S-Detect 聯(lián)合SWE 及ACR TI-RADS 對(duì)甲狀腺結(jié)節(jié)的診斷價(jià)值

趙雯婷，楊曉，徐杰，魏杰，趙夢(mèng)茹

安徽醫(yī)科大學(xué)附屬合肥醫(yī)院/合肥市第二人民醫(yī)院超聲科，安徽 合肥 230011；*通信作者 楊曉 yx6081@126.com

隨著高頻超聲的廣泛使用，甲狀腺結(jié)節(jié)檢出率不斷升高，而過(guò)度診療的風(fēng)險(xiǎn)也隨之上升[1]，提高對(duì)甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性的診斷準(zhǔn)確度十分重要。然而，由于甲狀腺結(jié)節(jié)的超聲特征復(fù)雜，且診斷過(guò)程中會(huì)受醫(yī)師主觀因素影響，需要更加客觀的診斷方法。剪切波彈性成像（shear wave elastography，SWE）作為第3代彈性成像技術(shù)，可以提供常規(guī)超聲無(wú)法提供的組織硬度信息。S-Detect 是一種基于人工智能（artificial intelligence，AI）卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算機(jī)輔助診斷（CAD）系統(tǒng)[2]，作為近年的新型軟件技術(shù)，為醫(yī)師提供可能良性與可能惡性兩種診斷，可以協(xié)助醫(yī)師診斷甲狀腺結(jié)節(jié)[3]。本研究使用S-Detect、SWE、甲狀腺影像報(bào)告和數(shù)據(jù)系統(tǒng)（ACR TI-RADS）分級(jí)，觀察其單獨(dú)及聯(lián)合使用鑒別診斷甲狀腺良、惡性結(jié)節(jié)的效能，探討聯(lián)合使用能否彌補(bǔ)單獨(dú)診斷的缺陷，降低患者過(guò)度治療的風(fēng)險(xiǎn)。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 回顧性選取2020年11月—2021年12月在合肥市第二人民醫(yī)院行甲狀腺超聲檢查，并行超聲引導(dǎo)下細(xì)針穿刺（fine-needle aspiration，F(xiàn)NA）或手術(shù)取得病理結(jié)果的77例患者共98個(gè)結(jié)節(jié)，男15例18個(gè)、女62例80個(gè)，年齡22～82歲，平均（48.85±10.46）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①接受常規(guī)超聲、S-Detect和SWE，且圖像清晰完整；②進(jìn)行手術(shù)或FNA后明確病理診斷結(jié)果；③臨床資料完整。排除標(biāo)準(zhǔn)：①穿刺病理結(jié)果細(xì)胞過(guò)少或病理診斷不明確；②心肺功能嚴(yán)重不全；③圖像信息或臨床資料不完整。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（2022-科研-093），患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器和方法

1.2.1 儀器 使用Samsung Medison RS80A超聲診斷儀，內(nèi)置AI實(shí)時(shí)CAD系統(tǒng)軟件（用于甲狀腺的S-Detect），線性高頻探頭L3-12A，頻率3～12 MHz。使用SuperSonic Imagine帶有SWE系統(tǒng)的Aixplorer V超聲診斷儀，線陣探頭L15-4，頻率7.5 MHz。

1.2.2 操作方法 常規(guī)超聲：按照安徽省超聲質(zhì)量控制要求，對(duì)患者的甲狀腺組織進(jìn)行掃查，定位靶結(jié)節(jié)后記錄甲狀腺結(jié)節(jié)的大小、位置，及結(jié)節(jié)成分、回聲、形態(tài)、邊緣、強(qiáng)回聲鈣化等5項(xiàng)超聲特征，并將聲學(xué)特征按照美國(guó)放射學(xué)會(huì)2017年發(fā)布的ACR TI-RADS標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)分并分級(jí)[4-5]。當(dāng)甲狀腺結(jié)節(jié)ACR TI-RADS分級(jí)為5級(jí)時(shí)診斷為惡性，其余診斷為良性。

S-Detect：在常規(guī)超聲掃查到甲狀腺結(jié)節(jié)后凍結(jié)圖像，將感興趣區(qū)（ROI）框封裝甲狀腺結(jié)節(jié)，進(jìn)行自動(dòng)標(biāo)記、處理、分析，自動(dòng)沿著腫塊的邊界繪制出腫塊的輪廓，當(dāng)S-Detect自動(dòng)繪制的結(jié)節(jié)邊界評(píng)估不足時(shí)，可以手動(dòng)重新調(diào)整輪廓直至得到滿意的輪廓分割。完成滿意的病灶分割后，系統(tǒng)自動(dòng)量化識(shí)別出甲狀腺結(jié)節(jié)的基本特征，并對(duì)結(jié)節(jié)做出可能良性或可能惡性的診斷結(jié)果（圖1、2）。每個(gè)結(jié)節(jié)分別經(jīng)過(guò)縱、橫切面S-Detect評(píng)估，橫、縱切面分析結(jié)果均為可能惡性時(shí)診斷為惡性，任一分析結(jié)果為可能良性時(shí)診斷為良性。

