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性RNA病毒，常與輕度上呼吸道感染有關(guān)。但相關(guān)文獻記載，兩種β-冠狀病毒在嚴重急性呼吸綜合征冠狀病毒1（SARSCoV-1）和中東呼吸綜合征（MERS）流行期間引起嚴重感染，病死率極高［1-2］。引發(fā)2019年冠狀病毒?。–OVID-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，其傳播率遠遠超過了以往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)測疾病進展以及評估并發(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）小葉間隔增厚和實變，伴小范圍實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77%，其形成可能與間質(zhì)淋巴細胞浸潤引起小葉間隔增厚有關(guān)［9］。隨著病程的延長，COVID-19網(wǎng)格影的發(fā)生率可能增加［9］。實變無論單獨出現(xiàn)還是伴有GGOs（所謂“混合性病變”），其發(fā)生率為24.2%～64%［7］，實變可能與疾病進展有關(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)可進展為實變或與實變共存［7，11］。鋪路石征的發(fā)生率為5%～36%［7］。根據(jù)對嚴重急性呼吸綜合征（SARS）的病理認知，這種征象可能是急性肺損傷時肺泡水腫和間質(zhì)炎癥所致［11］。此外，鋪路石征伴有彌漫性GGOs和實變可能提示COVID-19處于進展期或達高峰期［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支氣管擴張。氣道改變包括支氣管擴張和支氣管壁增厚（發(fā)生率10%～20%），發(fā)病機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)系尚存爭議。一些研究人員認為纖維化預(yù)示病情穩(wěn)定，預(yù)后良好［15］。另一些人則認為纖維化可能表明預(yù)后不良，隨后病情可能進展為高峰期或?qū)е路伍g質(zhì)纖維化［7-9］。血管擴張也是COVID-19的表現(xiàn)之一，可能與炎癥因子引起的毛細血管壁損傷和腫脹有關(guān)［16］。據(jù)報道，3%～13%患者可出現(xiàn)多發(fā)不規(guī)則實性結(jié)節(jié)［15］或結(jié)節(jié)伴暈征［17］。暈征曾被認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展導(dǎo)致GGOs周圍發(fā)生實變或病變吸收導(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檢測陽性患者中，胸部CT檢查正常也較為常見［20-21］。實變伴暈征（提示有潛在的合并感染）在COVID-19兒童中較常見［16］。有報道稱，與成人相比，胸腔積液和“白肺樣”改變在兒童中發(fā)生率高達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作為參考標準，但其經(jīng)常產(chǎn)生假陰性或波動性結(jié)果，而且過程耗時，使診斷和控制活動性COVID-19變得困難［16］。胸部CT對COVID-19的診斷具有較高的敏感性，對監(jiān)測疾病進展和評價療效也有重要意義，是最常用的檢查方法，這與其經(jīng)濟性、可實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，許多研究報告表明CT檢查的陽性結(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、腺病毒和巨細胞病毒肺炎均以雙肺實變?yōu)橹饕飨螅?4］。LIN等［25］對COVID-19與流感病毒性肺炎的胸部CT表現(xiàn)進行對比研究，發(fā)現(xiàn)COVID-19最常見于胸膜下，但實變、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)生率均無差異。因此，當診斷不明確時，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MRI序列上可顯示GGOs、實變、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)于炎癥實變后的水腫區(qū)。同樣，ATES等［27］發(fā)現(xiàn)MRI檢測GGOs或?qū)嵶兣c常規(guī)CT無顯著差異，其敏感性為91.7%，特異性為100%，陽性預(yù)測值為100%，陰性預(yù)測值為95.2%。超短回波時間-MRI（UTE-MRI）與常規(guī)CT的前瞻性對比分析，進一步證實了檢測COVID-19的單純GGOs、單純實變和GGOs伴實變等典型征象上有顯著一致性；在評估空洞、鋪路石征和空氣支氣管征等征象時，其一致性不高［28］。總的來說，這些結(jié)果與相關(guān)肺部感染的現(xiàn)有文獻報道相一致，表明肺部MRI相比胸部CT能夠充分地區(qū)分不同階段的實質(zhì)浸潤情況［29］。

