人工智能技術(shù)在頭頸部CT血管成像中的臨床應用價值分析

【摘要】目的 探究人工智能（AI）技術(shù)在頭頸部計算機斷層掃描血管成像（CTA）中的應用效果，為臨床提高診斷腦血管疾病準確性提供參考依據(jù)。方法 回顧性分析東莞市清溪醫(yī)院2023年5月至2024年5月收治的疑似腦血管病變行頭頸部CTA檢查的42例患者的臨床資料，根據(jù)CTA圖像處理方法不同將其分為兩組，人工組（采用人工處理）和AI組（采用AI處理）。比較兩組患者圖像中頸總動脈、頸內(nèi)動脈及大腦中動脈的CT值、噪聲值、信噪比（SNR），以數(shù)字減影血管造影診斷結(jié)果為金標準，比較兩種圖像處理方法對頸動脈狹窄/閉塞的診斷效能。結(jié)果 與人工組比，AI組患者頸總動脈、頸內(nèi)動脈、大腦中動脈的噪聲值均更低，SNR均更高（均Plt;0.05）；臨床診斷結(jié)果顯示，42例患者中有30例（71.43%）存在頸動脈狹窄/閉塞情況，而人工組中發(fā)現(xiàn)29例（69.05%），AI組中發(fā)現(xiàn)31例（73.81%）；兩組患者頸總動脈、頸內(nèi)動脈、大腦中動脈的CT值及兩種圖像處理方法診斷頸動脈狹窄/閉塞的靈敏度、特異度、準確率比較，差異均無統(tǒng)計學意義（均Pgt;0.05）。結(jié)論 將AI技術(shù)應用于頭頸部CTA檢查，可顯著提升圖像質(zhì)量，且對頸動脈狹窄/閉塞的診斷效能良好。

【關鍵詞】腦血管病變 ; 計算機斷層掃描 ; 血管成像 ; 人工智能 ; 信噪比 ; 動脈狹窄

【中圖分類號】R743 【文獻標識碼】A 【文章編號】2096-3718.2024.21.0106.03

DOI：10.3969/j.issn.2096-3718.2024.21.034

腦血管病變是引發(fā)腦血管疾病的重要原因之一，臨床常見病變類型包括動脈狹窄、血管粥樣硬化等，此類疾病的發(fā)生容易對腦組織結(jié)構(gòu)與功能造成嚴重損害，存在較高的致死風險[1]。頭頸部計算機斷層掃描血管成像（CTA）是一種非創(chuàng)傷性血管造影術(shù)，能夠較為清晰地顯現(xiàn)頭頸部血管情況，進而輔助臨床判斷腦血管病變部位、血管狹窄程度等病變情況，為相關疾病的診斷與治療提供科學指導[2]。但CTA圖像通常需要經(jīng)過較為復雜、繁瑣的圖像重建操作后，才能進行臨床診斷，若由人工進行圖像后處理，不僅處理速度慢，而且存在一定誤診、漏診風險，而隨著科學技術(shù)的不斷進步，人工智能（AI）技術(shù)逐漸被推廣于CTA檢查的圖像后處理工作，能夠利用深度學習、計算機視覺等AI技術(shù)輔助或代替人工完成圖像分析與疾病診斷，有效提升了CTA圖像處理速度，但對圖像質(zhì)量與診斷結(jié)果是否存在影響還有待深入探究[3]?；诖?，本研究旨在分析AI在頭頸部CTA檢查中的應用價值，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析東莞市清溪醫(yī)院2023年5月至2024年5月收治的疑似腦血管病變行頭頸部CTA檢查的42例患者的臨床資料，包括男性23例，女性19例；年齡40～70歲，平均（59.12±6.37）歲；合并高血壓7例，合并糖尿病5例，合并高血脂4例；BMI 18～26 kg/m2，平均（21.56±2.25） kg/m2。所有患者經(jīng)頭頸部CTA檢查，所采集的圖像分別進行人工處理（人工組）和AI處理（AI組）。納入標準：⑴存在肢體無力、四肢發(fā)麻、反應遲鈍、頭暈、頭痛等疑似腦血管疾病相關表現(xiàn)；⑵臨床資料完整；⑶均已完成頭頸部CTA檢查；⑷意識清醒。排除標準：⑴對比劑過敏；⑵存在嚴重顱腦損傷；⑶存在頭頸部手術(shù)史；⑷合并肝腎功能異常。本研究經(jīng)東莞市清溪醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會審核批準。