圖2 男，25歲，甲狀腺右葉下極背側(cè)結(jié)節(jié)。A、B分別為S-Detect橫切面和縱切面，識(shí)別并包絡(luò)結(jié)節(jié)（箭）分析得到結(jié)果：可能惡性（藍(lán)色方框區(qū)域），C為病理示甲狀腺乳頭狀癌（HE，×100）

SWE：在常規(guī)超聲掃查到甲狀腺結(jié)節(jié)后，探頭輕置于患者頸部，不施加壓力，再使用甲狀腺SWE模式，選擇和調(diào)整ROI直徑為結(jié)節(jié)的2～3倍，可以覆蓋整個(gè)病變區(qū)及周圍正常組織，囑患者屏住呼吸3～5 s，待圖像合格后，凍結(jié)圖像，若ROI中無(wú)顏色，或僅顯示雜色，則認(rèn)為圖像不合格。測(cè)量最硬處病灶的楊氏模量值，包括彈性模量最大值（Emax）和彈性模量平均值（Emean），測(cè)量3次取平均值，見(jiàn)圖3。

圖3 女，42歲，甲狀腺左葉結(jié)節(jié)（箭）。A為SWE模式下示病灶處硬度楊氏模量；B為病理示甲狀腺乳頭狀癌

聯(lián)合診斷：構(gòu)建聯(lián)合診斷的Logistc回歸模型，計(jì)算每個(gè)對(duì)象對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)概率，以預(yù)測(cè)概率進(jìn)行受試者工作特征（ROC）曲線分析，計(jì)算曲線下面積（AUC），取最佳截?cái)嘀担越財(cái)嘀底鳛榱紣盒缘脑\斷標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 應(yīng)用SPSS 20.0和MedCalc 19.3.1軟件，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以例數(shù)或百分比表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)。以病理結(jié)果為“金標(biāo)準(zhǔn)”，繪制S-Detect、ACR TI-RADS分級(jí)與SWE單獨(dú)使用和聯(lián)合診斷的ROC曲線。計(jì)算各診斷方法的敏感度、特異度、準(zhǔn)確度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值與陰性預(yù)測(cè)值，采用基于Kappa系數(shù)的一致性檢驗(yàn)分別評(píng)估各診斷方法和病理結(jié)果的一致性。組間敏感度、特異度差異分析采用McNemar檢驗(yàn)，組間AUC差異比較采用Z檢驗(yàn)。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料 病理良性結(jié)節(jié)共43個(gè)（47.53%）（濾泡及上皮細(xì)胞16例，濾泡性腺瘤18例，結(jié)節(jié)性甲狀腺腫5例，橋本甲狀腺炎1例，變性的纖維組織伴鈣化1例，嗜酸性細(xì)胞腺瘤2例），病理惡性結(jié)節(jié)共55個(gè)（52.47%）（乳頭狀癌54例，髓樣癌1例）。良、惡性結(jié)節(jié)最大徑分別為4.0～36.7 mm、3.7～50.0 mm，平均（11.68±7.12）mm、（10.00±7.51）mm，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=-1.127，P=0.263）。良、惡性結(jié)節(jié)組男性占比分別為6/43（13.95%）、12/55（21.82%），差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=0.996，P=0.318）。

2.2 SWE對(duì)甲狀腺結(jié)節(jié)的診斷效能 甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的楊氏模量值Emax、Emean[（56.31±37.65）kPa、（37.32±24.47）kPa]較良性結(jié)節(jié)大[（29.36±13.81）kPa、（19.08±10.83）kPa]，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=4.462、4.942，P均＜0.001）。繪制ROC曲線，Emax和Emean良、惡性截?cái)嘀捣謩e為31.7 kPa、21.6 kPa，AUC分別為0.838、0.824，約登指數(shù)分別為0.580 5、0.539 1，甲狀腺結(jié)節(jié)Emax約登指數(shù)較Emean高，取最佳截?cái)嘀禃r(shí)，Emax的敏感度和特異度（83.64%、74.42%）略優(yōu)于Emean（81.82%、72.09%）。

