AI對肺占位性病變的診斷價(jià)值及影像特征分析

紀(jì)敬斌,張宸瑜,彭壘,矯文捷

(青島大學(xué)附屬醫(yī)院胸外科,山東 青島 266003)

近年來,隨著人工智能(AI)的快速發(fā)展,其在輔助醫(yī)師對肺部病變(包含肺結(jié)節(jié)及包塊等)的CT結(jié)果作出影像學(xué)診斷方面得到了廣泛的認(rèn)可和應(yīng)用[1-2]。多項(xiàng)研究顯示,AI在提高肺部病變診斷效率、降低肺部病變漏診誤診率及改善肺部病變診斷性能等多個方面展示出了較為明顯的應(yīng)用前景[3-7]。2022年首次發(fā)表的AI在肺結(jié)節(jié)診治中的應(yīng)用專家共識指出,AI在肺結(jié)節(jié)識別、良惡性鑒別診斷和病理分型預(yù)測等方面均有重要價(jià)值,對實(shí)現(xiàn)手術(shù)前肺癌及亞型精準(zhǔn)診斷和提高手術(shù)成功率具有重要意義[8]。然而,目前AI對部分亞實(shí)性結(jié)節(jié)等多類結(jié)節(jié)診斷的假陰性率較高,其準(zhǔn)確度也低于人工,仍需要人工閱片以減少漏診和提升準(zhǔn)確度。本文使用目前廣泛應(yīng)用于臨床的深睿醫(yī)療AI醫(yī)學(xué)影像輔助診斷系統(tǒng)(AI系統(tǒng)),對肺占位性病變病人不同掃描層間距的胸部CT影像資料進(jìn)行回顧性分析,旨在分析及評價(jià)AI系統(tǒng)在兩種不同掃描層間距CT檢查圖像上對肺占位性病變的診斷價(jià)值,探討CT影像學(xué)特征和病變大小對AI系統(tǒng)診斷準(zhǔn)確度的影響。

1 資料與方法

1.1 研究對象

回顧性分析2021年6月—2022年3月就診于我院胸外科的821例肺占位性病變病人臨床資料。根據(jù)病人術(shù)前最后一次CT檢查影像片的掃描層間距分為厚層CT(≥3 mm)和薄層CT(<3 mm)。所有入組病人均有可供AI分析的厚層CT影像資料,808例病人有可供AI系統(tǒng)分析的薄層CT影像資料。病人納入標(biāo)準(zhǔn):①進(jìn)行手術(shù)治療并于術(shù)中取得病理學(xué)標(biāo)本,有對應(yīng)病灶明確的病理診斷結(jié)果;②術(shù)前1周內(nèi)進(jìn)行過胸部CT檢查,若進(jìn)行過多種或多次檢查則以術(shù)前最后一次檢查方式和檢查結(jié)果為準(zhǔn);③影像學(xué)資料提供了CT影像學(xué)特征,可導(dǎo)入AI系統(tǒng)進(jìn)行診斷分析。本文研究獲得青島大學(xué)附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)(IRB#QYFYWZLL 27703)。

1.2 研究方法

1.2.1儀器與方法 檢查設(shè)備為Siemens SOMATOM Definition Flash CT機(jī),檢查時病人取仰臥位且頭先進(jìn),掃描范圍自胸廓入口到肺底部。掃描參數(shù):管電壓120 kV,管電流200～300 mA,層厚1 mm。注射對比劑為碘海醇(350 g/L)50 mL,注射流量3.5 mL/s。注射對比劑后,啟用對比劑團(tuán)注跟蹤技術(shù),采集注入對比劑后60 s的圖像。

1.2.2CT影像數(shù)據(jù)分析 由兩位有10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師對所有病人胸部CT資料進(jìn)行分析,意見不同時再與一名有15年以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師討論后得出最終影像學(xué)診斷結(jié)果。病人肺部有多個病變或結(jié)節(jié)影時,對手術(shù)切除的主要病變進(jìn)行分析并記錄多發(fā)結(jié)節(jié)影位置和大小。CT資料中部分影像學(xué)特征不明的樣本,從對應(yīng)影像學(xué)特征的分析中排除。主要觀察的影像學(xué)指標(biāo)如下。①大小:測量病變的長徑及短徑;②單發(fā)或多發(fā):病變有無單側(cè)肺部或雙側(cè)肺部的多發(fā)結(jié)節(jié)影;③邊界:病變的邊緣是否清楚;④胸膜牽拉:病變有無胸膜牽拉現(xiàn)象;⑤其他:病變有無毛刺、分葉現(xiàn)象。

