超聲及超聲人工智能在創(chuàng)傷診斷中的應(yīng)用現(xiàn)狀

王宗玉 阿合阿力斯·葉爾江 陳琪 賀佳

[摘要]?超聲是創(chuàng)傷診斷中廣泛使用的檢查手段之一。超聲具有無(wú)電離輻射、檢查可重復(fù)等特點(diǎn)，且具有將檢查擴(kuò)展至院前環(huán)境的潛在能力，可用于創(chuàng)傷患者的初步評(píng)估。擴(kuò)展創(chuàng)傷重點(diǎn)超聲評(píng)估技術(shù)極大地推動(dòng)了超聲在創(chuàng)傷床旁診斷中的應(yīng)用。人工智能診斷技術(shù)可輔助醫(yī)務(wù)工作者完成創(chuàng)傷診斷，從而提高診斷的準(zhǔn)確性和診斷速度。本文對(duì)超聲及超聲人工智能在創(chuàng)傷診斷中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行展望。

[關(guān)鍵詞]?超聲；創(chuàng)傷診斷；人工智能；深度學(xué)習(xí)

[中圖分類號(hào)]?R445；TP18????[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]?A????[DOI]?10.3969/j.issn.1673-9701.2024.11.030

創(chuàng)傷患者常伴有復(fù)雜的鈍性和穿透性損傷。如何快速地對(duì)患者進(jìn)行檢查、分類，及早發(fā)現(xiàn)有生命危險(xiǎn)患者并在第一時(shí)間給出相應(yīng)的急救策略是急救治療的重要任務(wù)。創(chuàng)傷重點(diǎn)超聲評(píng)估技術(shù)起初是一種針對(duì)創(chuàng)傷患者的腹部超聲檢查，其可對(duì)患者的盆腔區(qū)域、左上腹部和右上腹部進(jìn)行快速掃描，并在短時(shí)間內(nèi)（一般不超過(guò)2min/次）對(duì)患者腹部的出血情況進(jìn)行評(píng)估[1]。隨著超聲技術(shù)的不斷發(fā)展，擴(kuò)展創(chuàng)傷重點(diǎn)超聲評(píng)估技術(shù)增加劍突下及左、右側(cè)肋膈角區(qū)域掃查，其不但可評(píng)估腹腔出血情況，還可評(píng)估胸腔和心包積液情況。近年來(lái)，人工智能（artificial?intelligence，AI）技術(shù)借助特征識(shí)別、分段匹配和深度學(xué)習(xí)等手段，廣泛應(yīng)用于甲狀腺、乳腺、肝臟等臟器的診斷和鑒別中[2]。本文對(duì)超聲在創(chuàng)傷診斷中的應(yīng)用場(chǎng)景及超聲AI在創(chuàng)傷診斷中的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行綜述，并對(duì)其發(fā)展前景進(jìn)行展望。

1??超聲在創(chuàng)傷診斷中的應(yīng)用

創(chuàng)傷診斷不僅需要明確患者傷情，還需要對(duì)創(chuàng)面進(jìn)行及時(shí)且正確的處理，確?；颊呱踩?duì)于傷情復(fù)雜、病情危重或有嚴(yán)重并發(fā)癥的患者，應(yīng)盡早明確創(chuàng)傷部位、是否存在潛在損傷及損傷的嚴(yán)重程度。超聲可對(duì)創(chuàng)傷患者進(jìn)行快速、無(wú)創(chuàng)、精準(zhǔn)的診斷，以便為臨床決策提供參考。研究表明，超聲對(duì)胸骨骨折、肋骨骨折、鎖骨骨折、氣胸、血胸和胸腔積液的診斷較X線檢查更準(zhǔn)確[3-8]。

1.1??超聲在骨折診斷中的應(yīng)用

骨折是指骨的完整性和連續(xù)性被中斷，臨床中常見(jiàn)的骨折是創(chuàng)傷性骨折。超聲對(duì)影像學(xué)檢查未發(fā)現(xiàn)的骨折尤其有效，其可發(fā)現(xiàn)X線檢查中未檢查出的肋骨骨折[9]。超聲診斷骨折的原理：正常情況下，骨骼表面是一個(gè)強(qiáng)烈的超聲反射界面，這使得觀察骨骼后方結(jié)構(gòu)較為困難。但在以下情況下，超聲可觀察到位于骨膜下方的病變：①骨質(zhì)被破壞或變薄，使聲束進(jìn)入到骨髓腔；②骨膜發(fā)生斷裂；③血腫或積液所致骨膜移位等骨膜病變。當(dāng)出現(xiàn)骨折等異常情況時(shí)，高頻超聲可確定骨折是否存在，從而診斷骨骼相關(guān)疾病[10]。?elik等[11]研究顯示，超聲對(duì)肋骨骨折的檢測(cè)敏感性為91.2%，特異性為72.7%。Champagne等[12]研究顯示，超聲檢測(cè)上肢骨折的敏感度為93%，特異性為92%；檢測(cè)下肢骨折的敏感度為83%，特異性為93%。

