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    人工智能冠狀動(dòng)脈CTA自動(dòng)后處理系統(tǒng)對(duì)冠心病的診斷價(jià)值

    2025-04-08 00:00:00張紫瑞盛美紅張玉嬌
    關(guān)鍵詞:冠心病人工智能

    摘要""目的:分析人工智能、冠狀動(dòng)脈計(jì)算機(jī)斷層掃描血管造影(CTA)自動(dòng)后處理系統(tǒng)對(duì)冠心病的診斷價(jià)值。方法:選取2020年2月—2021年7月我院收治的124例疑似冠心病病人,均符合數(shù)字減影血管造影(DSA)檢查指征。以DSA檢查結(jié)果為“金標(biāo)準(zhǔn)”,分析人工智能冠狀動(dòng)脈CTA自動(dòng)后處理系統(tǒng)診斷冠心病的價(jià)值。結(jié)果:人工智能組(AI組)和人工組圖像重建成功率比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);AI組圖像后處理所用時(shí)間短于人工組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。AI組與人工組冠狀動(dòng)脈各主要分支圖像質(zhì)量評(píng)分比較,差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。AI組與人工組斑塊成分評(píng)估比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=0.106,P=0.948)。AI組和人工組診斷冠狀動(dòng)脈中度及以上狹窄與“金標(biāo)準(zhǔn)”一致性高(Kappa值分別為0.905,0.958,P<0.001)。AI組和人工組診斷冠狀動(dòng)脈中度及以上狹窄的敏感度、特異度、準(zhǔn)確度、陽性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值及診斷冠心病準(zhǔn)確率比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。結(jié)論:人工智能冠狀動(dòng)脈CTA自動(dòng)后處理系統(tǒng)在冠心病診斷中有良好的應(yīng)用價(jià)值,相較于人工處理效率更高。

    關(guān)鍵詞""冠心?。蝗斯ぶ悄?;冠狀動(dòng)脈;計(jì)算機(jī)斷層掃描血管造影;數(shù)字減影血管造影

    doi:10.12102/j.issn.1672-1349.2025.06.016

    冠心病指動(dòng)脈管腔狹窄造成的心肌缺氧、缺血或部分壞死引起的一種器質(zhì)性心臟病1。隨著生活質(zhì)量的提高,我國(guó)冠心病患病率不斷上升,且年齡趨于年輕化2。冠心病以胸痛為主要臨床表現(xiàn),若不及時(shí)診治,可增加冠狀動(dòng)脈狹窄程度,易引起心肌梗死、心絞痛、栓塞等并發(fā)癥3,嚴(yán)重威脅病人生命安全。目前,診斷冠心病以數(shù)字減影血管造影術(shù)(DSA)為“金標(biāo)準(zhǔn)”,但其檢查有創(chuàng)、費(fèi)用高昂,且易引起股動(dòng)脈血腫及動(dòng)脈痙攣等并發(fā)癥4。近年來,冠狀動(dòng)脈計(jì)算機(jī)斷層掃描血管造影(CTA)作為一種高效、低價(jià)、易操作的無創(chuàng)檢查法廣泛應(yīng)用于臨床5,但CTA檢查主要依靠醫(yī)師人工操作處理分析結(jié)果,存在工作量大、處理效率低下、主觀誤差等不足6。隨著人工智能快速發(fā)展,醫(yī)學(xué)領(lǐng)域相繼出現(xiàn)CTA聯(lián)合人工智能的診斷模式。相關(guān)研究顯示,CTA搭載基于深度機(jī)器學(xué)習(xí)的血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù)能有效識(shí)別特異性缺血;CTA搭載人工智能檢測(cè)大血管閉塞、分析冠狀動(dòng)脈周圍脂肪組織及心臟病診斷中有重要作用7-9。鑒于此,本研究采用人工智能冠狀動(dòng)脈CTA自動(dòng)后處理系統(tǒng),分析其對(duì)冠心病的診斷價(jià)值,旨在為冠心病的臨床診斷選擇安全、快速、有效的檢查方式。

