CAD整合入前列腺多參數(shù)MRI結(jié)構(gòu)化報(bào)告：低經(jīng)驗(yàn)讀片者診斷效能研究

朱麗娜，高歌，劉義，韓超，馬明明，王慧慧，王霄英

多參數(shù)磁共振成像(multiparametric magnetic resonance，mpMRI)被認(rèn)為是診斷前列腺癌重要影像學(xué)方法[1,2]。由于mpMRI技術(shù)復(fù)雜性，前列腺mpMRI診斷準(zhǔn)確性具有較強(qiáng)的經(jīng)驗(yàn)依賴性。為提高前列腺mpMRI診斷一致性并促進(jìn)其流程化，前列腺影像報(bào)告及數(shù)據(jù)系統(tǒng)(Prostate Imaging Reporting and Data System Version 2，PI-RADS v2)推薦使用結(jié)構(gòu)化報(bào)告[1]。 研究表明結(jié)構(gòu)化報(bào)告提高了報(bào)告的可讀性，為臨床決策提供了準(zhǔn)確的信息，提高了外科醫(yī)生的滿意度[3,4]?；趍pMRI的前列腺計(jì)算機(jī)輔助診斷(computer-aided diagnosis，CAD)系統(tǒng)近年來成為熱門研究領(lǐng)域，研究結(jié)果提示其具有較高的獨(dú)立診斷效能[5-7]，但關(guān)于CAD臨床植入研究較少。本研究模擬真實(shí)臨床工作場(chǎng)景，評(píng)估將CAD作為“第二讀片者”整合入前列腺mpMRI結(jié)構(gòu)化報(bào)告中對(duì)低經(jīng)驗(yàn)一線放射科醫(yī)師診斷效能影響。

材料與方法

1.一般資料

回顧性搜集2015年2月-2016年9月在MR(飛利浦Achieva 3.0T TX)掃描儀上行前列腺mpMRI檢查前列腺疾病初診患者(表1)。納入標(biāo)準(zhǔn)：①以定性診斷為目的行前列腺mpMRI檢查，血清前列腺特異性抗原(prostate specific antigen，PSA)>4 ng/mL；②前列腺mpMRI檢查序列完整；③mpMRI檢查后3個(gè)月內(nèi)行前列腺系統(tǒng)穿刺(5區(qū)13針)和(或)前列腺根治術(shù)，其中前列腺癌患者均獲得前列腺根治術(shù)后逐層切片病理結(jié)果；穿刺陰性患者隨訪時(shí)間>1年，穿刺次數(shù)≥2次，復(fù)查PSA無明顯升高或者復(fù)查mpMRI影像大致同前。排除標(biāo)準(zhǔn)：①M(fèi)R檢查前3個(gè)月內(nèi)接受前列腺穿刺檢查；②前列腺mpMRI圖像有明顯偽影。

最終30例患者納入本研究，年齡46～77歲，平均(61.3±9.6)歲， PSA 4.1～68.9 ng/mL，中位數(shù)10.9 ng/mL。其中前列腺根治術(shù)后病理證實(shí)為前列腺癌13例，Gleason評(píng)分3+4分7例、4+3分3例、5+3分1例，4+5分2例。經(jīng)前列腺穿刺陰性且隨訪1年以上被認(rèn)為非癌者17例。由1名具有5年前列腺mpMRI診斷經(jīng)驗(yàn)放射科醫(yī)師和1名泌尿系統(tǒng)病理專家共同對(duì)13例前列腺癌患者mpMRI圖像及逐層切片病理進(jìn)行匹配。本研究定義前列腺臨床顯著癌為Gleason評(píng)分≥3+4分，最終21個(gè)前列腺臨床顯著癌灶納入本研究，平均最大徑線(1.42±0.68) cm。

