劉瑩瑩，楊峰峰，張雪寧

天津醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院，天津 300211

冠狀病毒科是一種單鏈陽(yáng)性RNA病毒，常與輕度上呼吸道感染有關(guān)。但相關(guān)文獻(xiàn)記載，兩種β-冠狀病毒在嚴(yán)重急性呼吸綜合征冠狀病毒1（SARSCoV-1）和中東呼吸綜合征（MERS）流行期間引起嚴(yán)重感染，病死率極高［1-2］。引發(fā)2019年冠狀病毒病（COVID-19）大流行的新型SARS-CoV-2β-冠狀病毒已經(jīng)以驚人的速度在全球蔓延，其傳播率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了以往β-冠狀病毒流行期間的傳播速度［3］。COVID-19的臨床表現(xiàn)通常與呼吸系統(tǒng)有關(guān)，也可有胃腸道、神經(jīng)系統(tǒng)、心臟和血液系統(tǒng)等方面的癥狀［4］。由于臨床表現(xiàn)與其他呼吸道感染（如流感病毒）癥狀無(wú)明顯差異，癥狀包括鼻塞、流涕、嘔吐、腹瀉，甚至腦血管意外和出血性腦病，使得COVID-19依靠臨床癥狀確診具有挑戰(zhàn)性。研究表明，影像學(xué)檢查是早期診斷COVID-19、監(jiān)測(cè)疾病進(jìn)展以及評(píng)估并發(fā)癥的主要檢查方法［5-6］。COVID-19具有典型的影像學(xué)表現(xiàn)，但其非典型影像學(xué)表現(xiàn)也相繼被報(bào)道?，F(xiàn)將COVID-19的影像學(xué)表現(xiàn)及影像檢查技術(shù)［包括CT、MRI、PET和基于CT的人工智能（AI）輔助技術(shù)］的應(yīng)用研究進(jìn)展予以綜述。

1 COVID-19的影像學(xué)表現(xiàn)

1.1 典型表現(xiàn) COVID-19病變常見于雙肺，通常分布于外周、胸膜下和肺葉后部［6］。磨玻璃影（GGOs）最常見，其成人發(fā)生率為50%～98%［7］，雙肺水腫和透明膜形成可能是其形成的潛在病理因素［8］。此外，GGOs通常伴有網(wǎng)狀影和（或）小葉間隔增厚和實(shí)變，伴小范圍實(shí)變可能提示有肺組織的炎性損傷［8］。其次是網(wǎng)格影，發(fā)生率高達(dá)77%，其形成可能與間質(zhì)淋巴細(xì)胞浸潤(rùn)引起小葉間隔增厚有關(guān)［9］。隨著病程的延長(zhǎng)，COVID-19網(wǎng)格影的發(fā)生率可能增加［9］。實(shí)變無(wú)論單獨(dú)出現(xiàn)還是伴有GGOs（所謂“混合性病變”），其發(fā)生率為24.2%～64%［7］，實(shí)變可能與疾病進(jìn)展有關(guān)，并與纖維黏液樣滲出物在肺泡積聚有關(guān)［10］。GGOs在發(fā)病后1～3周內(nèi)可進(jìn)展為實(shí)變或與實(shí)變共存［7，11］。鋪路石征的發(fā)生率為5%～36%［7］。根據(jù)對(duì)嚴(yán)重急性呼吸綜合征（SARS）的病理認(rèn)知，這種征象可能是急性肺損傷時(shí)肺泡水腫和間質(zhì)炎癥所致［11］。此外，鋪路石征伴有彌漫性GGOs和實(shí)變可能提示COVID-19處于進(jìn)展期或達(dá)高峰期［9］。