2.3 3種方法單獨(dú)使用及聯(lián)合診斷的效能 三者聯(lián)合診斷后，除特異度外，各指標(biāo)均有一定程度增加。聯(lián)合診斷和應(yīng)用ACR TI-RADS單獨(dú)診斷的敏感度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.001）；與S-Detect單獨(dú)診斷的特異度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.022）；聯(lián)合診斷比單獨(dú)應(yīng)用ACR TI-RADS的特異度略低，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=1.000）。聯(lián)合診斷高于單獨(dú)應(yīng)用S-Detect、SWE及ACR TI-RADS的AUC（0.956比0.783、0.838、0.821），差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.000 1；P=0.000 6；P=0.000 1）。聯(lián)合診斷的Kappa系數(shù)高于單獨(dú)診斷，見(jiàn)圖4和表1、2。

表1 3種方法單獨(dú)診斷與聯(lián)合診斷甲狀腺結(jié)節(jié)良、惡性情況（個(gè)）

表2 各指標(biāo)與聯(lián)合診斷甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性的效能比較

圖4 S-Detect、ACR TI-RADS、SWE和三者聯(lián)合診斷甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性的ROC曲線

3 討論

高頻超聲是篩查和鑒別甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性時(shí)優(yōu)先選擇的影像學(xué)方法，且有助于確定是否應(yīng)使用FNA[6]，但其高度依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法定量分析圖像特征，存在重復(fù)性和客觀性不足的問(wèn)題。為解決這些限制，近年新的超聲診斷技術(shù)已開(kāi)發(fā)輔助應(yīng)用于臨床，如彈性成像、人工智能等[7-8]。

3.1 SWE診斷甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性 SWE通過(guò)捕獲超聲束在組織中傳播產(chǎn)生的剪切波所受到的影響，通過(guò)楊氏模量值（Emax、Emean等）量化反映組織的硬度，組織越硬，楊氏模量值越高。甲狀腺結(jié)節(jié)的硬度與結(jié)節(jié)性質(zhì)有關(guān)，與良性結(jié)節(jié)相比，惡性結(jié)節(jié)更快地?fù)p壞并侵入正常組織濾泡結(jié)構(gòu)，其組織的硬度值更高[9]。因此，惡性結(jié)節(jié)楊氏模量值通常較良性結(jié)節(jié)高，與本研究結(jié)果相符。本研究中，甲狀腺良、惡性結(jié)節(jié)Emax和Emean截?cái)嘀捣謩e為31.7 kPa、21.6 kPa，與既往研究結(jié)果存在差異[10]。本研究55個(gè)惡性結(jié)節(jié)中9個(gè)Emax值＜31.7 kPa被誤診為良性，可能是受到結(jié)節(jié)大小的影響[11-12]。由于結(jié)節(jié)較大，檢查時(shí)探頭放置頸部的受力不均；同時(shí)部分甲狀腺結(jié)節(jié)比較大但ROI范圍設(shè)置過(guò)小，達(dá)不到結(jié)節(jié)直徑的2～3倍，結(jié)節(jié)周邊也缺少足夠的正常組織對(duì)比，導(dǎo)致楊氏模量值偏低，誤判為良性。本研究43個(gè)良性結(jié)節(jié)中11個(gè)Emax值＞31.7 kPa被誤診為惡性，可能是部分結(jié)節(jié)有鈣化成分所致[13]。本研究誤診的11個(gè)結(jié)節(jié)中，7個(gè)帶有強(qiáng)回聲灶，其中5個(gè)伴有粗大或弧形鈣化斑，對(duì)結(jié)節(jié)的硬度產(chǎn)生影響，導(dǎo)致楊氏模量值偏高。

3.2 AI與醫(yī)師診斷甲狀腺結(jié)節(jié)的現(xiàn)狀比較 近年在AI發(fā)展的推動(dòng)下，超聲成像分析進(jìn)入新時(shí)代。目前甲狀腺AI既可用于超聲診斷，也用于病理評(píng)估和分析[14]，有利于推動(dòng)精準(zhǔn)診療。既往研究中，由于數(shù)據(jù)、診斷標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備存在差異，直接比較不同研究使用系統(tǒng)的診斷效率不合理，甚至可能得到完全相反的結(jié)論。Szczepanek-Parulska等[15]比較S-Detect和EU-TI-RADS系統(tǒng)診斷結(jié)節(jié)的性能，發(fā)現(xiàn)AI特異度更高。但Xia等[16]的研究結(jié)果顯示S-Detect系統(tǒng)的特異度低于高年資醫(yī)師。