1.2 方法

1.2.1 頭頸部CTA檢查 采用X射線計算機體層攝影設備（西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司，國械注進20173301125，型號：SOMATOM Definition AS），檢查體位為仰臥位，去除金屬等異物，頭先進，雙手放于身體兩側(cè)，采用輔助綁帶固定頭顱；掃描層厚為0.625 mm，球管旋轉(zhuǎn)速度為0.5 s/r，螺距為1，矩陣為512×512。將感興趣區(qū)放置在主動脈弓水平，觸發(fā)CT閾值設定為80 Hu，觸發(fā)后延遲2 s掃描，掃描范圍從主動脈弓下緣至顱頂。采用雙筒高壓注射器經(jīng)右側(cè)肘靜脈注入對比劑碘海醇注射液（北京北陸藥業(yè)股份有限公司，國藥準字H20031169，規(guī)格：75 mL∶22.5 g）（350 mg/mL），管電壓100 kV，自動管電流，以4.0 mL/s的速度靜脈注射碘對比劑40 mL，注射完成后使用40 mL生理鹽水沖管，選擇動脈狹窄病變最佳位置進行圖像采集。

1.2.2 圖像后處理 將采集的圖像分別進行人工處理和AI處理。人工圖像處理：將重建圖像數(shù)據(jù)上傳至西門子Syngo.via工作站重建，使用同步減影CTA技術(shù)處理數(shù)據(jù)，對減影后數(shù)據(jù)進行人工容積再現(xiàn)、最大密度投影成像、曲面重建等處理，并進行血管分析與動脈狹窄程度評價。AI圖像處理：將重建圖像數(shù)據(jù)上傳至北京數(shù)坤科技股份有限公司的頭頸部血管CTA圖像處理與分析軟件，由AI進行自動圖像處理，利用容積再現(xiàn)、最大密度投影成像、曲面重建等技術(shù)進行圖像優(yōu)化與血管分割，自動完成血管分析與動脈狹窄程度評價。

1.3 觀察指標 ⑴圖像質(zhì)量。經(jīng)頭頸部CTA檢查測定兩組患者頸總動脈、頸內(nèi)動脈及大腦中動脈的CT值、噪聲值、信噪比（SNR）水平。SNR=動脈CT值/動脈噪聲值。⑵頸動脈狹窄程度。統(tǒng)計兩組患者頸動脈狹窄/閉塞的評估結(jié)果。狹窄程度=[（血管狹窄遠端直徑－最小殘余直徑）/狹窄遠端直徑]×100%。血管狹窄程度分級標準[4]：閉塞：狹窄率100.00%；重度：gt;70.00%；中度：30.00%～70.00%；輕度：lt;30%；無：未出現(xiàn)狹窄。⑶診斷效能。以數(shù)字減影血管造影診斷結(jié)果為金標準，比較人工與AI圖像處理對頸動脈狹窄/閉塞診斷的靈敏度、特異度及準確率。靈敏度=[真陽性/（真陽性+假陰性）]×100%；特異度=[真陰性/（真陰性+假陽性）]×100%；準確率=[（真陽性+真陰性）/總例數(shù)×100%。

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 23.0統(tǒng)計學軟件分析數(shù)據(jù)，計數(shù)資料以[例（%）]表示，采用χ2檢驗；計量資料經(jīng)S-W檢驗符合正態(tài)分布且方差齊，以（ x ±s）表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗。Plt;0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者的圖像質(zhì)量比較 與人工組比，AI組患者頸總動脈、頸內(nèi)動脈、大腦中動脈的噪聲值均更低，SNR均更高，差異均有統(tǒng)計學意義（均Plt;0.05），兩組患者頸總動脈、頸內(nèi)動脈、大腦中動脈的CT值比較，差異均無統(tǒng)計學意義（均Pgt;0.05），見表1。

2.2 兩組患者頸動脈狹窄/閉塞的診斷結(jié)果 臨床診斷結(jié)果顯示，42例患者中有30例（71.43%）存在頸動脈狹窄/閉塞情況，而人工組中發(fā)現(xiàn)29例（69.05%），AI組中發(fā)現(xiàn)31例（73.81%），見表2。

2.3 兩種圖像處理方法對頸動脈狹窄/閉塞的診斷效能 與人工組比，AI組患者圖像處理方法診斷頸動脈狹窄/閉塞的靈敏度、準確率更高，但兩組間靈敏度、特異度、準確率比較，差異均無統(tǒng)計學意義（均Pgt;0.05），見表3。