1.2 非典型表現(xiàn) 空氣支氣管征是COVID-19的表現(xiàn)之一［11］。最近尸檢報(bào)告顯示，肺支氣管中可見膠質(zhì)黏液附著，因此推斷此征象中所見支氣管內(nèi)充滿的可能是膠質(zhì)黏液而不是空氣［13］。此外，這一征象常伴有輕度細(xì)支氣管擴(kuò)張。氣道改變包括支氣管擴(kuò)張和支氣管壁增厚（發(fā)生率10%～20%），發(fā)病機(jī)制可能為支氣管壁的炎性損傷和支氣管梗阻導(dǎo)致支氣管壁結(jié)構(gòu)破壞、組織增生、纖維化或牽拉性支氣管擴(kuò)張［14］。LI等［14］發(fā)現(xiàn)COVID-19重癥/危重癥患者支氣管壁增厚的發(fā)生率明顯高于普通患者。胸膜改變包括胸膜增厚和胸腔積液，其中前者更常見，后者可能提示臨床預(yù)后不良［14］。胸膜下線征的發(fā)生率約為20%，可能與肺水腫或纖維化有關(guān)［11］。研究報(bào)道，約17%患者伴有纖維化［15］。目前，纖維化與患者預(yù)后的關(guān)系尚存爭(zhēng)議。一些研究人員認(rèn)為纖維化預(yù)示病情穩(wěn)定，預(yù)后良好［15］。另一些人則認(rèn)為纖維化可能表明預(yù)后不良，隨后病情可能進(jìn)展為高峰期或?qū)е路伍g質(zhì)纖維化［7-9］。血管擴(kuò)張也是COVID-19的表現(xiàn)之一，可能與炎癥因子引起的毛細(xì)血管壁損傷和腫脹有關(guān)［16］。據(jù)報(bào)道，3%～13%患者可出現(xiàn)多發(fā)不規(guī)則實(shí)性結(jié)節(jié)［15］或結(jié)節(jié)伴暈征［17］。暈征曾被認(rèn)為與血管侵襲性真菌感染或血源性轉(zhuǎn)移，以及病毒感染和機(jī)化性肺炎有關(guān)［18］。然而，目前這種表現(xiàn)的主要病理因素仍然未知。反暈征，也稱為環(huán)礁征，該征象可能與疾病進(jìn)展導(dǎo)致GGOs周圍發(fā)生實(shí)變或病變吸收導(dǎo)致中心密度減低有關(guān)［19］。淋巴結(jié)腫大、心包積液是COVID-19重癥/危重癥肺炎的重要危險(xiǎn)因素之一［14］。

1.3 特殊人群的影像學(xué)表現(xiàn) 兒童患者病情輕，癥狀少，病變表現(xiàn)更單一，典型的GGOs常發(fā)生在單側(cè)肺下葉［20］。RT-PCR檢測(cè)陽(yáng)性患者中，胸部CT檢查正常也較為常見［20-21］。實(shí)變伴暈征（提示有潛在的合并感染）在COVID-19兒童中較常見［16］。有報(bào)道稱，與成人相比，胸腔積液和“白肺樣”改變?cè)趦和邪l(fā)生率高達(dá)10%［22］。妊娠患者的早期胸部CT表現(xiàn)與成年人相似，但有數(shù)據(jù)表明該人群更容易出現(xiàn)胸腔積液，GGOs更易發(fā)生實(shí)變［23］。

2 影像學(xué)檢查技術(shù)在COVID-19中的應(yīng)用

2.1 CT 在COVID-19診斷中，以病毒核酸RTPCR作為參考標(biāo)準(zhǔn)，但其經(jīng)常產(chǎn)生假陰性或波動(dòng)性結(jié)果，而且過(guò)程耗時(shí)，使診斷和控制活動(dòng)性COVID-19變得困難［16］。胸部CT對(duì)COVID-19的診斷具有較高的敏感性，對(duì)監(jiān)測(cè)疾病進(jìn)展和評(píng)價(jià)療效也有重要意義，是最常用的檢查方法，這與其經(jīng)濟(jì)性、可實(shí)用性和較高的組織分辨率有關(guān)［5-6］。研究顯示，RT-PCR假陰性的COVID-19患者，胸部CT檢查的敏感性為98%［16］。而且，許多研究報(bào)告表明CT檢查的陽(yáng)性結(jié)果早于RT-PCR。

