Clinical Application Potentials of Ground Glass Opacities in Different Stages of Coronavirus Disease 2019
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摘要: 目的:分析、对比新型冠状病毒感染(COVID-19)不同时期胸部CT磨玻璃影的表现,探讨其对于COVID-19患者分期诊断、疾病管理中的意义。方法:收集、整理内蒙古自治区66例本土性和64例境外输入性COVID-19确诊病例的胸部CT图像,分析、对比早期和恢复期磨玻璃影及其伴随征象的影像特征。结果:77.3% 本土组COVID-19患者(51例)在疾病早期具有磨玻璃影表现,63.7% 本土组COVID-19患者(42例)在恢复期也具有磨玻璃影表现。不同时期的磨玻璃影及其伴随征象具有显著差异,早期磨玻璃影的平均CT值(-329.14±143.66) HU明显高于恢复期磨玻璃影(-616.71±89.82) HU。与恢复期磨玻璃影相比,多数早期磨玻璃影边缘清晰(43例,84.31% vs. 5例,11.90%)、多伴随铺路石征(32例,62.75% vs. 8例,19.05%);血管增粗(33例,64.71% vs. 4例,9.52%)和支气管充气征(19例,37.25% vs. 4例,9.52%)。恢复期较早期更多伴随条索的形成(35例,83.33% vs. 8例,15.69%)。伴随小叶间隔增厚的征象在不同时期组中无显著差异(早期7例,13.72% vs.恢复期2例,4.76%)。境外输入组与本土组结果相一致,早期组磨玻璃影更多表现为边缘清晰,恢复期组磨玻璃影密度更低并更多伴随条索的形成,早期组较恢复期组更多伴随铺路石征、血管增粗、支气管充气征。本土组和境外输入组病例进展期均较早期更多出现实变和条索,两组无统计学差异。结论:COVID-19恢复期较早期磨玻璃影密度较低,边缘不清,较少伴随铺路石征、血管增粗、支气管充气征等征象,但是更多伴有条索形成。该特征对COVID-19病程判定和疾病管理具有临床应用价值。Abstract: Objective: To analyze and compare the characteristics of ground glass opacities at different stages of coronavirus disease 2019 (COVID-19) on chest computed tomography (CT) images and to discuss its contribution to staging diagnoses and disease management for patients with COVID-19. Methods: Chest CT scans of 66 indigenous and 64 imported cases were collected from patients with COVID-19 in the Inner Mongolia region. Characteristics and the companion signs of ground glass opacities in the early and recovery stages of COVID-19 were analyzed and compared. Results: Of the 66 indigenous COVID-19 cases, 77.3% (51 cases) presented ground glass opacities in the early stage of the disease, while 63.7% (42 cases) had ground glass opacities in the recovery period. Notably, significantly different characteristics and companion signs of ground glass opacities were observed between the early and recovery stages. The average CT value of early-stage ground glass opacities (−329.14±143.66) HU was significantly higher than that of ground glass opacities (−616.71±89.82) HU in the recovery period. Compared with ground glass opacities in the recovery period, most early-stage ground glass opacities displayed clear edges (43 cases, 84.31% vs. 5 cases, 11.90%) and are often accompanied by paving stone signs (32 cases, 62.75% vs. 8 cases, 19.05%); thickened blood vessels (33 cases, 64.71% vs. 4 cases, 9.52%), and bronchial inflation symptoms (19 cases, 37.25% vs. 4 cases, 9.52%). The recovery period is more accompanied by irregular linear shadow than in the early stage (35 cases, 83.33% vs. 8 cases, 15.69%). There was no significant difference in the companion signs of interlobular septal thickening between the two stages (7 cases in the early stage, 13.72% vs. 2 cases in the recovery period, 4.76%). The results of the imported type are consistent with those of the indigenous type. Compared with ground glass opacities in the recovery period, most early-stage ground glass opacities displayed clear edges, while in the recovery group, the density of ground glass opacities was lower and accompanied more by irregular linear shadow. Both local and imported cases of COVID-19 showed more inflammatory consolidation and striation in the advanced stage than in the early stage. Conclusion: Compared with the ground glass opacities in the early stage, the ground glass opacities in the recovery period presented a lower density, unclear edges, and fewer signs of paving stone sign, thickened blood vessels, and bronchial inflation signs, but were more often accompanied by irregular linear shadows which are of great clinical application value for determining the course of COVID-19 and disease management.