    1 資料與方法

    1.1 一般資料

    選取2020年2月—2021年7月我院收治的124例疑似冠心病病人,其中男76例,女48例;年齡32~90(60.29±11.05)歲。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)審批通過(倫理號(hào)2023KT274)。

    納入標(biāo)準(zhǔn):年齡30~90歲;臨床表現(xiàn)與冠心病相符,且經(jīng)心電圖或動(dòng)態(tài)心電圖檢查疑似冠心病;身體狀況可配合CTA和DSA檢查;診治資料明確;無意識(shí)障礙,可配合完成研究;病人及其家屬均知情并簽署同意書。

    排除標(biāo)準(zhǔn):對(duì)研究所用試劑過敏;凝血功能障礙;處于妊娠或哺乳期;其他器官及系統(tǒng)的嚴(yán)重病癥;既往有藥物或手術(shù)治療心臟疾病史;存在嚴(yán)重的心律不齊、心功能不全等其他心臟疾病;甲狀腺功能異常;冠狀動(dòng)脈鈣化嚴(yán)重致使圖像無法評(píng)價(jià)。

    1.2 方法

    1.2.1 CTA檢查

    采用美國(guó)General Electric公司的GE Revolution 256層多排螺旋CT機(jī)進(jìn)行掃描,受檢者仰臥于檢查床,連接心電監(jiān)護(hù),于右肘靜脈經(jīng)雙筒高壓注射器注射非離子造影劑(碘克沙醇320 mg I/mL)60 mL,并以相同速率使用30 mL生理鹽水沖管。掃描需進(jìn)行呼吸訓(xùn)練,自由心率下盡量確保病人心率50~65次/min,對(duì)靜息心率較大者輔以減慢心率藥物或心理疏導(dǎo),使心率盡量控制在65次/min以下。采用回顧性心電門控及對(duì)比劑跟蹤檢查,將升主動(dòng)脈設(shè)為觸發(fā)層,將升主動(dòng)脈腔設(shè)為觸發(fā)興趣區(qū),閾值為120 Hu,掃描范圍為氣管隆突到心臟膈面下1 cm,在1次屏息中完成全部掃描。以300~550 ms為基礎(chǔ)使用自動(dòng)毫安秒技術(shù),管電壓100 kV,層厚0.625 mm,管球轉(zhuǎn)率每周0.28 s,矩陣512×51210。將原始圖像序列傳入服務(wù)器,分別用人工和人工智能冠狀動(dòng)脈CTA自動(dòng)后處理分析系統(tǒng)進(jìn)行圖像處理分析,設(shè)置為人工組和人工智能組(AI組)。

    1.2.2 人工圖像后處理

    由2名專業(yè)影像科醫(yī)師完成圖像后處理工作,采用Siemens公司的Syngo.via工作站進(jìn)行容積再現(xiàn)(VR)、拉直(CPR)、多平面重建(MPR)等重建圖像,測(cè)量圖像中冠狀動(dòng)脈狹窄部位斑塊CT值,每個(gè)斑塊測(cè)量3次,取平均值。根據(jù)CT值將斑塊分為鈣化斑塊(CT值≥130 HU)、非鈣化斑塊(CT值<130 HU)和混合斑塊(上述兩種斑塊成分的混合),并出具相關(guān)診斷報(bào)告。

    1.2.3 人工智能冠狀動(dòng)脈CTA自動(dòng)后處理系統(tǒng)