COVID-19的胸部CT具有典型表現(xiàn)，但其缺乏特異性，與SARS-CoV-1和MERS-CoV以及其他病毒性肺炎有許多相似征象［7-8，12，24］。特別是單純皰疹病毒、腺病毒和巨細(xì)胞病毒肺炎均以雙肺實(shí)變?yōu)橹饕飨螅?4］。LIN等［25］對(duì)COVID-19與流感病毒性肺炎的胸部CT表現(xiàn)進(jìn)行對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)COVID-19最常見于胸膜下，但實(shí)變、GGOs、小葉間隔增厚、支氣管壁增厚、小葉中心結(jié)節(jié)、空氣支氣管征、鋪路石征等征象的發(fā)生率均無(wú)差異。因此，當(dāng)診斷不明確時(shí)，還需要結(jié)合流行病史和臨床病史。

2.2 MRI目前已有研究比較肺部MRI與胸部CT對(duì)COVID-19特征性表現(xiàn)的分辨能力。TORKIAN等［26］研究中發(fā)現(xiàn)，多個(gè)MRI序列上可顯示GGOs、實(shí)變、網(wǎng)狀影和反暈征。T2加權(quán)渦輪自旋回波—渦輪反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列（T2W TSE-TIRM）比其他序列更能清楚地顯示病變，尤其是繼發(fā)于炎癥實(shí)變后的水腫區(qū)。同樣，ATES等［27］發(fā)現(xiàn)MRI檢測(cè)GGOs或?qū)嵶兣c常規(guī)CT無(wú)顯著差異，其敏感性為91.7%，特異性為100%，陽(yáng)性預(yù)測(cè)值為100%，陰性預(yù)測(cè)值為95.2%。超短回波時(shí)間-MRI（UTE-MRI）與常規(guī)CT的前瞻性對(duì)比分析，進(jìn)一步證實(shí)了檢測(cè)COVID-19的單純GGOs、單純實(shí)變和GGOs伴實(shí)變等典型征象上有顯著一致性；在評(píng)估空洞、鋪路石征和空氣支氣管征等征象時(shí)，其一致性不高［28］?？偟膩?lái)說(shuō)，這些結(jié)果與相關(guān)肺部感染的現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道相一致，表明肺部MRI相比胸部CT能夠充分地區(qū)分不同階段的實(shí)質(zhì)浸潤(rùn)情況［29］。

美國(guó)放射學(xué)會(huì)目前的指導(dǎo)方針不建議對(duì)確診或疑似SARS-CoV-2陽(yáng)性患者進(jìn)行MRI檢查［30］。因其存在感染性傳播的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)受心臟和呼吸運(yùn)動(dòng)偽影、軟組織低質(zhì)子密度和多種軟組織—空氣交界面引起敏感性偽影的限制［30］。然而，由于GGOs和實(shí)變繼發(fā)于滲出性液體積聚和質(zhì)子密度增加的基礎(chǔ)上，相對(duì)于周圍組織表現(xiàn)為高信號(hào)，肺部這些內(nèi)在特性在肺泡腔的病理學(xué)成像上仍具有優(yōu)勢(shì)。肺部MRI為高危患者提供一種可行的替代方法，如應(yīng)避免接觸電離輻射的孕婦和兒童［29］。