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胸部CT作为新型冠状病毒感染(coronavirus disease 2019,COVID-19)重要的诊断检查方法[1],不仅在初诊患者中有一定特异的CT表现,在疾病的发展中,也存在一定的变化规律,胸部CT表现的动态演变规律对于指导临床诊治有着重要价值。按照临床发病时间(即出现症状开始)将CT表现分为3个阶段:早期(发病4 d内)、进展期(发病后5~13 d)和恢复期(发病14 d后)。早期肺内CT改变常表现为磨玻璃影、铺路石征、血管增粗、支气管充气征等[2-3],结合流行病学史,可用于新型冠状病毒感染的临床诊断。临床实践发现,治疗后恢复期的新型冠状病毒感染患者也可表现为磨玻璃影,易与早期磨玻璃影混淆,影响患者疾病阶段的判断。
本文回顾分析两组数据,揭示不同时期磨玻璃影密度、边缘、伴随征象的异同,并探讨其在临床诊断和疾病分期中的意义,及其在新型冠状病毒感染病程管理中的价值。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
回顾性收集2020年1月至3月内蒙古自治区定点医院收治的新型冠状病毒感染本土确诊病例66例及2020年3月至5月境外输入确诊病例64例。其中本土组年龄20~86岁,平均(48±15)岁,男31例,女35例;境外输入组年龄15~71岁,平均(42±12)岁,男34例,女30例。本土组病例发病到就诊时间为1~15 d,平均(2.56±2.46) d;境外输入组病例发病到就诊时间为1~18 d,平均(2.63±2.66) d。
纳入标准:①胸部 CT具有肺炎表现并有完整影像资料;②初诊符合当时国家卫生健康委员会颁布《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第七版)》[4]中的诊断标准;③初诊时未经治疗的患者;④病程中行 CT检查至少3次。
1.2 检查方法
所有患者采用Siemens、GE及联影多排螺旋CT进行胸部扫描,并根据病情需要多次复查CT。扫描参数:管电压120 kV,管电流150~350 mAs,层厚5.00 mm,矩阵512×512,重建层厚1 mm或1.25 mm。患者采取仰卧位在吸气后屏气状态下完成从肺尖至肺底扫描。
1.3 图像分析
由两名副高级职称以上放射科医师单独阅片,意见不一致时两人经协商达成一致或由第3名高级职称医师判定。
磨玻璃影(ground glass opacity,GGO)定义为肺内密度增高的模糊影,不掩盖走行于其内的肺血管影[5-6]。铺路石征是指增厚的小叶间隔及小叶内间隔线影叠加在磨玻璃影背景下,相互交织成网格状阴影,形成类似不规则铺路石样改变。条索为厚度1~3 mm的不规则线状阴影,不包括小叶间隔和小叶内间隔。支气管充气征指在高密度不含空气的肺组织内病变衬托出的充盈含气的低密度支气管影[5]。CT上的病变分布分为胸膜下分布和支气管血管束周围分布。胸膜下分布被定义为主要沿着胸膜下1/3区域分布。支气管血管束周围分布定义为主要分布在支气管血管束周围[7]。
1.4 统计学方法
采用SPSS 19.0统计软件进行统计分析工作。连续变量采用
$(\bar x\pm s )$ 表示,进行独立样本t检验;两组病变影像学征象等计数资料采用$\chi^2 $ 检验及Fisher精确概率法检验,P<0.05表示差异具有统计学意义。2. 结果
2.1 早期磨玻璃影发生情况
本研究中本土组病例早期CT检查时间距发病时间为(2.85±1.53)d,境外输入组为(2.73±1.86) d。早期CT表现虽然有多种征象,但是以磨玻璃影为主,其中本土组66例患者,51例(77.27%)CT表现发生磨玻璃影;境外输入组64例患者,59例(92.19%)CT表现发生磨玻璃影,两者差异有统计学意义,境外输入组发生率更高(表1和图1)。