1.2??超聲在氣胸診斷中的應(yīng)用

氣胸是指受各種因素影響，胸部出現(xiàn)的氣體積聚現(xiàn)象，可分為自發(fā)性氣胸和繼發(fā)性氣胸。臨床上以自發(fā)性氣胸最為常見(jiàn)，其約占全部氣胸的90%。氣胸的聲像學(xué)特征以平流層征為主，無(wú)B線或彗尾征，肺滑隨之減弱，從而使得肺點(diǎn)得以顯示。呂立文[13]開(kāi)展的肺部超聲檢查結(jié)果顯示，肺滑逐漸減弱，平流層征取代沙灘征。超聲在氣胸的快速診斷中具有較高的診斷價(jià)值和臨床應(yīng)用意義[14]。在急診或復(fù)雜環(huán)境下，便攜式超聲儀可縮短疑似氣胸的診斷時(shí)間，縮短潛在的救命干預(yù)時(shí)間，減少胸部診斷對(duì)CT等技術(shù)的依賴。研究顯示，超聲診斷氣胸的敏感度為91%，特異性為99%[15]。

1.3??超聲在心包積液診斷中的應(yīng)用

心包積液是指心包腔內(nèi)積聚的過(guò)多液體，包括液性、漿液纖維蛋白性、膿性和血性?，F(xiàn)已證實(shí)，超聲心動(dòng)圖在心包積液的檢測(cè)中發(fā)揮重要作用[16]。胸部鈍性傷或銳器傷可引起心肌挫傷、心肌撕裂、心臟破裂、心包內(nèi)大血管損傷等，可導(dǎo)致創(chuàng)傷性心包積液。如果積液量持續(xù)增加或未及時(shí)處理，則可能會(huì)引起心包填塞或心源性休克[17]。2015年，《歐洲心臟病學(xué)會(huì)心包疾病診斷和管理指南》將超聲心動(dòng)圖確定為評(píng)估心包積液對(duì)患者血流動(dòng)力學(xué)影響程度的初始影像學(xué)檢查手段[18]。在循環(huán)系統(tǒng)不穩(wěn)定患者中發(fā)現(xiàn)，可在超聲引導(dǎo)下對(duì)存在中量甚至大量心包積液患者直接進(jìn)行心包穿刺[19]。研究表明，訓(xùn)練有素的急診科醫(yī)生應(yīng)用超聲檢測(cè)心包積液的敏感度為96%，特異性為98%[20]。

1.4??超聲在腹腔出血診斷中的應(yīng)用

腹腔是人體最大的腔隙，是由臟層腹膜和壁層腹膜相互延續(xù)共同構(gòu)成的潛在性漿膜腔。腹腔出血是指血液由腹部血管異常滲出或因創(chuàng)傷而流入腹腔內(nèi)，其可能會(huì)導(dǎo)致腹痛、腹脹和休克等嚴(yán)重癥狀，嚴(yán)重時(shí)可危及生命。因此，及時(shí)有效的影像學(xué)檢查在腹部創(chuàng)傷的早期發(fā)現(xiàn)中至關(guān)重要。1971年，Kristensen等[21]首次報(bào)道超聲應(yīng)用于鈍性創(chuàng)傷患者腹腔游離液的檢測(cè)。目前，超聲已成為急診科檢查創(chuàng)傷患者腹腔出血的一線診斷方法。Soyuncu等[22]研究顯示，超聲檢測(cè)腹腔出血的敏感度和特異性分別為86%和99%。腹部超聲是一種可靠、快速且可重復(fù)的檢查方法，在創(chuàng)傷性腹腔出血檢測(cè)方面具有較高的準(zhǔn)確性和特異性。

1.5??超聲在胸腔積血診斷中的應(yīng)用

胸部銳器傷、槍彈傷等穿透性損傷或擠壓及肋骨骨折等胸部鈍性傷所引起的血胸稱為創(chuàng)傷性胸腔積血。血液在胸膜腔中積聚，大量血液聚集可能擠壓肺部，從而導(dǎo)致患者呼吸困難。血胸本身不會(huì)引起疼痛，但血胸?fù)p傷通常會(huì)引發(fā)疼痛。除疼痛外其他癥狀的嚴(yán)重程度在一定程度上取決于胸腔中的血液量。如血液量較小，患者不會(huì)出現(xiàn)除疼痛外的其他癥狀；如血液量較大，患者可能會(huì)感到呼吸短促，出現(xiàn)淺快呼吸。在超聲檢查中，胸腔積血表現(xiàn)為胸膜腔內(nèi)無(wú)回聲、低回聲或稍高回聲集合，一般見(jiàn)于最靠前的位置[23]。胸膜空間回聲不良或無(wú)回聲區(qū)域是胸腔積血的唯一聲學(xué)標(biāo)志。Staub等[24]研究顯示，超聲檢測(cè)胸腔積血的敏感度為60%，特異性為98%。