2.3 PET18F-標(biāo)記氟脫氧葡萄糖（18F-FDG）是一種半衰期約為110 min的葡萄糖類似物正電子發(fā)射示蹤劑。18F-FDG-PET在惡性腫瘤的功能成像中最為顯著，但其在評(píng)估和判斷感染性和炎癥性肺部疾病方面的作用越來(lái)越大［31］。病毒性肺炎引起急性肺損傷的炎癥反應(yīng)是由中性粒細(xì)胞、單核細(xì)胞和效應(yīng)T細(xì)胞的趨化因子募集引起的［31］。中性粒細(xì)胞的活性特別依賴于厭氧糖酵解和從周圍微環(huán)境中攝取的葡萄糖，PET成像上表現(xiàn)為18F-FDG-高代謝灶。當(dāng)與CT相結(jié)合時(shí)，PET/CT對(duì)功能和解剖過(guò)程可進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，并可對(duì)實(shí)質(zhì)和間質(zhì)活性進(jìn)行無(wú)創(chuàng)量化，作為炎性細(xì)胞行為的一個(gè)指標(biāo)［31］。

報(bào)道稱，COVID-19與表現(xiàn)為18F-FDG-高代謝灶的病變相一致［32］。QIN等［33］研究了大流行早期在武漢住院的4例患者，所有患者在急性期接受了18F-FDG PET/CT檢查，GGOs和（或）實(shí)變對(duì)應(yīng)的區(qū)域顯示18F-FDG攝取，最大標(biāo)準(zhǔn)化攝取量（SUVmax）在4.6～12.2，3例患者還表現(xiàn)出局部淋巴結(jié)的放射性示蹤劑攝取。SETTI等［34］進(jìn)行了系統(tǒng)評(píng)估，發(fā)現(xiàn)COVID-19相關(guān)肺部病變SUVmax為4.9±2.3。據(jù)報(bào)道，COVID-19病變的18F-FDG攝取越高，紅細(xì)胞沉降率越快，病程越長(zhǎng)［33］。18F-FDG PET/CT還可以在診斷不明確的情況下評(píng)估是否合并感染。據(jù)報(bào)道［35］，1例患有左側(cè)第一跖骨慢性骨炎且細(xì)菌血培養(yǎng)陽(yáng)性的患者，為明確是否合并人工瓣膜感染，進(jìn)行了18FFDG PET/CT檢查，隨后經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢查確診為COVID-19，發(fā)現(xiàn)該患者雙肺有高代謝灶，與GGOs相對(duì)應(yīng)的病變區(qū)域SUVmax為7.6，左腳病變部位為高代謝灶，隆突下、氣管旁和肺門淋巴結(jié)有淋巴結(jié)炎，SUVmax為6.1，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)人工瓣膜感染的跡象。由此可見18F-FDG PET/CT在縮小感染源的鑒別診斷方面起補(bǔ)充作用。

18F-FDG PET/CT是一種檢測(cè)COVID-19高度敏感的檢查方法，但其特異性較差［32］。許多作者不建議將PET/CT作為緊急情況下篩查COVID-19疑似病例的主要手段［30，36］。因?yàn)镻ET檢查費(fèi)用高、采集時(shí)間長(zhǎng)和輻射劑量大，而且成像技術(shù)的復(fù)雜性延長(zhǎng)了核醫(yī)學(xué)工作人員的暴露時(shí)間，使他們面臨更大的院內(nèi)傳播風(fēng)險(xiǎn)［35］。綜上所述，這些因素限制了PET檢測(cè)COVID-19的適用性。

2.4 基于CT的AI輔助技術(shù) 近年來(lái)，由于計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，AI技術(shù)在生物和醫(yī)學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用。在COVID-19的診斷階段，AI用于CT醫(yī)學(xué)圖像的模式識(shí)別，用來(lái)分割感興趣區(qū)和捕獲胸部CT圖像的精細(xì)結(jié)構(gòu)，快速提取自學(xué)習(xí)的特征。其中機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)一直是研究的焦點(diǎn)，特別是深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)方法，自動(dòng)進(jìn)行特征提取過(guò)程，在這些研究中得到了廣泛的應(yīng)用［37］。此外，預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)通常用于分割、特征提取和分類階段。DenseNet121、ResNet50、shufflenetv2在分類階段被研究者成功報(bào)道，而UNet++分割階段產(chǎn)生的圖像也獲得了滿意的結(jié)果［37］。許多已開發(fā)的系統(tǒng)在經(jīng)過(guò)預(yù)處理和分割階段后，都是通過(guò)修改或改進(jìn)的預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)建模，以提高COVID-19在CT圖像中的分類精度。這表明，廣泛使用的預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)可以非常成功地應(yīng)用于圖像分類的各個(gè)階段。