表1 前列腺mpMRI掃描主要序列

2.CAD整合入前列腺mpMRI結(jié)構(gòu)化報(bào)告

本單位研發(fā)前列腺CAD系統(tǒng)基于T2WI、DWI/ADC及動(dòng)態(tài)增強(qiáng)圖像，采用3層結(jié)構(gòu)前饋性人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為分類器，對(duì)前列腺癌的檢出具有較高的靈敏度及特異度[8,9]。CAD預(yù)測(cè)結(jié)果可輸出前列腺癌的預(yù)測(cè)圖，標(biāo)紅區(qū)域提示癌區(qū)(圖1)。

在本單位患者完成前列腺mpMRI檢查后，mpMRI圖像可同時(shí)傳至圖像存儲(chǔ)與傳輸系統(tǒng)(picture archiving and communication system，PACS)和CAD系統(tǒng)，CAD系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行程序，然后將前列腺癌預(yù)測(cè)圖返回到結(jié)構(gòu)化報(bào)告系統(tǒng)。此全自動(dòng)處理過程僅需要1～2 min。放射科醫(yī)師加載mpMRI圖像閱片時(shí)讀者可在結(jié)構(gòu)化報(bào)告用戶界面上找到“CAD結(jié)果”按鈕。點(diǎn)擊該按鈕可彈出CAD預(yù)測(cè)圖(圖1)。

3.讀片方案

18名讀片者均為本院較低年資一線放射科醫(yī)師，其中9名讀片者對(duì)前列腺mpMRI診斷經(jīng)驗(yàn)為1年，6名讀片者的診斷經(jīng)驗(yàn)為2年，其余3名讀片者的診斷經(jīng)驗(yàn)為3年，平均每人每年完成50～150份前列腺mpMRI報(bào)告。

為模擬真實(shí)臨床閱片工作場(chǎng)景，在放射信息系統(tǒng)(radiology information system，RIS)對(duì)納入本研究的30例患者建立新的匿名賬號(hào)信息，并在PACS上為對(duì)應(yīng)病例匹配前列腺mpMRI圖像。18名讀片者使用前列腺mpMRI結(jié)構(gòu)化報(bào)告[10](圖1)對(duì)病例進(jìn)行獨(dú)立盲法評(píng)估。首先，讀片者瀏覽mpMRI圖像，讀片方式同日常臨床工作流程，在結(jié)構(gòu)化報(bào)告前列腺39分區(qū)矢量圖[1,10]上勾選出可疑病灶的位置，并對(duì)病灶進(jìn)行PI-RADS評(píng)分，若有多個(gè)病灶可分別在矢量圖上勾選并進(jìn)行相應(yīng)評(píng)分，并完成完整前列腺結(jié)構(gòu)化報(bào)告。該過程診斷時(shí)間為t1。然后，讀片者根據(jù)個(gè)人主觀需求，在編輯框中勾選是否需要CAD輔助診斷(圖1),該選項(xiàng)為調(diào)查信息，不管勾選“是”還是“否”，均需進(jìn)行下一步。最后，讀片者瀏覽CAD預(yù)測(cè)圖，對(duì)以上診斷報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行修改如病灶定位、評(píng)分等(圖1)，該過程診斷時(shí)間為t2。記錄對(duì)評(píng)估正確性的診斷信心(5分制評(píng)定：5-非?？隙?；4-肯定；3-不確定；2-不肯定；1-非常不肯定)。讀片者從打開結(jié)構(gòu)化報(bào)告系統(tǒng)開始閱片至提交報(bào)告整個(gè)過程每一步操作時(shí)間均自動(dòng)記錄在結(jié)構(gòu)化報(bào)告系統(tǒng)中。