表 1 早期磨玻璃影发生情况Table 1. Incidence of ground glass opacities in the early stage磨玻璃影 发生情况 统计检验 发生 未发生 $\chi^2 $ P 本土组(n=66) 51 15 5.552 0.018 输入组(n=64) 59 5 2.2 早期磨玻璃影分布特征
本土组和境外输入组病例均可累及多个肺叶,并以双肺分布为主。病灶主要沿胸膜下分布,近1/2的病例伴有支气管血管束周围分布,分布特征两者无统计学差异。具体病灶分布情况见表2。
表 2 新型冠状病毒感染早期磨玻璃影分布情况Table 2. Distribution of ground glass opacities in the early stage of COVID-19分布 组别 统计检验 本土组(n=51) 输入组(n=59) $\chi^2 $ P 累计范围 单肺 11 20 2.060 0.152 双肺 40 39 累计肺叶数量 1 12 15 0.965 0.326 2 10 19 5.084 0.024 3 11 4 2.884 0.089 4 9 9 0.066 0.797 5 24 12 3.901 0.048 累计肺叶 右上叶 44 24 8.482 0.004 右中叶 31 22 1.196 0.274 右下叶 56 46 0.983 0.322 左上叶 40 24 4.951 0.026 左下叶 50 43 0.135 0.713 病灶分布 胸膜下 66 58 0.003 0.955 支气管血管束周围 26 23 0.002 0.963 2.3 进展期磨玻璃影变化情况
51例早期表现为磨玻璃影的本土组病例中,进展期复查CT(距发病时间(9.36±2.12) d)显示,9.80%(5例)病灶无明显变化,50.98%(26例)病灶较早期吸收(范围缩小),39.22%(20例)病灶较早期进展(范围增大或病灶增多);59例早期表现为磨玻璃影的境外输入组病例中,进展期CT(距发病时间(8.76±1.63) d)显示,13.56%(8例)病灶无明显变化,45.76%(27例)病灶吸收,40.68%(24例)病灶进展。磨玻璃影在进展期除了出现范围的变化,还可以表现为性质的改变,而相对稳定的变化特征为早期磨玻璃影在进展期会出现实变及条索。
本土组病例中,45.10%(23例)在磨玻璃病灶中出现实变,76.47%(39例)出现条索;境外输入组病例中,49.15%(29例)在磨玻璃病灶中出现实变,76.27%(45例)出现条索。上述进展期磨玻璃影变化特征,在两组病例中无统计学差异(表3)。
表 3 进展期磨玻璃影变化特征Table 3. Characteristic change of ground glass shadows in the advanced stage分布 组别 统计检验 本土组(n=51) 输入组(n=59) $\chi^2 $ P 病灶变化 无变化 5 8 0.496 0.781 吸收 26 27 进展 20 24 原病变中出现实变 是 23 29 0.180 0.671 否 28 30 原病变中出现条索 是 39 45 0.001 0.980 否 12 14 2.4 早期和恢复期磨玻璃影的特征与伴随征象
入组的66例本土组新型冠状病毒感染患者中,77.27%(51例)在疾病早期表现为磨玻璃影,63.64%(42例)在疾病恢复期(距发病时间(17.66±7.43) d)也具有磨玻璃影表现。分析比较发现,早期组磨玻璃影平均CT值为(-329.14±143.66) HU,显著高于恢复期的磨玻璃影平均CT值(-616.71±89.82) HU。此外,84.31%(43例)早期磨玻璃影边界清楚,远高于恢复期边界清楚的磨玻璃影比例(11.90%,5例)。在伴随征象方面,62.75%(32例)早期磨玻璃影伴随铺路石征,64.71%(33例)伴随血管增粗,37.25%(19例)伴随支气管充气征,13.72%(7例)伴随小叶间隔增厚,15.69%(8例)伴随条索形成;而恢复期磨玻璃影伴随以上对应征象的比例分别为19.05%(8例),9.52%(4例),9.52%(4例),4.76%(2例)和83.33%(35例)。统计分析结果显示(表4),早期磨玻璃影更多表现为边缘清晰,恢复期磨玻璃影密度更低,早期较恢复期更多伴随铺路石征、血管增粗、支气管充气征,恢复期较早期更多伴随条索的形成(图2和图3)。两组磨玻璃影伴随小叶间隔增厚征象无统计学差异。
