多方位顯示病灶細節。在肺部檢查中，CT 明顯優于 MRI、B 超和常規 X 線檢查。 臨床中有報道顯示，在患者具有高風險感染情況下， 部分患者初次或 2~3 次 RT-PCR 核酸檢測結果呈陰性，而胸 部 CT 卻具有典型的 COVID-19 影像學征象 [13]。一項針對 51 例患者胸部 CT 和 RT-PCR 檢測結果的分析報告中顯示， 初次就診時，胸部 CT 對 COVID-19 的敏感性高于 RT-PCR （分別為 98% 和 71%）[14]。Ai 等 [15] 對比了武漢市 1014 例 COVID-19 患者的 RT-PCR 檢測和胸部 CT，結果顯示 ：篩 查早期患者，RT-PCR 檢測的敏感性低于胸部 CT 檢查。在 實時熒光 RT-PCR 檢測結果為陰性的 COVID-19 患者中，其 中 75% 的患者胸部 CT 結果呈陽性征象。此外，有學者為 評估 CT 在 COVID-19 診療中的價值，進行了 meta-analysis， 其結論是胸部 CT 對診斷 COVID-19 具有很高的敏感性 [16]。 可見胸部 CT 在診斷 COVID-19 方面有重要作用，且 CT 檢 查耗時短，診斷結果可快速獲得，在對大量 COVID-19 疑 似患者進行快速篩查、提示診斷等方面發揮著重要作用 [17]。 多項研究表示，COVID-19 病灶多分布于雙肺胸膜下， 主要征象為磨玻璃密度改變并伴小葉內間隔增厚，以及空 氣—細支氣管征和微血管擴張征象。肺內纖維化改變、肺 內淋巴結腫大 ；胸腔積液在首診的 COVID-19 患者中較少 見 [18-20]。Shi 等 [21] 根據確診患者接受 CT 檢查的時間進行 分組比較和分析，結果顯示 ：COVID-19 影像學表現隨著 時間推移，病灶范圍從單側逐漸發展為雙側，實變影逐漸 代替磨玻璃影。在癥狀出現后的第 4 周開始，病灶逐漸被 吸收?！缎滦凸跔畈《痉窝子跋裨\斷指南（2020 年第二版 簡版）》[22] 根據 COVID-19 患者不同時期的胸部 CT 表現， 將其分為早期、進展期、重癥期和轉歸期。早期 ：分布于 雙肺胸膜下的低密度局限性的磨玻璃影 ；進展期 ：雙肺病 灶范圍較早期擴大，密度增高，可出現實變影，其內還可 見充氣支氣管征 ；重癥期 ：雙肺病灶進一步擴大，可呈彌 漫性分布，實變影占主要部分，可合并磨玻璃密度影和條 索狀影 ；轉歸期 ：病灶范圍較重癥期明顯縮小，病灶密度 明顯降低，實變病灶逐漸消失。 但也有研究發現，部分確診的輕癥或無癥狀患者胸部 CT 檢查結果可無明顯異常改變，因此僅憑 CT 檢查結果篩 查疑似患者也存在漏洞，還應當結合核酸檢測和病毒基因v> 測序等檢查方式，以確保輕癥或無癥狀患者得到有效救治。 此外，COVID-19 的 CT 表現與其他病毒性肺炎的鑒別診斷 較為困難，因此臨床影像診斷醫生需要結合臨床病史仔細 鑒別，避免誤診漏診的出現 [23-25]。

2.2 胸部CT檢查在COVID-19治療和隨訪中的作用 據 Zhao 等 [26] 的研究表明 ：部分患者的影像學表現 在治療過程中呈現先重后輕的現象，難以根據患者入院時 的基礎狀態預測其后期治療的效果。胸部 CT 可以評估疾 病的嚴重程度。通過患者不同時期的胸部 CT 圖像，計算 COVID-19 患者病灶占整個肺部的百分比，評估患者的病 情程度 [27]。因此可根據隨訪胸部 CT 檢查結果，制定有效 的治療方案并預測患者的最終臨床轉歸。 在《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第七 版）》[3] 中，強調將胸部 CT 檢查顯示急性滲出性病變明 顯吸收，病變范圍顯著縮小作為患者的出院標準之一。 足以證明胸部 CT 檢查在臨床觀察治療效果、監測病變和 隨訪中的重要作用。但是 CT 檢查必然會對患者造成一定 的輻射損傷，此外，由于環境的潛在污染，CT 掃描可能 會增加放射科醫務人員被感染的風險。

2.3 特殊CT掃描方法和掃描技術在COVID-19診療中的應用 COVID-19 患者在確診及治療后復查過程中需要在短 時間內多次進行 CT 檢查，且影像診斷指南推薦使用胸部 高分辨率 CT。隨著檢查次數的增加勢必會導致患者輻射劑 量的累積。肖艷等 [28] 的研究顯示 ：與常規參數胸部 CT 掃 描相比，采用低劑量胸部 CT 掃描既能確保 COVID-19 患 者的檢出率和圖像質量，還能降低受檢者所受輻射劑量。 使用雙源 CT Flash 掃描技術，能更加明顯的縮短檢查時間、 降低輻射劑量 , 并獲得更高質量的肺部影像，尤其適用于 重癥患者 [29]。此外，能譜 CT 利用自身特殊的單能譜成像 技術，能夠提高早期 COVID-19 患者肺部低密度病灶檢出 率，特別是針對核算檢測結果為陰性的疑似感染者 [30]。

