計(jì)算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)基于不同指南診斷甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)的對比分析

葉馮穎 李尚青 蘇淇琛 游劍虹 王康健 蔡名利 呂國榮

隨著人工智能的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助診斷（computer-aided diagnosis，CAD）系統(tǒng)逐漸在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域嶄露頭角。目前關(guān)于甲狀腺CAD 的研究主要集中在CAD 系統(tǒng)與超聲醫(yī)師診斷效能的對比，均僅采用CAD 給出的8 種指南中的一種，對指南的選取存在主觀性。本研究在多中心、大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，探討CAD 系統(tǒng)基于不同指南鑒別診斷甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)的價值，以期指導(dǎo)臨床醫(yī)師針對不同的臨床需求采納不同指南結(jié)果。

資料與方法

一、臨床資料

多中心、前瞻性分析2019年1～9月在福建醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院、廈門大學(xué)附屬中山醫(yī)院、漳州市醫(yī)院、晉江市醫(yī)院接受甲狀腺超聲檢查，并行甲狀腺結(jié)節(jié)細(xì)針穿刺或手術(shù)的患者453例（共521個甲狀腺結(jié)節(jié)），男92例，女361例，年齡12～77歲，平均（44.8±12.3）歲；手術(shù)治療結(jié)節(jié)303 個，細(xì)針穿刺結(jié)節(jié)218 個；良性結(jié)節(jié)255 個，其中結(jié)節(jié)性甲狀腺腫198 個、甲狀腺腺瘤47 個、炎癥10 個；惡性結(jié)節(jié)266 個，其中甲狀腺乳頭狀癌254 個、濾泡癌12個。納入標(biāo)準(zhǔn)：①所有結(jié)節(jié)均經(jīng)手術(shù)病理或超聲引導(dǎo)下細(xì)針穿刺活檢證實(shí)；②結(jié)節(jié)術(shù)前或穿刺前均行超聲檢查；③結(jié)節(jié)具有以dicom 或bmp 格式保存的至少一張標(biāo)準(zhǔn)橫切面圖像；④圖像為灰階圖像，無易被系統(tǒng)誤判為鈣化的測量點(diǎn)、線。排除標(biāo)準(zhǔn)：①結(jié)節(jié)病理結(jié)果不確定者；②結(jié)節(jié)圖像不清晰者。本研究經(jīng)我院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

二、儀器與方法

1.儀器：使用Supersonic Imagine Aixplorer、邁瑞DC 8 彩色多普勒超聲診斷儀，線陣探頭，頻率7.5～12.0 MHz。CAD軟件為安克生醫(yī)股份有限公司研發(fā)的安克偵（AmCAD-UT Detection）。

2.圖像分析方法：每個結(jié)節(jié)選取一張標(biāo)準(zhǔn)橫切面圖像，在屏蔽所有臨床信息的情況下，由同一位具有15年工作經(jīng)驗(yàn)的超聲醫(yī)師操作CAD 軟件進(jìn)行圖像分析。具體如下：在CAD 系統(tǒng)中導(dǎo)入結(jié)節(jié)圖像，若為dicom 圖像，系統(tǒng)可自動定標(biāo)長度，若為bmp圖像需手動畫出1 cm 長度進(jìn)行定標(biāo)，在結(jié)節(jié)上標(biāo)出最長徑及與之垂直的短徑后，CAD 系統(tǒng)自動識別結(jié)節(jié)邊緣，生成包繞病灶的感興趣區(qū)，點(diǎn)擊生成報(bào)告，獲得結(jié)節(jié)聲學(xué)特征圖文報(bào)告及基于8 個指南的惡性風(fēng)險(xiǎn)評估結(jié)果（圖1），包括：2017年美國放射學(xué)會發(fā)布的《甲狀腺結(jié)節(jié)影像報(bào)告和數(shù)據(jù)系統(tǒng)（TIRADS）》［1］（以下簡稱ACR 指南）；2015 年美國甲狀腺協(xié)會發(fā)布的《以下成人甲狀腺結(jié)節(jié)和分化型甲狀腺癌的管理指南》［2］（以下簡稱ATA 指南）；2016 年美國臨床內(nèi)分泌醫(yī)師學(xué)會發(fā)布的《甲狀腺結(jié)節(jié)的診斷和管理指南》［3］（以下簡稱AACE 指南）；2016 年韓國甲狀腺放射學(xué)會發(fā)布的《共識建議：甲狀腺結(jié)節(jié)超聲診斷和成像管理》［4］（以下簡稱KSThR 共識）；2014 年英國甲狀腺協(xié)會發(fā)布的《甲狀腺癌管理指南》［5］（以下簡稱BTA 指南）；2011 年Kwak 等［6］提出的韓國版TI-RADS 指南（以下簡稱Kwak指南）；2015 年Seo 等［7］提出的韓國版TI-RADS 指南（以下簡稱Seo 指南）；2016 年Russ［8］提出的法國版TI-RADS 指南（以下簡稱Russ指南）。