美國放射學(xué)會目前的指導(dǎo)方針不建議對確診或疑似SARS-CoV-2陽性患者進行MRI檢查［30］。因其存在感染性傳播的風險，同時受心臟和呼吸運動偽影、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，相對于周圍組織表現(xiàn)為高信號，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。肺部MRI為高?；颊咛峁┮环N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，但其在評估和判斷感染性和炎癥性肺部疾病方面的作用越來越大［31］。病毒性肺炎引起急性肺損傷的炎癥反應(yīng)是由中性粒細胞、單核細胞和效應(yīng)T細胞的趨化因子募集引起的［31］。中性粒細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。當與CT相結(jié)合時，PET/CT對功能和解剖過程可進行詳細評估，并可對實質(zhì)和間質(zhì)活性進行無創(chuàng)量化，作為炎性細胞行為的一個指標［31］。

報道稱，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）實變對應(yīng)的區(qū)域顯示18F-FDG攝取，最大標準化攝取量（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］進行了系統(tǒng)評估，發(fā)現(xiàn)COVID-19相關(guān)肺部病變SUVmax為4.9±2.3。據(jù)報道，COVID-19病變的18F-FDG攝取越高，紅細胞沉降率越快，病程越長［33］。18F-FDG PET/CT還可以在診斷不明確的情況下評估是否合并感染。據(jù)報道［35］，1例患有左側(cè)第一跖骨慢性骨炎且細菌血培養(yǎng)陽性的患者，為明確是否合并人工瓣膜感染，進行了18FFDG PET/CT檢查，隨后經(jīng)實驗室檢查確診為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充作用。

18F-FDG PET/CT是一種檢測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］。因為PET檢查費用高、采集時間長和輻射劑量大，而且成像技術(shù)的復(fù)雜性延長了核醫(yī)學(xué)工作人員的暴露時間，使他們面臨更大的院內(nèi)傳播風險［35］。綜上所述，這些因素限制了PET檢測COVID-19的適用性。

2.4 基于CT的AI輔助技術(shù) 近年來，由于計算機科學(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)圖像的模式識別，用來分割感興趣區(qū)和捕獲胸部CT圖像的精細結(jié)構(gòu)，快速提取自學(xué)習的特征。其中機器學(xué)習和深度學(xué)習一直是研究的焦點，特別是深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習方法，自動進行特征提取過程，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)過預(yù)處理和分割階段后，都是通過修改或改進的預(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階段。

LI等［38］報道了一種COVID-19檢測神經(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)習架構(gòu)EfficientNet B4對CT掃描的COVID-19和肺炎切片進行分類，6例放射科醫(yī)生的診斷結(jié)果用來評估AI模型獲得結(jié)果的有效性，AI模型的準確率達96%，而放射科醫(yī)生診斷的平均準確率為85%。XIAO等［40］采用預(yù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)ResNet34診斷COVID-19的嚴重程度，該模型的受試者工作特征曲線下面積為0.987，檢測嚴重程度和非嚴重程度的預(yù)測值分別為87.50%和78.46%。SHI等［41］在一項利用紋理分析、機器學(xué)習和深度學(xué)習方法在胸部CT圖像上檢測COVID-19的比較研究中表明，借助深度學(xué)習方法可以加快COVID-19診斷速度，顯著減輕醫(yī)護人員的負擔。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值的信息。

可見，胸部CT對COVID-19的檢測和分期至關(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對檢測COVID-19特征性表現(xiàn)具有很高的一致性。對于應(yīng)避免過度或反復(fù)暴露于電離輻射的患者，肺部MRI仍是一種可行的選擇。早期報道證實，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)工作人員的長時間暴露，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，仔細檢查所有掃描結(jié)果，以尋找無癥狀感染的證據(jù)。針對接受核醫(yī)學(xué)成像的無相關(guān)臨床癥狀的患者（如惡性腫瘤的評估和分期），及早發(fā)現(xiàn)SARS-CoV-2感染，對處于高風險的脆弱人群提供及時的臨床治療和預(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，有利于對疾病嚴重程度的評估，也可為疾病進展提供準確、定量的評價指標，有利于對病變的動態(tài)評估。