圖1 CAD整合入前列腺mpMRI結(jié)構(gòu)化報(bào)告截圖

表2 18名讀片者使用CAD前、后對(duì)前列腺臨床顯著癌的診斷效能

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。以PI-RADS>3分判為診斷前列腺臨床顯著癌陽性，PI-RADS≤3判為診斷前列腺臨床顯著癌陰性[11,12]。以患者為研究單位分析時(shí)，按照患者例數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)一個(gè)患者存在多個(gè)病灶時(shí)則以最大PI-RADS評(píng)分為患者最終PI-RADS評(píng)分，分別評(píng)價(jià)讀片者使用CAD前、后對(duì)前列腺臨床顯著癌檢出的靈敏度、特異度。以病灶為研究單位分析時(shí)，按照病灶數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，評(píng)價(jià)讀片者使用CAD前、后對(duì)癌灶檢出的靈敏度，并分析讀片者對(duì)PI-RADS評(píng)分修改情況及需求率。讀片者使用CAD前、后的診斷時(shí)間(t1 vs. t1+t2)及診斷信心比較均采用Wilcoxon符號(hào)秩檢驗(yàn)。P<0.05具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖2 男，49歲，PSA 10.0ng/mL，前列腺尖部前纖維基質(zhì)帶及移行帶癌。a) T2WI上局部為低信號(hào)(箭)； b) DWI上呈局限性高信號(hào)(箭)； c) ADC圖表現(xiàn)為局限性低信號(hào)(箭)； d) CAD預(yù)測(cè)圖標(biāo)紅(箭)； e) 前列腺根治術(shù)后切片病理為前列腺腺癌(虛線)，Gleason評(píng)分3+4，突破被膜，PT3a。

結(jié) 果

1.以患者為研究單位分析

18名讀片者均順利完成該讀片流程，使用CAD前、后對(duì)前列腺臨床顯著癌的診斷效能如表2。CAD獨(dú)立診斷前列腺臨床顯著癌的靈敏度為12/13。18名讀片者使用CAD后平均靈敏度從83.8%提高至90.6%。11/18的讀片者使用CAD后的靈敏度高于使用CAD前，從61.5%～92.3%提高至76.9%～100%；其余讀片者使用CAD后靈敏度無變化。CAD獨(dú)立診斷前列腺臨床顯著癌的特異度為14/17。18名讀片者使用CAD后平均特異度從76.1%提高至82.7%。其中8/18的讀片者使用CAD后的特異度高于使用CAD前，從52.9%～88.2%提高至76.5%～100%； 5/18的讀片者使用CAD后特異度無變化； 5/18的讀片者使用CAD后特異度略低于使用CAD前，從76.5%～94.1%降至70.6%～82.4%。

2.以病灶為研究單位分析

13例前列腺臨床顯著癌患者中，共包括21個(gè)癌灶。CAD獨(dú)立檢出癌灶的靈敏度為19/21。18名讀片者使用CAD后檢出癌灶的平均靈敏度由83.6%提高至90.2%。其中16/18的讀片者使用CAD后的檢出癌灶的靈敏度高于使用CAD前， 14/21～20/21提高至16/21～21/21；其余讀片者使用CAD后靈敏度無變化。具體分析讀片者使用CAD前、后對(duì)癌灶的PI-RADS評(píng)分變化情況(表3)：其中CAD幫助讀片者檢出的癌灶主要是位于尖部的較小癌灶(圖2)，最大徑均<1.5 cm，分別有4/18～9/18的讀片者修改并提高其PI-RADS評(píng)分；而對(duì)于位于外周帶最大徑≥1.4 cm的癌灶，18名讀片者使用CAD前后評(píng)分均無變化，且對(duì)于這些癌灶檢出的靈敏度均達(dá)100%。進(jìn)一步分析讀片者對(duì)CAD的需求率(表3)：對(duì)于位于尖部小癌灶的病例，讀片者在調(diào)查中選擇CAD進(jìn)一步輔助診斷的人數(shù)最多，占所有讀片者的13/18～17/18；對(duì)于位于外周帶最大徑≥1.4 cm的癌灶，在調(diào)查中選擇CAD進(jìn)一步輔助診斷的讀片者較少。

3.診斷信心及診斷時(shí)間

使用CAD后，讀片者的診斷信心評(píng)分由4.0±0.5提高至4.6±0.2，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-3.382，P=0.001)。此外，讀片者使用CAD前、后每個(gè)病例的診斷時(shí)間分別為(9.3±2.6)分鐘、(10.0±2.8)分鐘，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-3.724，P<0.001)，使用CAD后每個(gè)病例平均診斷時(shí)間增加了0.7分鐘。

