AI对肺占位性病变的诊断价值及影像特征分析

第59卷 第4期2023年08月
青岛大学学报(医学版)
J O U R N A LO FQ I N G D A O U N I V E R S I T Y (M E D I C A LS C I E N C E S
)V o l .59,N o .4A u g
u s t 2023[收稿日期]2023-02-26; [修订日期]2023-05-06[基金项目]山东省自然科学基金资助项目(Z R 2020MH 234)[第一作者]纪敬斌(1996-),男,硕士研究生㊂[通信作者]矫文捷(1969-),男,博士,主任医师,硕士生导师㊂E -m a i l :j i a o w j @q d u h o s p
i t a l .c n ㊂A I 对肺占位性病变的诊断价值及影像特征分析
纪敬斌,张宸瑜,彭垒,矫文捷
(青岛大学附属医院胸外科,山东青岛 266003
)[摘要] 目的 探讨深睿医疗人工智能医学影像辅助诊断系统(A I 系统)
对肺占位性病变两种不同扫描层间距下获得的胸部C T 图像的诊断价值,及C T 影像学特征和病变大小对A I 系统诊断准确度的影响㊂方法 选择于我院胸外科行手术且术后有明确病理结果的肺占位性病变病人821例,按胸部C T 扫描层间距不同分为厚层C T 组(扫描层间距ȡ3mm )和薄层C T 组(扫描层间距<3mm )㊂以病理诊断结果为金标准,对A I 系统在两种厚度C T 影像资料的诊断准确率进行评价,并分析两种不同扫描层间距下C T 影像学特征和病变大小对A I 系统诊断准
确度的影响㊂结果 A I 系统诊断不同扫描层间距肺占位性病变C T 影像资料的灵敏度㊁特异度㊁阳性预测值和符合率均较高(全部>90%),接受者操作特征(R O C )曲线下面积(A U C )>0.90㊂有无胸膜牵拉在两种扫描层间距C T 图像上均会影响A I 系统的诊断准确度,而肺部病变的长径㊁短径㊁边缘是否清晰㊁有无分叶会影响A I 系统对厚
层C T 图像的诊断准确度(χ2=4.747~123.691,P <0.001)㊂A I 系统对厚层C T 图像不同大小肿瘤诊断准确度差异有显著性(Z =-4.237,P <0.05)㊂结论 深睿医疗A I 系统对两种不同扫描层间距C T 图像上肺占位性病变均有较高的诊断价值,对扫描层间距<3mm 的薄层C T 的诊断准确度更高,
但人工阅片仍不可取代㊂[关键词] 人工智能;胸部;体层摄影术,X 线计算机;
肺结节;肺疾病[中图分类号] R 816.41 [文献标志码] A [文章编号] 2096-5532(2023)04-0564-04d o i :10.11712/j m s .2096-5532.2023.59.134[开放科学(资源服务)标识码(O S I D )
][网络出版] h t t p
s ://l i n k .c n k i .n e t /u r l i d /37.1517.R.20230926.1407.001;2023-09-27 09:48:54
D I A G N O S T I CV A L U
E A N D I M A G E
F E A T U R E A N A L Y S I S O F A II N L U N
G S P A C E -O C C U P Y I N G L E S I O N S J I J i n g
b i n ,Z HA N GC h e n y u ,P E N GL e i ,J I A O W e n j i e (D e p a r t m e n t o fT h o r a
c i c S u r g e r y ,T h eA f f i l i a t e dH o s p i t a l o fQ i n g
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d a o 266003,C h i n a )[A B S T R A C T ] O b j
e c t i v e T oa n a l y z ea n de v a l u a t e t h ed i a g n o s t i cv a l u eo fD e e p w i s e M e d i c a lA r t i
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g e n c e M e d i c a l I m a g e -a s s i s t e dD i a g n o s i s S y s t e m (A I s y s t e m )f o r c
h e s t c o m p u t e d t o m o g r a p h y (C T )
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l a y e r s p a c i n g s f o r l u n g s p a c e -o c c u p y i n g l e s i o n s ,a n d t o e x p l o r e t h e i n f l u e n c e o f C T i m a g i n g f e a t u r e s a n d l e s i o n s i z e o n t h e d i a g n o s t i c a c c u r a c y o f t h eA I s y s t e m. M e t h o d s At o t a l o f 821p a t i e n t sw i t h l u n g s p a c e -o c c u p y i n g l e s i o n sw h o u n d e r w e n t s u r g e r y i n t h eD e -p a r t m e n t o fT h o r a c i c S u r g e r y o f o u r h o s p i t a l a n dh a d d e f i n i t e p o s t o p e r a t i v e p a t h o l o g