本研究比較S-Detect與醫(yī)師采用ACR TI-RADS分級(jí)診斷甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性的效能發(fā)現(xiàn)，S-Detect的敏感度和AUC較醫(yī)師高，特異度較低，準(zhǔn)確度相當(dāng)。SDetect可能僅能分析目標(biāo)病變的特征，而不考慮病變對(duì)其周圍組織的影響。與醫(yī)師相比，一些細(xì)微的結(jié)構(gòu)異常，如甲狀腺被膜不連續(xù)，通常被醫(yī)師視為侵入性表現(xiàn)，但S-Detect卻很難識(shí)別。其次，醫(yī)師使用基于積分累計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的ACR TI-RADS對(duì)甲狀腺結(jié)節(jié)進(jìn)行分級(jí)診斷，該標(biāo)準(zhǔn)綜合甲狀腺結(jié)節(jié)中包括鈣化在內(nèi)的五大超聲特征，而使用S-Detect進(jìn)行診斷時(shí)，與結(jié)節(jié)圖像數(shù)據(jù)的質(zhì)量密切相關(guān)，且缺失特征中的鈣化。此外，醫(yī)師的經(jīng)驗(yàn)水平對(duì)S-Detect診斷結(jié)果也有部分影響。既往研究發(fā)現(xiàn)，比較S-Detect技術(shù)和不同年資的醫(yī)師診斷甲狀腺結(jié)節(jié)時(shí)具有一定差異，S-Detect診斷甲狀腺結(jié)節(jié)敏感度高，兩者聯(lián)合可提高診斷效能，尤其低年資醫(yī)師的診斷效能明顯提高[3,17-18]。但本研究未分析高年資醫(yī)師和低年資醫(yī)師與S-Detect對(duì)甲狀腺結(jié)節(jié)的診斷效能差異，這可能影響最終結(jié)果判斷。

3.3 三者聯(lián)合診斷與單獨(dú)診斷的比較 本研究中，SDetect、SWE、ACR TI-RADS分級(jí)均作為甲狀腺良、惡結(jié)節(jié)診斷的方法，聯(lián)合診斷后鑒別診斷甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性的敏感度、準(zhǔn)確度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值均優(yōu)于三者單獨(dú)診斷，聯(lián)合診斷的AUC均高于三者單獨(dú)診斷，表明聯(lián)合診斷的整體診斷效能高于單獨(dú)診斷。聯(lián)合診斷與醫(yī)師使用ACR TI-RADS分級(jí)單獨(dú)診斷甲狀腺結(jié)節(jié)的敏感度顯著增高，56例原本甲狀腺ACR TI-RADS分級(jí)診斷為良性的結(jié)節(jié)，與S-Detect和SWE聯(lián)合后，其中15例改為惡性，此15例結(jié)節(jié)形態(tài)多規(guī)則、邊界多光滑，但S-Detect和SWE均提示惡性可能，提高了診斷準(zhǔn)確度。

既往鮮有S-Detect聯(lián)合SWE診斷甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性的研究，但何子朋等[19]使用S-Detect輔助甲狀腺結(jié)節(jié)進(jìn)行TI-RADS再分級(jí)，與單獨(dú)的常規(guī)超聲診斷相比，活檢率、特異度、陽(yáng)性預(yù)測(cè)值均相應(yīng)提高。本研究中三者聯(lián)合診斷甲狀腺結(jié)節(jié)，與何子朋等[19]的結(jié)果不同，特異度無(wú)明顯提高，而敏感度明顯提高，可能原因是甲狀腺結(jié)節(jié)常規(guī)超聲和S-Detect單獨(dú)診斷甲狀腺時(shí)敏感度較高；其次，甲狀腺腺體前方覆蓋有肌肉組織，周圍有頸部血管而內(nèi)側(cè)有氣管及甲狀軟骨組織，SWE彈性值可能受周圍組織影響；本研究中SWE良、惡性最佳截?cái)嘀礒max較既往研究低[9]，也可能會(huì)影響聯(lián)合診斷中惡性結(jié)節(jié)的診斷準(zhǔn)確度。

3.4 本研究的局限性 部分甲狀腺結(jié)節(jié)病理結(jié)果由FNA獲得，無(wú)法完全排除由穿刺導(dǎo)致假陰性的可能；甲狀腺結(jié)節(jié)的超聲圖像采集前，未更細(xì)致地規(guī)定采集圖像的二維超聲參數(shù)設(shè)置，如增益、動(dòng)態(tài)范圍等，可能會(huì)對(duì)S-Detect的最終結(jié)果判讀有影響；SWE掃查時(shí)，存在結(jié)節(jié)內(nèi)鈣化，也會(huì)影響楊氏模量值的測(cè)量。

總之，S-Detect、SWE、ACR TI-RADS分級(jí)三者聯(lián)合可以有效提高對(duì)甲狀腺結(jié)節(jié)的診斷效能，聯(lián)合診斷后較S-Detect單獨(dú)診斷特異度增高，與ACR TIRADS單獨(dú)診斷比較敏感度增高，與三者單獨(dú)診斷比較AUC增高。聯(lián)合診斷彌補(bǔ)了S-Detect特異性較低的缺陷，避免過(guò)度診斷，也減少了醫(yī)師使用ACR TIRADS敏感度較低的影響和漏診可能，診斷效能達(dá)到最佳。