討 論

近年已有較多基于機(jī)器學(xué)習(xí)特別是深度學(xué)習(xí)的前列腺CAD系統(tǒng)研發(fā)成功，并在前列腺癌預(yù)測(cè)中取得較高效能[6,13-15]。Lemaitre等[16]總結(jié)了40多個(gè)前列腺CAD系統(tǒng)獨(dú)立診斷前列腺癌的靈敏度為74%～100%，特異度為43%～93%。但既往研究顯示當(dāng)放射科醫(yī)師與CAD合作時(shí)的診斷效能并未如預(yù)期的基于他們各自獨(dú)立的診斷效能高[17]。Hambrock等[18]研究表明讀片者先獨(dú)立評(píng)估前列腺mpMRI之后再參考CAD結(jié)果(即CAD作為“第二讀片者”)可提高低經(jīng)驗(yàn)讀片者對(duì)前列腺良惡性病灶的鑒別能力，低經(jīng)驗(yàn)讀片者使用CAD后可達(dá)到高經(jīng)驗(yàn)讀片者診斷水平，但高經(jīng)驗(yàn)讀片者使用CAD后診斷效能無明顯提高。Niaf等[19]研究中CAD亦是作為“第二讀片者”，結(jié)果表明CAD可提高讀片者診斷前列腺癌的特異度。需要指出的是這些研究中CAD僅對(duì)預(yù)先標(biāo)注的病灶進(jìn)行惡性程度的預(yù)測(cè)，且讀片者參考CAD預(yù)測(cè)結(jié)果后僅評(píng)估這些標(biāo)注病灶的良惡性，這在實(shí)際臨床工作中可行性并不高。研究[20]表明讀片者在常規(guī)前列腺mpMRI診斷之前使用CAD(即CAD作為“第一讀片者”)可以提高讀片者對(duì)前列腺癌檢出的靈敏度，但特異度減低。該研究中讀片者僅在CAD預(yù)測(cè)的癌灶中檢出其認(rèn)為的真陽性病灶作為最終診斷，因此除非該前列腺CAD的靈敏度足夠高至接近100%，否則CAD作為“第一讀片者”潛在漏診的可能性將限制其在臨床實(shí)踐中的應(yīng)用。

表3 讀片者使用CAD后評(píng)分修改情況及對(duì)CAD的需求率

現(xiàn)階段放射科醫(yī)師在前列腺mpMRI的診斷中仍處于核心地位，在CAD輔助下仍由放射科醫(yī)師做出最終的診斷[21]。CAD應(yīng)用于臨床需要符合放射科實(shí)際工作場(chǎng)景，輸出結(jié)果無縫整合入工作流程中能夠提高放射科醫(yī)師的診斷水平，并有良好的用戶體驗(yàn)[22]。前列腺CAD廣泛應(yīng)用于臨床之前還需要更多的研究探索放射科醫(yī)師與CAD的相互作用。

