計算機輔助檢測系統在CT篩查肺結節(jié)中的應用研究

1.新疆醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院影像中心 (新疆 烏魯木齊 830063)

2.中科院上海臨床中心/上海市徐匯區(qū)中心醫(yī)院 (上海 200031)

滕雅琴1 賈文霄1 王云玲1楊利霞2 王 紅1

計算機輔助檢測系統在CT篩查肺結節(jié)中的應用研究

1.新疆醫(yī)科大學第二附屬醫(yī)院影像中心 (新疆 烏魯木齊 830063)

2.中科院上海臨床中心/上海市徐匯區(qū)中心醫(yī)院 (上海 200031)

滕雅琴1賈文霄1王云玲1楊利霞2王 紅1

目的 通比較CAD、醫(yī)生雙閱片、醫(yī)生結合CAD閱片三種CT篩查肺結節(jié)方式，評價計算機輔助檢測系統(CAD)在CT篩查肺結節(jié)中的應用價值。方法 從CT掃描的無癥狀體檢者中，應用隨機抽樣方法抽取60例肺結節(jié)患者。分別使用3種方式閱讀圖像，方法A：應用CAD軟件對圖像進行自動診斷；方法B：由2名放射科醫(yī)生共同閱讀圖像并以一致意見作為診斷；方法C：由另外1名同等年資的放射科醫(yī)生結合CAD軟件閱讀圖像并做出診斷。結節(jié)參照標準由3位主任醫(yī)生共同擬定。應用χ2檢驗分析三種閱讀方式靈敏度是否存在差異，P＜0.05為差異有統計學差異。結果 CAD、醫(yī)生雙閱片、醫(yī)生結合CAD三種方式肺結節(jié)檢出靈敏度分別為75.1%、73.8%、87.3%。醫(yī)生結合CAD方式肺結節(jié)檢出靈敏度顯著高于CAD、醫(yī)生雙閱片方式(P=0.001,P=0.0003)。CAD與醫(yī)生雙閱片方式之間肺結節(jié)檢出靈敏度沒有顯著差異(P=0.74)。結論 CAD系統可以提高放射科醫(yī)生肺結節(jié)檢出能力，且醫(yī)生結合CAD診斷方式優(yōu)于同年資醫(yī)生雙閱片方式。

X線計算機；肺結節(jié)；計算機輔助檢測

肺結節(jié)的篩查對于肺癌的早期檢出及治療有著重要的意義，使用CT監(jiān)測、隨訪性質不明確、直徑小于8mm或者更小的肺結節(jié)已經成為常用的影像學檢查方法[1]。然而面對大量的就診人數及多層螺旋CT(multidetector -row computed tomography, MDCT)圖像，如何高效的閱讀影像圖像成為大家日益關注的問題。筆者通過比較CAD、醫(yī)生雙閱片以及醫(yī)生結合CAD閱片三種方式之間肺結節(jié)檢出能力的差異，旨在評價CAD在CT篩查肺結節(jié)中的應用價值，為臨床的使用提供參考意見。

1.1 研究對象 從2014年7月到2014年12月行16層螺旋CT掃描的無癥狀體檢者中，應用隨機抽樣方法抽取60例肺結節(jié)患者，其中男42，女18，年齡45～75歲，平均年齡62歲。

1.2 CT掃描方法 采用上海聯影科技有限公司16層螺旋CT(uCT510)掃描機，肺結節(jié)評估軟件版本SW001.001。掃描范圍從肺尖掃至肺底，最大吸氣末單次屏氣完成掃描。CT掃描參數：管電壓120kV，管電流150mAs，螺距1,機架旋轉時間0.8s/周，準直寬度16mm×1.2mm。圖像重建層厚1.5mm、層間距1.5mm，重建矩陣512×512。

1.3 研究方法 將60例圖像傳至聯影16層螺旋CT專用工作站。分別使用3種方式閱讀圖像，方法A：應用CAD肺結節(jié)評估軟件對圖像進行自動識別、標記和診斷；方法B：由2名放射科醫(yī)生(工作經驗分別為3年和5年)在不知道CAD結果的情況下閱讀所有圖像，記錄結果并以2人一致意見作為最終診斷；方法C：由另外1名同等年資的放射科醫(yī)生(工作經驗為4年)結合CAD軟件閱讀圖像，排除CAD標記的假陽性，記錄檢出結果并作為最終診斷。肺結節(jié)檢出結果記錄的內容包括結節(jié)大小、位置和密度。

1.4 結節(jié)參考標準 由3位主任醫(yī)生共同評價以上三種方式檢出的所有可疑結節(jié)，也可使用分析工具(MIP)辨別其它可疑結節(jié)，將3人一致意見作為參考標準。真陽性結節(jié)：只有當3位主任醫(yī)生都認為是結節(jié)者；假陽性結節(jié)：有≥2位醫(yī)生認為不是結節(jié)者；假陰性結節(jié)：3種閱讀方式漏檢的真陽性結節(jié)。