    后處理平臺(tái)采用Siemens公司的Syngo.via工作站與AngeIInstaller輔助診斷平臺(tái),基于深度學(xué)習(xí)和圖像識(shí)別技術(shù),對(duì)原始數(shù)據(jù)采用標(biāo)示、分割、量化等方法自動(dòng)處理圖像。系統(tǒng)主要分為數(shù)據(jù)抓取、血管分割、中心線提取、血管分段、圖像處理及人機(jī)交互等模塊。主要流程:1)系統(tǒng)從服務(wù)器中獲取特定格式的原始圖像,并將獲取的原始圖像按照一定比例轉(zhuǎn)換為序列圖片;2)通過系統(tǒng)預(yù)設(shè)的圖像模型將序列圖片分割,得到冠狀動(dòng)脈及分支血管的全圖分割結(jié)果,提取血管前景像素,確定血管對(duì)應(yīng)位置,進(jìn)一步細(xì)化血管進(jìn)行分割,獲得完整的心臟冠狀動(dòng)脈分割結(jié)果;3)對(duì)冠狀動(dòng)脈分割結(jié)果進(jìn)行切片提取,標(biāo)記各切片區(qū)塊中心線的置信點(diǎn),對(duì)標(biāo)記好的置信點(diǎn)簇進(jìn)行平滑處理得到初步中心線,對(duì)初步中心線匹配分割結(jié)果進(jìn)行校正,輸出準(zhǔn)確的中心線;4)對(duì)輸出的血管中心線進(jìn)行分段處理,并對(duì)各分段血管命名;5)根據(jù)原始圖像序列及血管中心線通過VR、CPR、MPR等生成醫(yī)學(xué)圖像,典型圖像處理見圖1~圖3;6)得到圖像后處理及狹窄程度、斑塊成分等相關(guān)診斷結(jié)果。

    1.2.4 DSA檢查

    CTA檢查完成2周內(nèi)實(shí)施DSA檢查,采用Philips公司的Allura Xper FD20造影儀,病人取平臥位,局部麻醉后用Seldinger技術(shù)進(jìn)行右股動(dòng)脈或右側(cè)橈動(dòng)脈穿刺插管,雙側(cè)冠狀動(dòng)脈造影11。采集雙側(cè)冠狀動(dòng)脈不同體位多角度圖像,選擇充盈效果最好的圖像進(jìn)行分析。

    1.2.5 圖像分析

    圖像質(zhì)量由2名專業(yè)醫(yī)師盲審,對(duì)圖像及各項(xiàng)診斷結(jié)果全面分析,存在分歧時(shí),需通過探討、協(xié)商得到一致性結(jié)論。依據(jù)美國(guó)心臟病協(xié)會(huì)推薦的15節(jié)分段法12將冠狀動(dòng)脈樹分為15個(gè)節(jié)段,并采用Likert 4分制評(píng)分法評(píng)定兩組圖像的左冠狀動(dòng)脈主干(LM)、后降支(PDA)、前降支(LAD)、左回旋支(LCX)、右冠狀動(dòng)脈(RCA)、對(duì)角支(D)、鈍緣支(OM)、銳緣支(AM)。其中,4分表示圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良,無偽影,血管邊界清晰;3分表示圖像質(zhì)量較好,未見明顯的偽影,血管邊界略有模糊;2分表示圖像質(zhì)量一般,有中度偽影,血管邊界模糊明顯;1分表示圖像質(zhì)量較差,偽影明顯,血管顯示不清或血管中斷。其中管腔直徑≤1.5 mm的冠狀動(dòng)脈血管節(jié)段及圖像1分的血管不納入分析。

    1.2.6 冠心病判定

    冠狀動(dòng)脈狹窄程度(%)=(狹窄段近心端正常血管直徑-狹窄段最狹窄處直徑)/狹窄段近心端正常血管直徑×100%。根據(jù)冠狀動(dòng)脈狹窄程度分級(jí)13,冠狀動(dòng)脈狹窄<50%為輕度,冠狀動(dòng)脈狹窄50%~<75%為中度,冠狀動(dòng)脈狹窄75%~<100%為重度,冠狀動(dòng)脈狹窄100%為血管閉塞;其中狹窄程度≥50%為冠心病。