本研究顯示不管是以患者為單位還是以病灶為單位分析，18名讀片者使用CAD后對(duì)前列腺臨床顯著癌檢出的平均靈敏度均高于使用CAD前，但稍低于CAD獨(dú)立診斷的靈敏度。不同的讀片者對(duì)CAD的接受度并不相同，CAD幫助部分讀片者檢出了一些之前漏診的癌灶，但有的讀片者則很少接受CAD的預(yù)測(cè)病灶而使CAD失去了其潛在的輔助價(jià)值。18名讀片者使用CAD后的平均特異度高于讀片者獨(dú)立診斷或CAD獨(dú)立診斷的特異度。特別是對(duì)于一些外周帶局限性炎癥及移行帶增生結(jié)節(jié)病變，讀片者使用CAD之后PI-RADS評(píng)分減低，有8名讀片者使用CAD后的特異度高于使用CAD之前。但有5名讀片者在診斷中接受了CAD預(yù)測(cè)的假陽性病灶，使用CAD后的特異度甚至低于使用CAD前。有時(shí)放射科醫(yī)師鑒別CAD預(yù)測(cè)的病灶是真陽性還是假陽性遠(yuǎn)比想象中困難[22]，是接受還是拒絕CAD預(yù)測(cè)的病灶，其中重要的影響因素為讀片者對(duì)CAD的信任度[17]。若讀片者對(duì)CAD信任度較低，則較高效能的CAD也失去了其存在價(jià)值，有研究中CAD對(duì)讀片者的診斷效能并無提高[23]；若讀片者過分依賴CAD，則會(huì)導(dǎo)致讀片者出現(xiàn)一些獨(dú)立診斷時(shí)不會(huì)犯的錯(cuò)誤；讀片者對(duì)CAD恰當(dāng)?shù)男湃尾拍艹浞职l(fā)揮二者合作的優(yōu)勢(shì)。這之間的權(quán)衡可能取決于讀片者自身對(duì)mpMRI診斷水平以及對(duì)CAD使用經(jīng)驗(yàn)[22]。一方面可提高讀片者對(duì)CAD原理、局限性及既往診斷效能認(rèn)識(shí)，還需要更多臨床實(shí)踐積累經(jīng)驗(yàn)。隨著技術(shù)的發(fā)展，還需逐漸探索提高CAD的診斷效能，增加讀片者對(duì)CAD的信任度。

進(jìn)一步分析讀片者使用CAD前、后對(duì)21個(gè)癌灶的PI-RADS評(píng)分變化。這些癌灶中對(duì)于位于尖部的較小癌灶，使用CAD后讀片者PI-RADS評(píng)分提高的人數(shù)最多，且在調(diào)查中，對(duì)于這些病例，讀片者對(duì)CAD的需要率也較高，提示CAD可能對(duì)這類病變的檢出幫助較大。其中一個(gè)位于尖部病灶，對(duì)應(yīng)的DWI圖像信噪比稍差，病灶不易觀察， 6名讀片者獨(dú)立診斷時(shí)漏診而在使用CAD后檢出。但對(duì)于位于外周帶直徑≥1.4 cm的癌灶，即PI-RADS為4、5分，使用CAD后幾乎沒有讀片者修改評(píng)分，且在調(diào)查中讀片者對(duì)CAD的需求率也較低，提示讀片者對(duì)于較大的典型癌灶的檢出已具備較高的靈敏度[24]，因此CAD對(duì)此類病變?cè)\斷額外幫助不大。

18名讀片者對(duì)前列腺CAD作為“第二讀片者”的閱片模式接受度較好，均順利完成了該30例病例。使用CAD后讀片者平均診斷信心有了明顯提高(P=0.001)。18名讀片者使用CAD后平均每個(gè)病例的診斷時(shí)間增加0.7 min，尚在臨床接受范圍內(nèi)，隨著讀片者CAD的使用經(jīng)驗(yàn)的增加，診斷時(shí)間可能會(huì)減少。

本研究的局限性：①回顧性研究且病例數(shù)較少；②18名讀片者均為較低年資的一線放射科醫(yī)師，而CAD對(duì)高經(jīng)驗(yàn)醫(yī)師診斷效能的影響還需要更多的研究；③設(shè)計(jì)按照常規(guī)臨床工作流程，未設(shè)定感興趣區(qū)進(jìn)行PI-RADS評(píng)分，而是讀片者自己檢出前列腺內(nèi)病灶并進(jìn)行PI-RADS評(píng)分，因此無法全面進(jìn)行診斷實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)學(xué)評(píng)價(jià)。

本研究模擬真實(shí)臨床工作場(chǎng)景，多名低經(jīng)驗(yàn)一線放射科醫(yī)師共同參與讀片，結(jié)果顯示將CAD作為“第二讀片者”整合入前列腺mpMRI結(jié)構(gòu)化報(bào)告中讀片者的平均靈敏度及特異度度均高于讀片者獨(dú)立診斷，平均診斷信心顯著提高，不同讀片者對(duì)CAD的接受度不同。