1.2.3AI系統(tǒng)診斷準(zhǔn)確度的判定 將病人術(shù)前所進(jìn)行的最后一次CT檢查圖像導(dǎo)入AI系統(tǒng),以AI系統(tǒng)自動判斷結(jié)節(jié)的危險(xiǎn)度分為良性病變及惡性病變。以病人術(shù)中送檢標(biāo)本的病理診斷結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn),與AI系統(tǒng)的診斷結(jié)果進(jìn)行比較。判定標(biāo)準(zhǔn)為:①若病理診斷結(jié)果為良性病變,AI系統(tǒng)在對應(yīng)掃描層間距的CT圖像上發(fā)現(xiàn)該病變并診斷為良性病變,則認(rèn)定AI系統(tǒng)判定正確;未發(fā)現(xiàn)該病變或診斷為惡性病變,則認(rèn)定AI系統(tǒng)判定錯誤;②若病理診斷結(jié)果為惡性病變,AI系統(tǒng)在對應(yīng)掃描層間距的CT圖像上發(fā)現(xiàn)該病變并診斷為惡性病變,則認(rèn)定為AI系統(tǒng)判定正確;未發(fā)現(xiàn)該病變或診斷為良性病變,則認(rèn)為AI系統(tǒng)判定錯誤。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié) 果

2.1 AI系統(tǒng)對不同掃描層間距肺占位性病變的診斷價(jià)值

以病理診斷結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn),AI系統(tǒng)診斷厚層CT組肺占位性病變的靈敏度為92.4%(744/805),特異度為93.8%(15/16),陽性預(yù)測值為99.9%(744/745),陰性預(yù)測值為19.7%(15/76),符合率為92.4%(759/821),ROC曲線下面積(AUC)為0.931(95%CI=0.854～1.000,P<0.001);AI系統(tǒng)診斷薄層CT組肺占位性病變的靈敏度為94.1%(746/793),診斷特異度為100.0%(15/15),陽性預(yù)測值為100.0%(746/746),陰性預(yù)測值為24.2%(15/62),符合率為94.2%(761/808),ROC曲線AUC 0.970(95%CI=0.957～0.983,P<0.001)。見表1、2。

表1 AI系統(tǒng)對厚層CT組肺占位性病變的診斷價(jià)值

表2 AI系統(tǒng)對薄層CT組肺占位性病變的診斷價(jià)值

2.2 AI系統(tǒng)診斷準(zhǔn)確度與CT影像學(xué)特征關(guān)系

AI系統(tǒng)對厚層CT的影像學(xué)診斷結(jié)果顯示,肺部病變的多項(xiàng)CT影像學(xué)特征,包括病變的長徑、短徑、邊緣是否清晰、有無胸膜牽拉、有無分葉,對AI系統(tǒng)診斷準(zhǔn)確度影響差異有顯著意義(χ2=4.747～123.691,P<0.05);AI系統(tǒng)對薄層CT的影像學(xué)診斷結(jié)果顯示,肺部病變有無胸膜牽拉對AI系統(tǒng)診斷準(zhǔn)確度影響差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=4.031,P<0.05)。見表3。

表3 AI系統(tǒng)診斷準(zhǔn)確度與CT影像學(xué)特征關(guān)系

2.3 CT上不同大小肺占位性病變AI系統(tǒng)診斷準(zhǔn)確度的比較

本研究肺部病變CT影像上的長徑為5.0～130.1 mm,平均(19.8±12.7)mm。結(jié)合臨床和影像學(xué)判斷標(biāo)準(zhǔn),將肺部病變按長徑分為5.0～8.0、8.1～20.0、20.1～30.0和>30.0 mm 共4組。AI系統(tǒng)基于厚層CT對不同大小肺占位性病變的診斷準(zhǔn)確度差異有顯著性(Z=-4.237,P<0.001),AI系統(tǒng)基于薄層CT對不同大小肺占位性病變診斷準(zhǔn)確度差異無顯著性(Z=-0.877,P>0.05)。見表4。