1.5 結節(jié)分類標準 排除鈣化結節(jié)，按照結節(jié)的最長橫徑分3類[2]：4mm＜，4-10mm及＞10mm。按照結節(jié)分布的位置分為4類[2]：①胸膜下結節(jié)(結節(jié)與胸膜相連)；②周圍性結節(jié)(距離胸膜2cm內的結節(jié)且與胸膜不相連)；③肺門區(qū)結節(jié)(距離肺門2cm內的結節(jié))；④中央性結節(jié)(位于肺門區(qū)與周圍性之間的結節(jié))。在CT圖像中依據能否完全遮蓋肺實質將肺結節(jié)分為實性結節(jié)和亞實性結節(jié)，其中亞實性結節(jié)又分為純磨玻璃結節(jié)(非實性結節(jié))和混合性磨玻璃結節(jié)(部分實性結節(jié))[3]。

1.6 統計學方法 應用SPSS17.0統計學軟件進行資料的錄入、整理和統計分析。分別計算出三種方式肺結節(jié)檢出的假陽性率和假陰性率。應用χ2檢驗分析三種閱讀方式靈敏度是否存在差異，P＜0.05為差異有統計學差異。

60例肺結節(jié)患者中，根據參照標準共檢出221個結節(jié)，直徑為2.3mm～21mm，其中單發(fā)結節(jié)32例，多發(fā)結節(jié)28例(2-15個結節(jié)不等，平均6.8個/例)。A、B、C三種方式肺結節(jié)檢出靈敏度分別為75.1%、73.8%、87.3%(表1)。C方式肺結節(jié)檢出靈敏度顯著高于A(χ2=10.814，P=0.001)、B(χ2=12.993，P=0.0003)方式，且差異均有統計學意義。A方式與B方式之間肺結節(jié)檢出靈敏度沒有顯著差異，且差異不具有統計學意義(χ2=0.107，P=0.74)。

A、B、C三種方式分別漏檢結節(jié)55、58、28個。漏檢的結節(jié)主要與胸膜相連、最大橫徑較小(＜4mm)以及與周圍血管相連有關。少數結節(jié)漏檢原因不明，A、B、C三種方式分別為5、3、3個。另外，①A方式漏檢的結節(jié)中2個位于血管分叉處，5個密度較低(磨玻璃結節(jié))(圖1)，2個為部分實性結節(jié)(圖2)，2個密度混雜(既有實性成分又有非實性成分)；②B方式漏檢的結節(jié)中17個與周圍血管(圖3)相連，比A、C(7、12個)方式多，3個位于血管分叉處，5個與鄰近血管走行一致，1個密度混雜(圖4)；③C方式漏檢的結節(jié)中2個位于血管分叉處，2個與鄰近血管走行一致，1個密度混雜。

唐威[4]等的研究中，CAD肺結節(jié)檢出率為91.1%，放射科醫(yī)生雙閱片結節(jié)檢出率為59.1%，CAD檢出肺結節(jié)的能力明顯高于醫(yī)生雙閱片。而本研究結果顯示，CAD和醫(yī)生雙閱片兩種方式肺結節(jié)檢出靈敏度沒有顯著差異，但兩種方式在肺結節(jié)檢出方面各有優(yōu)勢：醫(yī)生擅長發(fā)現胸膜下結節(jié)，Lee等[5]認為，與血管或胸膜相連的肺結節(jié)，放射科醫(yī)生的敏感性要遠高于CAD系統，醫(yī)生雙閱片方式檢出12個CAD漏檢的胸膜下結節(jié)，胸膜下結節(jié)檢出靈敏度醫(yī)生雙閱片方式(20/35，57.1%)高于CAD方式(13/35，37.1%)；CAD對中央性結節(jié)較敏感 ,中央性結節(jié)檢出靈敏度CAD方式(47/59，79.7%)高于醫(yī)生雙閱片方式(39/59，66.1%)，這與Yuan等[2]的觀點基本一致。另外，2個肺門區(qū)結節(jié)CAD系統均檢出，因結節(jié)數量太少無法進行具體評價，但以往的報道顯示CAD對肺門區(qū)結節(jié)檢出率可達到100%[4,6]。