2??超聲AI在創(chuàng)傷診斷中的應(yīng)用

超聲影像學(xué)檢查中含有人體組織內(nèi)部結(jié)構(gòu)、組織間液體和氣體等大量圖像信息，可為創(chuàng)傷診斷提供更多有用信息。深度學(xué)習(xí)的快速發(fā)展使得醫(yī)學(xué)圖像分割不再需要手工制作。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)圖像的層次特征表示。用于特征學(xué)習(xí)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)圖像的噪聲、對(duì)比度等并不敏感，可為醫(yī)學(xué)圖像處理提供較好的分割結(jié)果。當(dāng)前，深度學(xué)習(xí)已廣泛應(yīng)用于甲狀腺結(jié)節(jié)智能診斷、乳腺超聲診斷、血管內(nèi)超聲圖像序列分割等方面[25-27]。

超聲因其使用的便攜性及潛在的應(yīng)用范圍而廣泛應(yīng)用于急診科醫(yī)學(xué)中。與傳統(tǒng)超聲診斷相比，基于超聲AI的新一代圖像識(shí)別技術(shù)可對(duì)軟組織和骨骼進(jìn)行精確、無(wú)創(chuàng)實(shí)時(shí)分析，其數(shù)字引擎不僅可有效改善影像質(zhì)量，還可提高診斷速度，降低誤診率和漏診率，有助于創(chuàng)傷急救的臨床決策。目前，國(guó)內(nèi)外已對(duì)超聲AI技術(shù)在創(chuàng)傷急救領(lǐng)域的運(yùn)用開(kāi)展了大量探討和深入研究。以深度學(xué)習(xí)為代表的機(jī)器學(xué)習(xí)法也在醫(yī)療圖像識(shí)別領(lǐng)域獲得較大突破，為輔助醫(yī)務(wù)工作者進(jìn)行精準(zhǔn)診斷和治療創(chuàng)造有效路徑。超聲AI在創(chuàng)傷診斷中的應(yīng)用舉例見(jiàn)表1。

3??小結(jié)與展望

超聲AI技術(shù)在創(chuàng)傷診斷中的應(yīng)用是AI與醫(yī)學(xué)影像學(xué)融合發(fā)展的一個(gè)縮影，也是近年來(lái)醫(yī)學(xué)影像學(xué)的重要發(fā)展方向之一。超聲AI技術(shù)既可提高創(chuàng)傷診斷的準(zhǔn)確率，又可節(jié)約醫(yī)療成本，降低患者病死率。但目前超聲AI技術(shù)仍存在以下不足。

數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題。當(dāng)前，臨床存在缺乏創(chuàng)傷超聲AI訓(xùn)練數(shù)據(jù)、病例少、超聲圖像未留存等問(wèn)題。數(shù)據(jù)質(zhì)量不好會(huì)影響模型的準(zhǔn)確性和可靠性。為此，應(yīng)開(kāi)展急診超聲數(shù)據(jù)采集工作，積累臨床數(shù)據(jù)，并將其與AI算法結(jié)合，研發(fā)獨(dú)立診斷技術(shù)，進(jìn)一步提高診斷的準(zhǔn)確率，發(fā)揮更大的臨床價(jià)值。

模型規(guī)范問(wèn)題?，F(xiàn)有超聲AI技術(shù)大多基于深度學(xué)習(xí)算法，人們對(duì)圖像識(shí)別的準(zhǔn)確性、精確性和通用性存在爭(zhēng)議，且目前臨床缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的操作指南。如何應(yīng)用深度學(xué)習(xí)模型輔助臨床決策是醫(yī)療AI行業(yè)面臨的一大挑戰(zhàn)。為此，應(yīng)建立一套完整的產(chǎn)品準(zhǔn)入和監(jiān)管準(zhǔn)則，完善相應(yīng)政策法規(guī)，將超聲與AI技術(shù)深入融合，促進(jìn)醫(yī)療事業(yè)發(fā)展。

開(kāi)發(fā)普及問(wèn)題。當(dāng)前，AI技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域尚處于初級(jí)階段。創(chuàng)傷AI診斷缺乏軟硬件結(jié)合手段和成熟的診斷超聲設(shè)備。同時(shí)，醫(yī)務(wù)工作者對(duì)AI技術(shù)的認(rèn)識(shí)和掌握程度比較有限，從而限制了AI輔助診斷的應(yīng)用和普及。為此，應(yīng)加大對(duì)醫(yī)療AI領(lǐng)域的研究與探索，使更多創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。

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