人工智能計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)聯(lián)合超聲造影診斷TI-RADS 5類結(jié)節(jié)的價(jià)值

楊曉云 王 丹 康 琦 田 野 周 琦

超聲是目前篩查甲狀腺結(jié)節(jié)并對(duì)其進(jìn)行惡性風(fēng)險(xiǎn)分層的首選方法，其中超聲造影能清晰顯示甲狀腺結(jié)節(jié)內(nèi)微循環(huán)的灌注情況，提高了鑒別診斷甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性的準(zhǔn)確性［1］。但由于甲狀腺結(jié)節(jié)病理變化過程復(fù)雜，良惡性結(jié)節(jié)的常規(guī)超聲圖像和超聲造影動(dòng)態(tài)圖像存在一定重疊。人工智能輔助系統(tǒng)（artificial intelligence computer aided system，AI-CAD）可協(xié)助臨床醫(yī)師鑒別甲狀腺結(jié)節(jié)的良惡性［2］。本研究旨在比較超聲造影、AI-CAD及其聯(lián)合對(duì)甲狀腺影像報(bào)告和數(shù)據(jù)系統(tǒng)（TI-RADS）5類結(jié)節(jié)的鑒別診斷價(jià)值。

資料與方法

一、臨床資料

選取2019年6～12月西安交通大學(xué)第二附屬醫(yī)院經(jīng)組織病理學(xué)證實(shí)的TI-RADS 5類結(jié)節(jié)患者93例（共141結(jié)節(jié)），男31例，女62例，年齡21～70歲，平均（46.3±12.3）歲，結(jié)節(jié)直徑3～51 mm，平均（11.3±8.3）mm。其中良性結(jié)節(jié)54個(gè)，包括結(jié)節(jié)性甲狀腺腫39個(gè)，腺瘤型甲狀腺腫5個(gè)，肉芽腫性甲狀腺炎4個(gè)，甲狀腺濾泡性腫瘤3個(gè)，濾泡上皮乳頭狀增生、纖維脂肪組織增生、炎癥改變纖維增生各1個(gè)；惡性結(jié)節(jié)87個(gè)，包括甲狀腺乳頭狀癌80個(gè)，濾泡癌3個(gè)，淋巴瘤2個(gè)，甲狀腺未分化癌和髓樣癌各1個(gè)。本研究經(jīng)醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均知情同意。

二、儀器與方法

1.儀器與試劑：使用日立Hi Vision Ascendus彩色多普勒超聲診斷儀，15L8W線陣探頭，頻率8～15 MHz；EUP-L52線陣探頭，頻率3～7 MHz；造影劑使用意大利博萊科公司生產(chǎn)的SonoVue；AI-CAD為德尚韻興公司研發(fā)的DEMETICS超聲甲狀腺結(jié)節(jié)輔助診斷系統(tǒng)。

2.方法：所有患者均先行常規(guī)超聲檢查，儲(chǔ)存橫切和縱切水平最佳顯示切面圖像，同步導(dǎo)入AI-CAD系統(tǒng)，系統(tǒng)自動(dòng)給出結(jié)節(jié)良惡性評(píng)分；然后調(diào)整切面及儀器深度，選擇病灶最大切面，且能同時(shí)顯示周圍正常甲狀腺切面為佳，切換至超聲造影模式，經(jīng)外周靜脈注射造影劑，隨即5 ml生理鹽水沖管，觀察結(jié)節(jié)灌注情況。超聲圖像納入標(biāo)準(zhǔn)：①超聲圖像中甲狀腺結(jié)節(jié)顯示清晰；②包含整個(gè)結(jié)節(jié)；③結(jié)節(jié)周圍有正常甲狀腺組織；④超聲圖像中無血流信號(hào)疊加。

3.診斷標(biāo)準(zhǔn)：①AI-CAD系統(tǒng)：評(píng)分≤0.5判為良性，評(píng)分0.5～1.0判為惡性［3］；②超聲造影：惡性結(jié)節(jié)晚于正常甲狀腺增強(qiáng)或存在不均勻增強(qiáng)，超聲造影時(shí)邊界模糊、早于正常甲狀腺實(shí)質(zhì)消退；良性結(jié)節(jié)與甲狀腺等增強(qiáng)，快于甲狀腺實(shí)質(zhì)增強(qiáng)或病灶周邊呈環(huán)狀高增強(qiáng)、慢于甲狀腺實(shí)質(zhì)消退［4］；③聯(lián)合應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)AI-CAD系統(tǒng)或超聲造影任一方法判定為惡性該結(jié)節(jié)即為惡性。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

結(jié) 果

一、超聲造影檢查結(jié)果及診斷效能分析

141個(gè)甲狀腺結(jié)節(jié)中，超聲造影檢出惡性結(jié)節(jié)100個(gè)，均表現(xiàn)為不均勻性弱增強(qiáng)（圖1A），檢出良性結(jié)節(jié)41個(gè)，其中28個(gè)表現(xiàn)為均勻性高增強(qiáng)（圖2A），13個(gè)表現(xiàn)為均勻性等增強(qiáng)。超聲造影診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的敏感性89.7%、特異性59.2%、準(zhǔn)確率78.0%、陽性預(yù)測值79.6%，陰性預(yù)測值79.1%。見表1。

圖1 甲狀腺乳頭狀癌超聲造影圖和AI-CAD圖

圖2 結(jié)節(jié)性甲狀腺腫超聲造影圖和AI-CAD圖

表1 超聲造影對(duì)甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)的診斷情況 個(gè)