表4 AI系統(tǒng)對胸部CT不同大小肺占位性病變診斷準(zhǔn)確度比較

3 討 論

結(jié)合2022年版AI在肺結(jié)節(jié)診治中的應(yīng)用專家共識[8]及近年來相關(guān)研究結(jié)果,AI系統(tǒng)在臨床中可以根據(jù)影像學(xué)相關(guān)資料快速鑒別肺占位性病變(尤其是肺結(jié)節(jié)病變)良惡性[8-10]。然而,在病理診斷為惡性腫瘤的肺部病變中,AI系統(tǒng)對其惡性程度診斷存在缺陷。有研究顯示,對良性病變尤其是表現(xiàn)為亞實(shí)性結(jié)節(jié)等幾種特定影像學(xué)表現(xiàn)的病變,AI系統(tǒng)診斷的假陽性率較高,需要人工閱片進(jìn)行進(jìn)一步的確診[8,11]。本研究對我院手術(shù)治療的821例肺部疾病病人CT影像學(xué)資料,使用目前廣泛應(yīng)用于臨床的深睿醫(yī)療AI系統(tǒng)進(jìn)行回顧性分析。結(jié)果顯示,AI系統(tǒng)診斷兩種不同掃描層間距肺占位性病變CT影像資料的靈敏度、特異度、陽性預(yù)測值和符合率均超過90%,AUC均超過0.95。本文研究結(jié)果高于目前該類研究結(jié)果[10,12],顯示出了較高的應(yīng)用價(jià)值。本文結(jié)果還顯示,AI系統(tǒng)對薄層CT組的診斷效果略優(yōu)于厚層CT組。然而,兩組的陰性預(yù)測值均較低,這可能是因?yàn)楸疚难芯坎∪司鶠樵谛赝饪菩惺中g(shù)治療的病人,惡性病變所占比例較高?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果,AI系統(tǒng)對影像科醫(yī)生的工作具有較強(qiáng)的輔助作用,但人工閱片仍然是對肺占位性病變良惡性鑒別不可缺少的一部分。當(dāng)AI系統(tǒng)報(bào)告肺占位性病變?yōu)椤案呶！睍r,該病變應(yīng)引起足夠的重視;當(dāng)AI系統(tǒng)報(bào)告肺占位性病變?yōu)椤暗臀！睍r,仍需影像科醫(yī)生進(jìn)行人工閱片以減少漏診。

本文對AI系統(tǒng)診斷準(zhǔn)確度與CT影像學(xué)特征的關(guān)系分析顯示,AI系統(tǒng)的診斷準(zhǔn)確度在厚層CT和薄層CT圖像上有一定的差異,有無胸膜牽拉在兩種厚度的CT圖像中均會影響AI系統(tǒng)診斷準(zhǔn)確度;而肺部病變長短徑、邊緣清晰度和有無分葉現(xiàn)象等因素則只在AI系統(tǒng)對厚層CT圖像的診斷中會產(chǎn)生影響,對薄層CT圖像AI系統(tǒng)診斷無明顯影響。腫瘤的大小是決定腫瘤分期和處理方式最重要的因素之一。在CT影像學(xué)范疇內(nèi),腫瘤的長徑、短徑和體積均可以作為影像學(xué)上判定腫瘤大小的依據(jù)。而在臨床中對腫瘤大小作出判定通常是根據(jù)腫瘤的長徑。本文研究結(jié)合臨床和CT影像學(xué)判斷標(biāo)準(zhǔn),將肺部病變根據(jù)長徑不同分為4組,AI系統(tǒng)對4組厚層CT圖像的診斷準(zhǔn)確度差異有顯著性,而對4組薄層CT圖像的診斷準(zhǔn)確度差異無顯著性。

本研究存在以下局限性:①該研究是一項(xiàng)單中心的回顧性研究,本研究取得的CT影像學(xué)資料存在一定的滯后性,研究結(jié)果可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)偏移;②本研究以病變最終的病理診斷結(jié)果作為金標(biāo)準(zhǔn),納入研究的結(jié)節(jié)均為術(shù)后病理診斷的肺占位性病變。由于臨床上對長徑<5 mm肺占位性病變的處理原則通常為優(yōu)先進(jìn)行觀察而非手術(shù)或取活組織檢查,故本研究無法評估AI系統(tǒng)對長徑<5 mm肺占位性病變的診斷準(zhǔn)確度。

綜上所述,AI系統(tǒng)評估不同掃描層間距肺占位性病變影像資料的靈敏度、特異度、陽性預(yù)測值、符合率和AUC均較高,病灶有無毛刺及分葉在各種掃描層間距的CT片中均會影響AI系統(tǒng)的診斷準(zhǔn)確度;AI系統(tǒng)對掃描層間距≥3 mm的厚層CT片上不同大小的腫瘤診斷準(zhǔn)確度差異有顯著性,而對掃描層間距<3 mm薄層CT片診斷結(jié)果差異無顯著性。以后的研究中,應(yīng)在多個使用深睿醫(yī)療AI系統(tǒng)的醫(yī)院收集更多樣本,進(jìn)一步驗(yàn)證AI系統(tǒng)對CT影像診斷的準(zhǔn)確度。