3 討論

頭頸部CTA檢查是當前臨床診斷多種腦血管疾病的常用手段之一，主要通過向患者體內(nèi)注射適量碘對比劑，而后利用CT增強技術(shù)與薄層、大范圍、快速掃描技術(shù)，實現(xiàn)對人體組織、血管的全面掃描，并通過多種圖像后處理技術(shù)，顯示全身各部位血管細節(jié)[5]。臨床調(diào)查發(fā)現(xiàn)，頭頸部CTA檢查診斷疾病的靈敏度與準確性與CTA圖像質(zhì)量存在密切關聯(lián)，因而采取何種圖像后處理方法能夠進一步提升CTA圖像質(zhì)量受到臨床的高度重視[6]。人工CTA圖像檢查可進行噪聲去除、圖片增強、圖像平滑等操作以提高圖像質(zhì)量，可使血管結(jié)構(gòu)更加清晰，減少掃描過程中可能產(chǎn)生的偽影對診斷結(jié)果的影響，利用計算機技術(shù)識別和提取圖像中的血管，通過對血管的表面重建，得到血管的三維形態(tài)結(jié)構(gòu)，有助于對血管病變進行分析，進而評估血管狹窄程度、評價血流動力學狀態(tài)；還可通過多層面重建，從不同角度觀察病灶的位置、形態(tài)和結(jié)構(gòu)，提高診斷的準確性和可靠性[7]。傳統(tǒng)人工CTA圖像處理方法對工作人員的專業(yè)技術(shù)水平要求較高，操作流程較為復雜，圖像處理速度較為緩慢，而且很多醫(yī)院缺乏相關專業(yè)人才，導致人工圖像處理效率較低，還可能因追求速度而增加出錯風險，影響診斷結(jié)果的準確性。

?AI技術(shù)參與CTA圖像處理，可自動標注可疑病灶、多維分析檢測結(jié)果、自動生成病變情況預測結(jié)果，有效提升了圖像處理速度，并且能捕獲人工難以察覺的細微特征，提高分析結(jié)果的精確度與準確性，以減輕專業(yè)技術(shù)人員的工作負擔[8]。本研究結(jié)果顯示，與人工組比，AI組患者頸總動脈、頸內(nèi)動脈、大腦中動脈的噪聲值均更低，SNR均更高，兩組患者頸總動脈、頸內(nèi)動脈、大腦中動脈的CT值比較，差異均無統(tǒng)計學意義，這提示AI技術(shù)可減小頭頸部CTA檢查的干擾信號。分析其原因為，AI可以優(yōu)化迭代重建過程，通過學習圖像中的解剖結(jié)構(gòu)先驗知識，在重建過程中更準確地抑制噪聲，使動脈圖像的噪聲值降低，還可以基于深度學習的圖像增強算法自動識別動脈的結(jié)構(gòu)特征，增強這些特征對應的信號強度，通過去噪算法有效抑制動脈圖像中的噪聲，進而減少噪聲對圖像質(zhì)量的影響；AI圖像分割算法還可精確地將動脈從周圍組織中分離出來，避免周圍組織對動脈CT值測量的干擾，還能利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡，深入分析不同質(zhì)量CTA圖像間的映射關系，并由此獲取噪聲模型，將影響CTA圖像質(zhì)量的干擾噪聲分離，進而發(fā)揮良好的降噪效果，促使圖像質(zhì)量提升[9-10]。

臨床診斷結(jié)果顯示，42例患者中有30例（71.43%）存在頸動脈狹窄/閉塞情況，而人工組中發(fā)現(xiàn)29例（69.05%），AI組中發(fā)現(xiàn)31例（73.81%），AI組高于人工組，這提示AI技術(shù)的干預更有助于提升CTA圖像質(zhì)量，提高頸動脈狹窄/閉塞的檢出率。分析原因可能是由于，AI是一種利用計算機模擬人類智能活動進行學習與推理的新興技術(shù)，能夠借助深度學習技術(shù)對圖像進行分割、優(yōu)化與重建，將一個復雜的整體分為多個簡單、易分析的小塊，進而減小人工分析與診斷的難度；而且能夠模擬人腦運作機制，通過從大數(shù)據(jù)中總結(jié)得出的規(guī)律，自主分析圖像數(shù)據(jù)，進而實現(xiàn)對圖像結(jié)果的智能診斷[11]。本研究結(jié)果顯示，與人工組比，AI組患者圖像處理方法診斷頸動脈狹窄/閉塞的靈敏度、準確率更高，但兩組間靈敏度、特異度、準確率比較，差異均無統(tǒng)計學意義，這提示AI技術(shù)的應用有望改善頭頸部CTA檢查的診斷效能，可能與AI能提高CTA圖像質(zhì)量有關。但可能由于本研究所選取的樣本總量較少，導致人工組與AI組的診斷效能比較未體現(xiàn)出顯著差異，未來有必要增加樣本量繼續(xù)展開深入研究，進一步驗證AI技術(shù)對腦血管疾病的診斷價值。

綜上，將AI技術(shù)應用于頭頸部CTA檢查，可顯著提升圖像質(zhì)量，且對頸動脈狹窄的診斷效能良好，值得臨床推廣應用。

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