表 4 本土组病例早期和恢复期磨玻璃影的特征与伴随征象对比分析Table 4. The characteristics and companion signs of ground glass opacities in the early and recovery stages of indigenous casesCT征象 组别 统计检验 早期(n=51) 恢复期(n=42) $\chi^2 /$F P CT值/HU -329.14 -616.71 9.331 0.000 边界清楚 43 5 45.498 0.000 铺路石征 32 8 16.204 0.000 血管增粗 33 4 27.018 0.000 支气管充气征 19 4 8.084 0.003 小叶间隔增厚 7 2 1.216 0.177 条索 8 35 41.790 0.000 图 3 本土组不同时期磨玻璃影CT表现演变45岁男性,临床诊断为新型冠状病毒感染重型。(a)和(b)初诊胸部CT示双肺大片磨玻璃影,密度较高,边界清楚,伴随铺路石征、血管增粗及支气管充气征。(c)和(d)3 d后复查,磨玻璃病灶明显吸收,密度减低,边缘模糊。(e)和(f)10 d后复查,磨玻璃病灶持续吸收,密度进一步减低,边缘模糊。(g)和(h)15 d后复查,残留少量磨玻璃影,密度较淡,边缘模糊。Figure 3. Evolution of CT findings of ground glass opacity in different periods in the local group入组的64例境外输入组新型冠状病毒感染患者中,92.19%(59例)在疾病早期表现出磨玻璃影,71.88%(46例)在疾病恢复期(距发病时间(15.82±2.47) d)具有磨玻璃影表现。与本土组类似,早期磨玻璃影平均CT值为(-327.90±149.40) HU,显著高于恢复期的磨玻璃影平均CT值(-659.40±101.00) HU。96.61%(57例)早期磨玻璃影边界清楚,远高于恢复期边界清楚的磨玻璃影比例(13.04%,6例)。在伴随征象方面,64.41%(38例)早期磨玻璃影伴随铺路石征,55.93%(33例)伴随血管增粗,38.98%(23例)伴随支气管充气征,8.47%(5例)伴随小叶间隔增厚,18.64%(11例)伴随条索形成;而恢复期磨玻璃影伴随对应征象的比例分别为17.39%(8例),13.04%(6例),10.87%(5例),2.17%(1例)和89.13%(41例)。统计分析结果显示(表5),境外输入组与本土组相一致,早期磨玻璃影更多表现为边缘清晰,恢复期磨玻璃影密度更低并更多伴随条索的形成,早期较恢复期更多伴随铺路石征、血管增粗、支气管充气征。两组磨玻璃影伴随小叶间隔增厚征象无统计学差异。
表 5 境外输入组病例早期和恢复期磨玻璃影的特征与伴随征象对比分析Table 5. The characteristics and companion signs of ground glass opacities in the early and recovery stages of imported casesCT征象 组别 统计检验 早期(n=59) 恢复期(n=46) $\chi^2/ $F P CT值/HU -327.9±149.40 -659.4±101.00 6.211 0.014 边界清楚 57 6 75.210 0.000 铺路石征 38 8 23.210 0.000 血管增粗 33 6 20.370 0.000 支气管充气征 23 5 10.450 0.001 小叶间隔增厚 5 1 0.915 0.339 条索 11 41 51.370 0.000 值得注意的是,9例本土组和7例境外输入组确诊患者并不是出现症状后早期即就诊或行CT检查,就诊时间和CT检查时间存在滞后,因此这部分患者首次CT检查多表现为进展期或恢复期改变(图4和图5)。