    1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

    采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。符合正態(tài)分布和方差齊性的定量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示,采用t檢驗(yàn);定性資料以例數(shù)、百分比(%)表示,采用χ2檢驗(yàn),若任一理論頻數(shù)(T)<5需對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校正。采用Kappa檢驗(yàn)進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)意義。

    2 結(jié)果

    2.1 病人一般資料(見表1)

    2.2 人工組和AI組圖像后處理結(jié)果及所用時(shí)間比較

    AI組和人工組圖像重建成功率比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05);AI組圖像后處理所用時(shí)間短于人工組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。詳見表2。

    2.3 人工組和AI組獲得圖像質(zhì)量比較

    AI組與人工組冠狀動(dòng)脈各主要分支圖像質(zhì)量評(píng)分比較,差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。詳見表3。

    2.4 人工組和AI組斑塊成分評(píng)估比較

    AI組診斷鈣化斑塊422處,非鈣化斑塊230處,混合斑塊137處;人工組診斷鈣化斑塊427處,非鈣化斑塊226處,混合斑塊141處。兩組斑塊成分評(píng)估比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(χ2=0.106,P=0.948)。

    2.5 人工組和AI組診斷冠心病的臨床價(jià)值分析

    124例疑似冠心病的受檢者檢出冠狀動(dòng)脈節(jié)段理論數(shù)值為1 860個(gè),實(shí)際檢出1 773個(gè)(95.32%),其中滿足進(jìn)一步分析要求的冠狀動(dòng)脈節(jié)段1 726個(gè)(97.35%)。1 726個(gè)冠狀動(dòng)脈節(jié)段中DSA診斷狹窄程度≥50%的節(jié)段共449個(gè),狹窄程度<50%的節(jié)段共1 277個(gè),124例受檢者均伴有中度及以上狹窄,診斷為冠心病。其中AI組診斷狹窄程度≥50%的節(jié)段共432個(gè),狹窄程度<50%的節(jié)段共1 294個(gè),124例受檢者中有120例伴有中度以上狹窄,診斷為冠心??;人工組診斷狹窄程度≥50%的節(jié)段共434個(gè),狹窄程度<50%的節(jié)段共1 292個(gè),124例受檢者中有122例伴有中度以上狹窄,診斷為冠心病。經(jīng)Kappa一致性檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),AI組和人工組診斷冠狀動(dòng)脈中度及以上狹窄與“金標(biāo)準(zhǔn)”一致性高(Kappa值分別為0.905,0.958,P<0.001)。詳見表4。AI組和人工組診斷冠狀動(dòng)脈中度及以上狹窄的敏感度、特異度、準(zhǔn)確度、陽性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值及診斷冠心病準(zhǔn)確率比較,差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。詳見表5。

    3 討論

    冠心病屬于臨床常見的心血管疾病,可引起胸悶、胸痛、乏力、呼吸困難等14,嚴(yán)重威脅病人生命安全。因此,對(duì)疑似冠心病病人給予及時(shí)診治,可提高生活質(zhì)量和存活率。DSA檢查可清晰呈現(xiàn)病人冠狀動(dòng)脈主干及相應(yīng)分支的具體情況15,但檢查有創(chuàng)且應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)較高等,臨床應(yīng)用受限。近年來,冠心病診斷方法多樣,其中冠狀動(dòng)脈CTA因綜合效果甚佳被廣泛應(yīng)用,加之人工智能在影像學(xué)中的研究逐漸增加,使冠狀動(dòng)脈CTA搭載人工智能分析系統(tǒng)的診斷模式逐漸應(yīng)用于臨床16