表1 三種方式肺結節(jié)檢出結果

Yuan[2]等研究發(fā)現，CAD對胸膜下、周圍性結節(jié)不敏感，同時對＜4mm及＞10mm的結節(jié)敏感性也較低，這可能是受到分割算法的限制，CAD在分割過程中未考慮結節(jié)與胸膜的相連的情況而將結節(jié)誤認為是胸膜的一部分。對于＜4mm的結節(jié)通常小于灰階閾值而被濾除，＞10mm的結節(jié)有時會被誤認為是肺內正常解剖結構的一部分而不被識別，從而造成假陰性。本研究中，CAD的假陰性率為24.9%，漏檢的結節(jié)絕大多數由于分割算法、結節(jié)較小或密度較低所致。放射科醫(yī)生雙閱片假陰性率為26.2%，漏診的結節(jié)除與結節(jié)較小有關外，還主要因為結節(jié)與周圍血管、支氣管相連或者走行一致，致使醫(yī)生在閱讀圖像時難以辨別。另外長時間的閱讀產生的疲勞感也是漏診的原因之一，而CAD的可重復性強、操作簡便可以幫助醫(yī)生解決這一問題。

磨玻璃結節(jié)不論在臨床治療還是在影像診斷中都是一個較大的挑戰(zhàn)，主要是因為磨玻璃結節(jié)與實性結節(jié)不同，它們生長緩慢、常多發(fā)并且惡變率很高[7]。Mylene[8]認為長期存在的部分實性結節(jié)為惡性的可能性大，特別是原發(fā)性肺腺癌。盡管磨玻璃結節(jié)有較大的臨床意義，但檢出磨玻璃結節(jié)并不容易，主要因為相對于肺實質磨玻璃結節(jié)的對比低所致。另外，CAD在早期研究階段主要關注實性結節(jié)的檢出，很少有關于磨玻璃結節(jié)檢出的研究。以上兩方面因素是CAD磨玻璃結節(jié)假陰性率高的主要原因。本研究中共發(fā)現7個磨玻璃結節(jié)，CAD、醫(yī)生雙閱片、醫(yī)生結合CAD分別發(fā)現2、5、6個。Yanagawa[9]的研究表明，放射科醫(yī)生對磨玻璃結節(jié)檢出的靈敏度60%～80%遠高于CAD系統21%，可見放射科醫(yī)生對磨玻璃結節(jié)的檢出相對較敏感。因此，在磨玻璃結節(jié)檢出方面，CAD仍需要不斷改進和完善，提高檢出率。

圖1 右肺上葉非實性、中央性結節(jié)（箭頭所示），CAD漏檢。圖2 左肺下葉部分實性、周圍性結節(jié)（箭頭所示），CAD漏檢。圖3 右肺下葉實性、周圍性結節(jié)，醫(yī)生雙閱片漏檢。圖4 右肺上葉中間實性周圍非實性成分、中央性結節(jié)，醫(yī)生雙閱片漏檢。

綜上所述，醫(yī)生雙重閱片可以在一定程度上提高肺結節(jié)的檢出率，但有限的醫(yī)療人力資源，使之行使較困難。放射科醫(yī)生與CAD相結合可以充分的發(fā)揮二者的優(yōu)勢，較大程度的提高肺結節(jié)的檢出率。在臨床工作中，CAD可以為作為放射科醫(yī)生的首選輔助方式。

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Application of Computer-aided Detection System for Pulmonary Nodules in CT Screening

TENG Ya-qin, JIA Wen-xiao, WANG Yun-ling,et al., Department of Radiology, The Second Affiliated Hospitial, Xingjiang Medical University, Xinjiang Urumqi 830063, P.R.China

Objective By comparing three reading methods of CT screening for lung nodules: CAD, double reading and the radiologist combined with CAD. To evaluation the application of computer aided testing system (CAD) in CT screening for lung nodules. Methods 60subjects diagnosed with lung nodules undergoing the rountine-dose screening CT examination were random selected. Three methods were used, Method A: using CAD system to identify the image automatically. Methods B: two radiologists reading all images , record the results and with 2 agreement as the final diagnosis; Method C: by another radiologist as the same work experience with CAD system, recorded the detection as the final diagnosis. The reference standard was determined by three raiologists. χ2test was performed to test whether there is significant difference between sensitivities of three reading modes, and statistical significances were defined as P＜0.05. Results CAD system, double reading, the radiologist with CAD method of pulmonary nodules detection sensitivity was 75.1%,73.8% and 87.3% respectively. The sensitivities of pulmonary nodule detection of the radiologist combined with CAD was significantly higher than CAD and double reading methods (P=0.001,P=0.0003).There were no significant sensitivity diffrernce between CAD and double reading method (P=0.74). Conclusion The CAD system can improve the ability of detection pulmonary nodules of the radiologist, and radiologists in combination with CAD diagnosis method is better than double reading method with same work experience.

X-ray Computed; Computer-aided Detection; Pulmonary Nodule

R322.3+5

A

DOI:10.3969/j.issn.1672-5131.2016.05.011

賈文霄

(本文編輯: 汪兵)

2016-03-30

論 著