3. 讨论
磨玻璃影是新型冠状病毒感染胸部CT最常见的影像征象,结合流行病学史,临床表现和实验室检查,在等待病毒核酸检测结果时就可以对疾病做出疑似诊断,及早地启动患者管理和治疗。在临床实践中,磨玻璃影贯穿于新型冠状病毒感染的整个病程中[7],尤其是疾病早期和恢复期[8-9]。本文对比发现磨玻璃影的密度、伴随征象等存在显著差异,通过磨玻璃影的特征,可以判断疾病的大致阶段。
新型冠状病毒感染影像学变化规律和病理改变相符,不同阶段的磨玻璃影、伴随征象及转变速度各异,反应了病理变化的不同[10-11]。早期胸部CT表现以胸膜下分布磨玻璃影为主,反映的病理基础主要是引起肺间质(小叶内间隔、小叶间隔、胸膜下及支气管血管束)为主的炎性渗出、水肿,病情变化快,进展期很快导致肺泡腔中出现细胞性纤维黏液样渗出,病变密度增高,同时,病程中还可合并实变、条索阴影等[12-13]。本研究66例本土患者中,51例(77.27%)早期表现为磨玻璃影,64例境外输入患者中,59例(92.19%)表现为磨玻璃影,两者均主要以胸膜下分布为主,密度较高,边界清楚,同时更多伴随铺路石征、血管增粗、支气管充气征等,与前期报道一致[14-16],符合新型冠状病毒感染主要引起深部气道和肺泡损伤的特征。23例(45.10%)本土患者进展期出现实变,39例(76.47%)出现条索;境外输入组病例中,29例(49.15%)出现实变,45例(76.27%)出现条索,CT变化特点符合病理进程。
恢复期,病灶内完全充填肺泡的炎性渗出物被机体不完全吸收,出现部分充盈和充盈肺泡并存的病理状态,CT表现再次出现磨玻璃影,变化发展慢。在本组病例中有42例本土(63.64%)患者及46例(71.88%)境外输入组患者恢复期出现这种改变,残留的磨玻璃影密度较淡,边界不清,伴随铺路石征、血管增粗、支气管充气征较少,最终可完全吸收。因此,边界不清、密度较淡的磨玻璃影是恢复期患者的主要表现。此外,恢复期磨玻璃影伴随条索影形成较常见,本研究中35例(83.33%)本土患者及41例(89.13%)境外输入患者恢复期形成条索影,表现在新型冠状病毒感染患者胸部CT中的条索影,在其随访过程中可以出现完全吸收、部分吸收、吸收不良而残留[17]。
上述出现条索影的患者中,出院复查CT时,条索影均有不同程度吸收,而大部分重型及危重型患者残留条索较多。因此,条索影作为一种炎性反应,在病程中可能并未发生纤维化改变,或临床干预影响了纤维化进程,具有可逆性,转归中可完全吸收;部分条索影也可以不同程度残留于肺组织,还需要远期随访中持续观察[18]。
本研究也存在一定局限性:首先,样本量偏少,未能按疾病严重程度进行分类比较;其次,患者多次CT复查的时间不完全一致,这也对观察疾病变化有一定偏倚。
综上所述,新型冠状病毒感染患者不同时期胸部CT中的磨玻璃影均具有一定特征性,正确认识、充分了解磨玻璃影的特征及其变化规律,对疾病的诊断(病程早期)和疾病转归评价(恢复期)具有重要的指导意义。此外,由于新型冠状病毒感染患者潜伏期及就诊时间存在着差异,胸部CT检查可作为先于临床及核酸检测的重要辅助诊断方式,通过对磨玻璃影的分析,可以大致地判断初诊患者的病程阶段,实现新型冠状病毒感染管理的优效、及时性。
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图 3 本土组不同时期磨玻璃影CT表现演变
45岁男性,临床诊断为新型冠状病毒感染重型。(a)和(b)初诊胸部CT示双肺大片磨玻璃影,密度较高,边界清楚,伴随铺路石征、血管增粗及支气管充气征。(c)和(d)3 d后复查,磨玻璃病灶明显吸收,密度减低,边缘模糊。(e)和(f)10 d后复查,磨玻璃病灶持续吸收,密度进一步减低,边缘模糊。(g)和(h)15 d后复查,残留少量磨玻璃影,密度较淡,边缘模糊。