2.4 特殊CT分析方法在COVID-19診療中的應用 據 Zhao 等 [31] 的研究表明，CT 檢查還可以用于評估 COVID-19 病變累及肺部的嚴重程度，該研究使用“CT 影 像肺受累范圍評分”的 CT 半定量評分方法。將肺部分為 3 個部分，通過雙肺累及總分客觀反映 COVID-19 患者肺部 病變的嚴重程度。此外，還可使用 CT 定量評價指標，客觀 反映不同年齡段患者病變發展速度和特點，為臨床客觀評 價 COVID-19 肺部改變提供更加科學、精準、便捷的方法 [32]。

2.5 胸部CT檢查結合人工智能在COVID-19診療中的潛在 價值 伴隨著計算機技術的飛速發展，人工智能技術在醫療 領域的應用越來越廣泛。據報道，阿里達摩醫療 AI 團隊研 發出新型冠狀病毒肺炎 CT 影像識別技術，其準確率可達 96%。利用人工智能分析 CT 圖像還可提供病變的體積、形 狀和密度等數據，并能比較不同時期 CT 圖像中某一病變 的變化數據，量化肺炎病癥的輕重程度 [33]。從而提高臨床 診斷效率，減少誤診、漏診的發生。但該技術尚處在研究 階段，具體臨床使用效果和價值還有待研究。

2.6 特殊CT檢查設備在COVID-19診療中的應用 隨著疫情在國內的蔓延，大型三甲醫院均開設急診發 熱門診，且在 COVID-19 患者病例數量大的城市，還建立 了方艙醫院。為了滿足眾多發熱患者的影像檢查需要，緩 解醫院 CT 檢查室壓力，適應方艙醫院建設特點。移動車 載箱體式 CT 在此次疫情期間發揮了重要作用。與普通 CT 相比，此類移動車載式 CT 靈活方便、對安裝場地要求小、 通電即可使用。目前車載式 CT 大都配備 16 排 CT，不僅 可進行肺部薄層掃描，還可支持全身大范圍一次掃描，除 簡單平掃外，還能做增強掃描。大部分移動車載式 CT 還 可與醫院信息系統、醫學影像存檔與通訊系統對接。方便 臨床醫生對患者影像學資料的查閱，及時了解患者病情。 此外，移動車載式 CT 大都安裝在空曠的室外，有效避免 了院內交叉感染，且可實現醫患零接觸，降低醫護人員感 染率。相信隨著影像技術相信隨著影像技術、智能 AI 掃描 及 5G 傳輸技術的發展，未來移動車載式 CT 將更加廣泛的 應用于基層醫療單位、發熱門診篩查、社區定點篩查和常 規體檢、院內放射科分流等領域中 [34-35]。

3 超聲在COVID-19診療中的應用

3.1 肺部超聲在COVID-19診療中的作用 在新型冠狀病毒肺炎大流行的情況下，快速識別病 例、劃分疾病嚴重程度、制定正確的治療方案對提高醫院 接診能力至關重要，在《新型冠狀病毒重癥肺炎肺部超聲 檢查及遠程診斷實施方案（第一版）》中指出，肺部超聲 可作為影像學檢查手段輔助觀察 COVID-19 重癥患者的肺 部病灶變化。肺部超聲（Lung Ultrasound Score，LUS）在 COVID-19 診療中具有重要作用，這已是國內外專家的共 識 [36-38]。在隔離重癥監護區，患者行動不便、CT 或床旁 X 線機檢查受限時，超聲檢查是唯一可以進入隔離區對重 癥患者進行床旁檢查的醫學影像技術設備，本身具有其他 影像檢查設備不可比擬的優勢，如 ：實時動態、無創無害、 無電磁輻射、可反復檢查等優勢，可以最大程度地減少患 者移動的需要，降低交叉污染的發生率，還可以實時獲得 重癥患者最新病情數據，指導臨床對患者進行病情評估和 治療方案的調整，更好地滿足 COVID-19 危重癥患者現代 化診療的需求。 研究顯示，肺部超聲能清晰顯示肺炎病灶的大小，可 用于兒童、孕產婦、危重癥等疑似肺炎患者的檢查 [39]。 LUS 還能定量評估肺部炎癥的嚴重程度和進展情況。其 中，COVID-19 超聲表現主要為 ：存在各種形式的 B 線、v> B 線融合呈“瀑布”狀、不規則或破碎的胸膜線、無肺滑 動征、可合并胸腔積液。據報道，肺部超聲可以對疑似 COVID-19 的有癥狀患者進行早期肺部病變檢查，在這種 情況下，LUS 比胸部 X 線更敏感 [40]。但也有研究顯示以 COVID-19 患者 CT 檢查結果作為參考，肺部超聲對輕中度 患者的診斷價值相對較低，但對重度患者的診斷價值較高， 準確率為 93.3%（28/30）[41]。