二、AI-CAD檢查結(jié)果及診斷效能分析

141個(gè)甲狀腺結(jié)節(jié)中，AI-CAD檢出惡性結(jié)節(jié)76個(gè)（圖1B），良性結(jié)節(jié)65個(gè)（圖2B）。AI-CAD診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的敏感性78.2%、特異性85.2%、準(zhǔn)確率80.9%、陽性預(yù)測值89.5%，陰性預(yù)測值79.1%。見表2。

表2 AI-CAD對(duì)甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)的診斷情況 個(gè)

三、超聲造影聯(lián)合AI-CAD檢查結(jié)果及診斷效能分析

141個(gè)甲狀腺結(jié)節(jié)中，超聲造影聯(lián)合AI-CAD檢出惡性結(jié)節(jié)102個(gè)，良性結(jié)節(jié)39個(gè)。超聲造影聯(lián)合AI-CAD診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的敏感性94.3%、特異性63.0%、準(zhǔn)確率82.3%、陽性預(yù)測值80.4%，陰性預(yù)測值87.2%。見表3。兩種方法聯(lián)合應(yīng)用的診斷敏感性和準(zhǔn)確率均高于其單獨(dú)應(yīng)用（均P＜0.05）。

表3 超聲造影聯(lián)合AI-CAD對(duì)甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)的診斷情況 個(gè)

討 論

根據(jù)美國放射協(xié)會(huì)制定的TI-RADS診斷標(biāo)準(zhǔn)［5］，5類甲狀腺結(jié)節(jié)惡性概率＞20%，建議進(jìn)行長期隨訪、穿刺檢查甚至手術(shù)治療，但臨床實(shí)踐發(fā)現(xiàn)部分TI-RADS 5類結(jié)節(jié)病理結(jié)果為良性。目前超聲造影已廣泛應(yīng)用于甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性的鑒別診斷，避免了部分TI-RADS5類良性結(jié)節(jié)患者因誤診導(dǎo)致的過度治療，但甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)的超聲造影增強(qiáng)模式會(huì)出現(xiàn)重疊，容易誤診。本研究結(jié)果顯示，141個(gè)TI-RADS 5類結(jié)節(jié)中超聲造影準(zhǔn)確診斷110個(gè)，誤診31個(gè)，其中22個(gè)結(jié)節(jié)性甲狀腺腫均誤診為惡性結(jié)節(jié)，分析原因?yàn)榻Y(jié)節(jié)性甲狀腺腫病理過程復(fù)雜，結(jié)節(jié)內(nèi)組織反復(fù)增生和不均勻修復(fù)，故不同增生時(shí)期結(jié)節(jié)血供特點(diǎn)不相同，造影增強(qiáng)模式呈多樣性；另外，甲狀腺彌漫性病變也可能影響超聲醫(yī)師的診斷。另有9個(gè)惡性結(jié)節(jié)誤診為良性，其中7個(gè)位于甲狀腺峽部，主要原因?yàn)閸{部結(jié)節(jié)易受甲狀軟骨和筋膜的影響，且病灶周圍腺體組織較少。

生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的最新進(jìn)展使醫(yī)學(xué)圖像分析成為最熱門的研究和開發(fā)領(lǐng)域之一，計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)技術(shù)模仿人類大腦中由多層轉(zhuǎn)換組成的深層體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲圖像的分割、特征學(xué)習(xí)和分類，已逐漸應(yīng)用于肺臟、乳腺、眼底病變及甲狀腺疾病的影像學(xué)診斷中［6］。本研究結(jié)果顯示，AI-CAD診斷TIRADS5類惡性結(jié)節(jié)的特異性為85.2%，高于超聲造影的特異性59.2%，表明AI-CAD對(duì)TI-RADS5類結(jié)節(jié)有較高的鑒別診斷價(jià)值。本研究中AI-CAD對(duì)TI-RADS 5類結(jié)節(jié)的診斷準(zhǔn)確率為80.9%，低于王洪杰等［7］研究結(jié)果（98.43%），可能與AI-CAD采用不同深度學(xué)習(xí)模型及甲狀腺診斷數(shù)據(jù)收集差異有關(guān)。本研究AI-CAD誤診甲狀腺結(jié)節(jié)27個(gè)，其中8個(gè)良性結(jié)節(jié)誤診為惡性，分析原因可能為良性結(jié)節(jié)合并出血，發(fā)生機(jī)化和玻璃樣變，部分結(jié)節(jié)內(nèi)可見粗大鈣化及環(huán)狀鈣化后方常伴有聲影；19個(gè)惡性結(jié)節(jié)誤診為良性，分析原因可能為AI-CAD分析的是靜態(tài)圖像，同一結(jié)節(jié)不同切面顯示的特征有所不同，系統(tǒng)給出的概率值不同，操作者可能在留存圖像時(shí)未將惡性征像顯示出來，導(dǎo)致系統(tǒng)評(píng)分偏低。

另外，本研究將超聲造影和AI-CAD聯(lián)合應(yīng)用于TI-RADS 5類結(jié)節(jié)的鑒別診斷，結(jié)果顯示其敏感性和準(zhǔn)確率均高于單一技術(shù)，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05），表明兩者聯(lián)合應(yīng)用具有較高的臨床診斷價(jià)值。與以往研究［8］結(jié)論一致。本研究的不足：①樣本量較少；②試驗(yàn)為單中心研究，結(jié)果可能存在入院率偏倚；③所用超聲儀器單一，研究對(duì)象中惡性結(jié)節(jié)病理組織類型較單一。

綜上所述，超聲造影和AI-CAD在診斷TI-RADS5類結(jié)節(jié)中均有重要價(jià)值，兩者聯(lián)合應(yīng)用診斷價(jià)值更高。