圖1 同一甲狀腺乳頭狀癌CAD系統(tǒng)分析流程圖

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用MedCalc 15.2.2 統(tǒng)計(jì)軟件，以病理結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，繪制受試者工作特征（ROC）曲線，計(jì)算曲線下面積（AUC），根據(jù)約登指數(shù)確定截?cái)嘀?，并?jì)算其診斷效能。CAD 系統(tǒng)基于不同指南診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的AUC 比較行Z 檢驗(yàn)，敏感性、特異性比較行McNemar檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

以病理結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，CAD 系統(tǒng)基于8 種指南對甲狀腺良惡性結(jié)果的診斷效能見表1。以2 分為截?cái)嘀?，KSThR 共識診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的敏感性90.60%，陰性預(yù)測值84.1%，均高于其他指南（均P<0.01）。以分類4 類為截?cái)嘀担珺TA 指南診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的特異性79.95%，陽性預(yù)測值70.9%，均高于其他指南（均P<0.01）。KSThR 共識診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的AUC為0.759，高于其他指南的AUC（Z=3.711、5.325、5.506、2.842、2.826、3.851、2.577，均P<0.01）。見圖2。

表1 CAD系統(tǒng)基于不同指南對甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的診斷效能

圖2 CAD系統(tǒng)基于不同指南診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的ROC曲線圖

討 論

研究［9］表明，甲狀腺腫瘤發(fā)病率居所有內(nèi)分泌腫瘤的首位，且呈逐年上升趨勢。診斷甲狀腺癌的影像學(xué)檢查方法主要包括超聲、CT 及核醫(yī)學(xué)，超聲因具有實(shí)時、動態(tài)、無輻射等優(yōu)點(diǎn)，已成為臨床檢查甲狀腺的首選方法，但仍存在許多問題，如超聲診斷主觀性強(qiáng)、具有操作者依賴性、超聲醫(yī)師培養(yǎng)周期長及缺乏高水平醫(yī)師等，一定程度上影響了甲狀腺超聲診斷的客觀性和準(zhǔn)確性。因此，如何準(zhǔn)確鑒別甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性，避免過度診療，減輕患者負(fù)擔(dān)和痛苦成了新的挑戰(zhàn)。甲狀腺CAD系統(tǒng)基于人工智能技術(shù)對大量甲狀腺結(jié)節(jié)圖像進(jìn)行深度識別與學(xué)習(xí)，能夠提取甲狀腺結(jié)節(jié)的圖像特征并量化分析，對基于8種常見的國際指南做出相應(yīng)判斷，具有客觀、準(zhǔn)確及全面的優(yōu)點(diǎn)。本研究通過分析CAD 系統(tǒng)基于不同指南對甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)的診斷效能，以期指導(dǎo)臨床應(yīng)用。

本研究結(jié)果表明，CAD 系統(tǒng)基于不同指南診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的敏感性均較高，特異性均較低，與既往研究［10］結(jié)果一致。分析敏感性高的原因?yàn)椋孩貱AD 系統(tǒng)可對甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的聲學(xué)特征進(jìn)行量化分析，從而準(zhǔn)確判斷結(jié)節(jié)的惡性風(fēng)險(xiǎn)，相較于肉眼識別具有更高的敏感性；②CAD 系統(tǒng)的判斷是經(jīng)過大量甲狀腺結(jié)節(jié)圖像數(shù)據(jù)庫學(xué)習(xí)后的成果，彌補(bǔ)了操作者經(jīng)驗(yàn)不足的劣勢，可得出較為準(zhǔn)確的判斷。分析特異性低的原因?yàn)椋孩貱AD 系統(tǒng)易將無回聲結(jié)節(jié)判斷為低回聲或極低回聲結(jié)節(jié)；②CAD 系統(tǒng)易將良性征象“彗星尾征”判斷為提示惡性的點(diǎn)狀強(qiáng)回聲；③CAD 系統(tǒng)對圖像的分析局限于一張靜態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)橫切面圖像，無法動態(tài)掃查結(jié)節(jié)以進(jìn)行綜合評估。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CAD 系統(tǒng)在使用8 種指南進(jìn)行甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性判斷時均有較好的診斷效能，其中KSThR 共識AUC、敏感性及陰性預(yù)測值最高，BTA 指南特異性和陽性預(yù)測值最高。臨床應(yīng)用時可根據(jù)不同需求采納不同指南，若著重提高篩查惡性結(jié)節(jié)的敏感性，建議使用CAD 基于KSThR 共識得出的結(jié)果；若著重避免過度診療，減少不必要的活檢或手術(shù)，建議使用CAD基于BTA指南得出的結(jié)果。

甲狀腺CAD 系統(tǒng)作為一種新興技術(shù)，尚處于起步階段，存在一定不足，如無法動態(tài)掃查分析、無法分析結(jié)節(jié)血流、硬度，以及無法結(jié)合癥狀、體征分析等，而影像醫(yī)師可以對上述不足進(jìn)行彌補(bǔ)，因此，臨床實(shí)際應(yīng)用中仍應(yīng)以醫(yī)師為主，機(jī)器為輔，揚(yáng)長避短，更好地發(fā)揮CAD系統(tǒng)的作用。

綜上所述，CAD 系統(tǒng)對甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)的鑒別診斷有較好價值，采用不同指南或共識時，其診斷效能也不同，KSThR 共識的AUC和敏感性最高，BTA指南的特異性最高。