3.2 超聲在COVID-19重型、危重型患者氣管插管、有創機 械通氣中的應用 在《新型冠狀病毒肺炎診療方案（試行第七版）》中提 出，對于重型、危重型患者使用高流量鼻導管氧療或無創 通氣后，若短時間內（1~2 h）病情并無改善甚至惡化，應 及時進行氣管插管或有創機械通氣。而氣管快速超聲檢查 （Tracheal Rapid Ultrasound Exam，TRUE）技術，可以清晰 的顯示氣道結構、測量氣道內徑?？芍笇R床醫師在三級 防護下，諸多操作受阻時也能選擇合適的通氣管徑，迅速 完成氣管插管。使用肺通氣評分，可以監測拔管前后患者 肺部通氣進展，并預測患者拔管時機 [42]。此外，利用床旁 超聲可有效顯示氣管插管氣囊上方分泌物，預防呼吸機相 關性肺炎 [43-44]。

3.3 心臟超聲和血管超聲在COVID-19診療中的應用 研究顯示，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 病毒可侵犯心肌組織，嚴 重者可導致爆發性心肌炎，出現心率失常、心力衰竭等臨 床表現。此外，心血管慢性疾病患者易發生感染及病情加 重，有無心血管并發癥是不良預后的主要影響因素?！缎滦?冠狀病毒肺炎超聲心動圖檢查及遠程診斷實施建議（第一 版）》指出，針對 COVID-19 重型患者，有必要進行床旁經 胸超聲心動圖檢查 , 快速提供重癥患者在心臟大小、結構、 功能和血流動力學等方面的改變，為診斷與治療方案的調 整，提供及時、準確的信息 [45]。COVID-19 主要影響右心 系統，需動態觀察右心室大小及收縮功能，測量肺動脈壓， 注重觀察是否有出現肺動脈高壓的聲像圖特征。當右心室 心尖出現不同步收縮增強而游離壁運動降低時，要高度關 注急性肺栓塞可能。對于 COVID-19 并發心肌炎患者，多 次使用超聲心動圖監測可了解患者心臟動態變化，便于發 現合并心肌炎的 COVID-19 患者。 重癥和危重癥 COVID-19 患者存在凝血功能障礙，易 形成深靜脈血栓，且血栓脫落后可繼發肺血栓栓塞癥，威 脅患者生命。為及早發現和治療靜脈血栓栓塞癥，有必要 對重癥和危重癥 COVID-19 患者行血管彩色多普勒超聲檢 查。明確血栓是否形成以及血栓的具體位置、形態、范圍 等信息 [46]。此外，這類患者在進行中心靜脈插管時可能比 較困難，醫生在三級防護下，受個人防護設備造成的物理 干擾，可能會影響操作的流暢性和手指的知覺靈敏度，而 血管超聲可以幫助醫生明確穿刺血管位置，提高穿刺成功 率，降低患者并發癥發生率 [47]。

3.4 超聲新技術在COVID-19 診療中的應用 受疫情發展迅速、超聲專家有限、區域影像資源分配 不均等因素影響，可在隔離病房內使用配備有 5G 傳輸功能 的遠程超聲診斷便攜式超聲儀，從而實現院外專家在線指 導隔離病房內超聲醫生的操作和診斷 [48]。此外，還可將機 器人裝置和上述遠程 5G 傳輸技術相結合，實現醫患零接觸 式的超聲檢查。其中，解放軍總醫院海南醫院超聲科已成 功使用 5G 遠程機器人超聲為一名 COVID-19 的男性患者評 估心肺功能 [49]。已有學者利用人工智能技術，研發針對于 肺部超聲 B 線的自動檢測分析軟件，可以客觀地對肺水腫 和肺纖維化程度進行分類。具有高度的準確性和量化可行 性 [50]。但實際使用情況和效果還有待進一步觀察研究。

4 總結 綜上所述，醫學影像技術在新型冠狀病毒肺炎診療中 發揮了不可估量的作用，主要以 CT、DR 和超聲為主，其 他醫學影像檢查設備尚未有在新型冠狀病毒肺炎診療中 應用的相關報道。本文簡要介紹了 DR、CT、超聲檢查 在 COVID-19 的篩查分流、診斷分級、療效評估和隨訪監 測中的重要的作用，可為臨床醫生在診療 COVID-19 患者 的過程中，需要選擇影像學檢查時提供一定參考。同時， 醫學影像技術結合 5G、大數據和人工智能等先進科學技 術已初具雛形，希望進一步加強研究，早日應用于臨床 COVID-19 的診療中，幫助臨床醫生提高診斷準確性和工 作效率，有效遏制疫情的蔓延，造福廣大人民群眾并為現 代化醫療體系建設提供更好的支持。