Figure 3. Evolution of CT findings of ground glass opacity in different periods in the local group
表 1 早期磨玻璃影发生情况
Table 1 Incidence of ground glass opacities in the early stage
磨玻璃影 发生情况 统计检验 发生 未发生 $\chi^2 $ P 本土组(n=66) 51 15 5.552 0.018 输入组(n=64) 59 5 表 2 新型冠状病毒感染早期磨玻璃影分布情况
Table 2 Distribution of ground glass opacities in the early stage of COVID-19
分布 组别 统计检验 本土组(n=51) 输入组(n=59) $\chi^2 $ P 累计范围 单肺 11 20 2.060 0.152 双肺 40 39 累计肺叶数量 1 12 15 0.965 0.326 2 10 19 5.084 0.024 3 11 4 2.884 0.089 4 9 9 0.066 0.797 5 24 12 3.901 0.048 累计肺叶 右上叶 44 24 8.482 0.004 右中叶 31 22 1.196 0.274 右下叶 56 46 0.983 0.322 左上叶 40 24 4.951 0.026 左下叶 50 43 0.135 0.713 病灶分布 胸膜下 66 58 0.003 0.955 支气管血管束周围 26 23 0.002 0.963 表 3 进展期磨玻璃影变化特征
Table 3 Characteristic change of ground glass shadows in the advanced stage
分布 组别 统计检验 本土组(n=51) 输入组(n=59) $\chi^2 $ P 病灶变化 无变化 5 8 0.496 0.781 吸收 26 27 进展 20 24 原病变中出现实变 是 23 29 0.180 0.671 否 28 30 原病变中出现条索 是 39 45 0.001 0.980 否 12 14 表 4 本土组病例早期和恢复期磨玻璃影的特征与伴随征象对比分析
Table 4 The characteristics and companion signs of ground glass opacities in the early and recovery stages of indigenous cases
CT征象 组别 统计检验 早期(n=51) 恢复期(n=42) $\chi^2 /$F P CT值/HU -329.14 -616.71 9.331 0.000 边界清楚 43 5 45.498 0.000 铺路石征 32 8 16.204 0.000 血管增粗 33 4 27.018 0.000 支气管充气征 19 4 8.084 0.003 小叶间隔增厚 7 2 1.216 0.177 条索 8 35 41.790 0.000 表 5 境外输入组病例早期和恢复期磨玻璃影的特征与伴随征象对比分析
Table 5 The characteristics and companion signs of ground glass opacities in the early and recovery stages of imported cases
CT征象 组别 统计检验 早期(n=59) 恢复期(n=46) $\chi^2/ $F P CT值/HU -327.9±149.40 -659.4±101.00 6.211 0.014 边界清楚 57 6 75.210 0.000 铺路石征 38 8 23.210 0.000 血管增粗 33 6 20.370 0.000 支气管充气征 23 5 10.450 0.001 小叶间隔增厚 5 1 0.915 0.339 条索 11 41 51.370 0.000 -
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