LI等［38］報(bào)道了一種COVID-19檢測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（COVNet），其可成功地將COVID-19與社區(qū)獲得性肺炎區(qū)分開。BAI等［39］采用深度學(xué)習(xí)架構(gòu)EfficientNet B4對(duì)CT掃描的COVID-19和肺炎切片進(jìn)行分類，6例放射科醫(yī)生的診斷結(jié)果用來(lái)評(píng)估AI模型獲得結(jié)果的有效性，AI模型的準(zhǔn)確率達(dá)96%，而放射科醫(yī)生診斷的平均準(zhǔn)確率為85%。XIAO等［40］采用預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)ResNet34診斷COVID-19的嚴(yán)重程度，該模型的受試者工作特征曲線下面積為0.987，檢測(cè)嚴(yán)重程度和非嚴(yán)重程度的預(yù)測(cè)值分別為87.50%和78.46%。SHI等［41］在一項(xiàng)利用紋理分析、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)方法在胸部CT圖像上檢測(cè)COVID-19的比較研究中表明，借助深度學(xué)習(xí)方法可以加快COVID-19診斷速度，顯著減輕醫(yī)護(hù)人員的負(fù)擔(dān)。AI系統(tǒng)的輔助提高了放射科醫(yī)生的診斷能力，為臨床分型和治療選擇提供有價(jià)值的信息。

可見，胸部CT對(duì)COVID-19的檢測(cè)和分期至關(guān)重要。COVID-19的特征性表現(xiàn)很明確，包括雙肺外周、胸膜下或肺葉后部的GGOs和網(wǎng)狀影，伴或不伴實(shí)變。然而，這些表現(xiàn)并非特異性，與其他病毒性肺炎有相似征象，因此對(duì)診斷為陰性的患者還應(yīng)考慮其他診斷。肺部MRI通常不作為檢測(cè)下呼吸道感染的一線方法，但初步研究表明，肺部MRI與胸部CT對(duì)檢測(cè)COVID-19特征性表現(xiàn)具有很高的一致性。對(duì)于應(yīng)避免過(guò)度或反復(fù)暴露于電離輻射的患者，肺部MRI仍是一種可行的選擇。早期報(bào)道證實(shí)，一些接受18F-FDG PET/CT檢查的患者，偶然發(fā)現(xiàn)其感染COVID-19，其病變部位存在高代謝灶。初步數(shù)據(jù)表明PET/CT是檢測(cè)COVID-19肺炎的一種高度敏感的方法，但其成本高、輻射劑量大以及核醫(yī)學(xué)工作人員的長(zhǎng)時(shí)間暴露，限制了PET/CT作為一線成像方法的適用性。盡管如此，在疫區(qū)工作的放射科和核醫(yī)學(xué)醫(yī)生必須保持警惕，仔細(xì)檢查所有掃描結(jié)果，以尋找無(wú)癥狀感染的證據(jù)。針對(duì)接受核醫(yī)學(xué)成像的無(wú)相關(guān)臨床癥狀的患者（如惡性腫瘤的評(píng)估和分期），及早發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2感染，對(duì)處于高風(fēng)險(xiǎn)的脆弱人群提供及時(shí)的臨床治療和預(yù)防至關(guān)重要。AI已初步應(yīng)用于COVID-19的診斷，將臨床及CT影像學(xué)特征與AI相結(jié)合，有利于對(duì)疾病嚴(yán)重程度的評(píng)估，也可為疾病進(jìn)展提供準(zhǔn)確、定量的評(píng)價(jià)指標(biāo)，有利于對(duì)病變的動(dòng)態(tài)評(píng)估。