i c a l r e s u l t sw e r e s e l e c t e d a n d d i v i d e d i n t o t h i c k l a y e rC T g r o u p (s c a n n i n g l a y e r s p a c i n g ȡ3mm )a n d t h i n l a y e rC T g r o u p (s c a n n i n g l a y e r s p a c i n g <3mm )a c c o r d i n g t od i f f e r e n t l a y e r s p a c i n g s o f c h e s t C Ts c a n .T a k i n g p a t h o l o g i c a l d i a g n o s i s r e s u l t s a s t h e g o l d s t a n d a r d ,t h e d i a g n o s t i c a c c u r a c y o f t h eA I s y s t e m f o rC T i m a g e d a t a o b t a i n e d f r o mt w o k i n d s o f t h i c k n e s sw a s e v a l u a t e d ,a n d t h e e f f e c t s o f C T i m a g i n g f e a t u r e s a n d l e s i o n s i z e o n t h e d i a g n o s t i c a c c u r a c y o f t h eA I s y s t e m w e r ea n a l y z e du n d e r t w od i f f e r e n t s c a n n i n g l a y e r s p a c i n g s . R e s u l t s T h eA I s y s t e m h a d h i g h s e n s i t i v i t y ,s p e c i f i c i t y ,p o s i t i v e p r e d i c t i v e v a l u e ,a n d c o i n c i d e n c e r a t e i n d i a g n o s i n g C T i m a g e d a t a o f l u n g s p a c e -o c c u p y i n g
l e -s i o n s a t d i f f e r e n t s c a n n i n g l a y e r s p a c i n g s (a l l>90%).T h ea r e au n d e r t h e r e c e i v e ro p e r a t i n g c h a r a c t e r i s t i c c u r v ew a so v e r0.90.T h e p r e s e n c e o r a b s e n c e o f p l e u r a l t r a c t i o n a f f e c t e d t h e d i a g n o s t i c a c c u r a c y o f t h eA I s y s t e mf o r C T i m a g
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f f e r e n t l a y e r s p a c i n
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h
i l e t h e l o n g d i a m e t e r ,s h o r t d i a m e t e r ,w h e t h e r t h e e d g e i s c l e a r ,a n dw h e t h e r l u n g l e s i o n s a r e l o b e d a f f e c t e d t h e d i a g n o s t i c a c c u r a c y o f t h eA I s y s t e mf o r t h i c k -l a y e rC T i m a g e s (χ2=4.747-123.691,P <0.001).F o r t h i c k -l a y e rC T i m a g e s ,t h e d i a g n o s t i c a c c u r a c y o f t h eA I s y s t e m w a s s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t a m o n g t u m o r s o f d i f f e r e n t s i z e s (Z =-4.237,P <0.05). C o n c l u -s i o n D e e p w i s eM e d i c a lA I S y s t e mh a s ah i g hd i a g n o s t i c v a l u e f o r l u n g s p a c e -o c c u p y i n g l e s i o n s o nC T i m a g
e s o b t a i n e d a t t w od i
f -f e r e n t s c a n n i n
g l a y e r s p a c i n g s a n d a
h
i g h e r d i a g n o s t i c a c c u r a c y f o r t h i n -l a y e rC T i m a g e s o b t a i n e d a t a s c a n n i n g l a y e r s p a c i n g o f<3mm ,b u tm a n u a l f i l mr e a d i n g i s s t i l l i r r e p
l a c e a b l e .[K E Y W O R D S ] a r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c e ;t h o r a x ;t o m o g r a p h y ,X -r a y c o m p u t e d ;p u l m o n a r y n o d u l e s ;l u n g d
i s e a s e s 近年来,随着人工智能(A I
)的快速发展,其在辅助医师对肺部病变(包含肺结节及包块等)的C T 结果作出影像学诊断方面得到了广泛的认可和应
用[1-2]
㊂多项研究显示,A I
在提高肺部病变诊断效Copyright ©博看网. All Rights Reserved.