    冠狀動(dòng)脈CTA是臨床診斷冠心病的無創(chuàng)檢查方法,通過對(duì)心臟部位進(jìn)行連續(xù)多層CT掃描,應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)重建冠狀動(dòng)脈,清晰呈現(xiàn)冠狀動(dòng)脈病變情況,為明確病人冠心病病情及后續(xù)治療方案的制定提供影像學(xué)依據(jù)17。已有研究表明,CTA對(duì)冠心病及其他不良事件均有良好的診斷價(jià)值18-20。冠狀動(dòng)脈CTA具有無創(chuàng)、檢查速度快、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),已廣泛應(yīng)用于臨床21,但該檢查如何高效、準(zhǔn)確地處理圖像是目前臨床亟須解決的一大難題,而人工智能自動(dòng)后處理系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)人工智能自動(dòng)操作并得出相應(yīng)結(jié)果,且結(jié)果準(zhǔn)確性較高。Molenaar等22研究顯示,人工智能后處理分析系統(tǒng)在冠狀動(dòng)脈血流幀數(shù)選擇、血管分割及病變?cè)u(píng)估中表現(xiàn)良好。本研究結(jié)果顯示,AI組和人工組對(duì)斑塊成分評(píng)估比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,兩組診斷冠狀動(dòng)脈狹窄與“金標(biāo)準(zhǔn)”的一致性高,診斷冠狀動(dòng)脈中度及以上狹窄的敏感度、特異度、準(zhǔn)確度、陽性預(yù)測(cè)值、陰性預(yù)測(cè)值及診斷冠心病的準(zhǔn)確率比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,提示人工智能冠狀動(dòng)脈CTA自動(dòng)后處理系統(tǒng)對(duì)冠心病有良好的診斷價(jià)值。Griffin等23研究結(jié)果顯示,人工智能評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈CTA狹窄與“金標(biāo)準(zhǔn)”一致性高。人工智能自動(dòng)后處理系統(tǒng)所得圖像能較好顯示冠狀動(dòng)脈血管形態(tài)特征,圖像選取角度精確,可清晰顯示冠狀動(dòng)脈病變處和狹窄程度24。Wardziak等25研究表明,采用基于CTA的FFR程序分析處理冠狀動(dòng)脈CTA可提高診斷價(jià)值。本研究結(jié)果顯示,AI組圖像后處理時(shí)間少于人工組,且兩組圖像重建成功率和冠狀動(dòng)脈各主要分支圖像質(zhì)量評(píng)分比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義,提示人工智能冠狀動(dòng)脈CTA自動(dòng)后處理系統(tǒng)對(duì)圖像處理的效率更高,且未降低圖像質(zhì)量。Lin等26研究結(jié)果顯示,人工智能可提高心血管成像效率。應(yīng)用人工智能冠狀動(dòng)脈CTA自動(dòng)后處理系統(tǒng),冠狀動(dòng)脈CTA影像傳輸?shù)焦ぷ髡竞螅到y(tǒng)自動(dòng)生成各種后處理圖像交由醫(yī)師確認(rèn),免去醫(yī)師在工作站人工操作,建議臨床將人工智能冠狀動(dòng)脈CTA自動(dòng)后處理系統(tǒng)應(yīng)用于冠心病診斷中,以減輕醫(yī)生的工作量,提高診斷效率。

    綜上所述,將人工智能自動(dòng)后處理分析系統(tǒng)應(yīng)用到對(duì)冠狀動(dòng)脈CTA圖像分析中,與“金標(biāo)準(zhǔn)”和傳統(tǒng)人工后處理比較,其對(duì)冠心病的診斷價(jià)值良好且處理圖像用時(shí)短、圖像質(zhì)量較好,臨床可推廣使用以提高冠心病的診斷效率。本研究存在一定的局限性:所選樣本均確診為冠心病,代表性有限,不能較好地反映疑似者整體情況,故在今后的研究中應(yīng)擴(kuò)大樣本量的選擇,使研究更具代表性。

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    (收稿日期:2023-07-14)

    (本文編輯"薛妮)

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