4期纪敬斌,等.A I对肺占位性病变的诊断价值及影像特征分析565
率㊁降低肺部病变漏诊误诊率及改善肺部病变诊断性能等多个方面展示出了较为明显的应用前景[3-7]㊂2022年首次发表的A I在肺结节诊治中的应用专家
共识指出,A I在肺结节识别㊁良恶性鉴别诊断和病理分型预测等方面均有重要价值,对实现手术前肺癌及亚型精准诊断和提高手术成功率具有重要意义[8]㊂然而,目前A I对部分亚实性结节等多类结节诊断的假阴性率较高,其准确度也低于人工,仍需要人工阅片以减少漏诊和提升准确度㊂本文使用目前广泛应用于临床的深睿医疗A I医学影像辅助诊断系统(A I系统),对肺占位性病变病人不同扫描层间距的胸部C T影像资料进行回顾性分析,旨在分析及评价A I系统在两种不同扫描层间距C T检查图像上对肺占位性病变的诊断价值,探讨C T影像学特征和病变大小对A I系统诊断准确度的影响㊂1资料与方法
1.1研究对象
回顾性分析2021年6月 2022年3月就诊于我院胸外科的821例肺占位性病变病人临床资料㊂根据病人术前最后一次C T检查影像片的扫描层间距分为厚层C T(ȡ3mm)和薄层C T(<3mm)㊂所有入组病人均有可供A I分析的厚层C T影像资料,808例病人有可供A I系统分析的薄层C T影像资料㊂病人纳入标准:①进行手术治疗并于术中取得病理学标本,有对应病灶明确的病理诊断结果;
②术前1周内进行过胸部C T检查,若进行过多种或多次检查则以术前最后一次检查方式和检查结果为准;③影像学资料提供了C T影像学特征,可导入A I系统进行诊断分析㊂本文研究获得青岛大学附属医院医学伦理委员会批准(I R B#Q Y F YW Z L L 27703)㊂
1.2研究方法
1.2.1仪器与方法检查设备为S i e m e n sS OMA-T OM D e f i n i t i o nF l a s hC T机,检查时病人取仰卧位且头先进,扫描范围自胸廓入口到肺底部㊂扫描参数:管电压120k V,管电流200~300m A,层厚1mm㊂注射对比剂为碘海醇(350g/L)50m L,注射流量3.5m L/s㊂注射对比剂后,启用对比剂团注跟踪技术,采集注入对比剂后60s的图像㊂1.2.2 C T影像数据分析由两位有10年以上工作经验的放射科医师对所有病人胸部C T资料进行分析,意见不同时再与一名有15年以上工作经验的放射科医师讨论后得出最终影像学诊断结果㊂病人肺部有多个病变或结节影时,对手术切除的主要病变进行分析并记录多发结节影位置和大小㊂C T资料中部分影像学特征不明的样本,从对应影像学特征的分析中排除㊂主要观察的影像学指标如下㊂①大小:测量病变的长径及短径;②单发或多发:病变有无单侧肺部或双侧肺部的多发结节影;③边界:病变的边缘是否清楚;④胸膜牵拉:病变有无胸膜牵拉现象;⑤其他:病变有无毛刺㊁分叶现象㊂
1.2.3 A I系统诊断准确度的判定将病人术前所进行的最后一次C T检查图像导入A I系统,以A I 系统自动判断结节的危险度分为良性病变及恶性病变㊂以病人术中送检标本的病理诊断结果为金标准,与A I系统的诊断结果进行比较㊂判定标准为:①若病理诊断结果为良性病变,A I系统在对应扫描层间距的C T图像上发现该病变并诊断为良性病变,则认定A I系统判定正确;未发现该病变或诊断为恶性病变,则认定A I系统判定错误;②若病理诊断结果为恶性病变,A I系统在对应扫描层间距的C T图像上发现该病变并诊断为恶性病变,则认定为A I系统判定正确;未发现该病变或诊断为良性病变,则认为A I系统判定错误㊂
1.3统计学方法
使用S P S S26.0软件进行统计学分析㊂绘制接受者操作特征(R O C)曲线,并计算灵敏度㊁特异度㊁阳性预测值㊁阴性预测值,以评价A I系统的诊断价值㊂所有计量资料以 xʃs表示,两组间比较采用t 检验;等级资料比较采用M a n n-W h i t n e y U检验,计数资料比较采用χ2检验㊂P<0.05表示差异有统计学意义㊂
2结果
2.1 A I系统对不同扫描层间距肺占位性病变的诊断价值
以病理诊断结果为金标准,A I系统诊断厚层C T组肺占位性病变的灵敏度为92.4%(744/805),特异度为93.8%(15/16),阳性预测值为99.9% (744/745),阴性预测值为19.7%(15/76),符合率为92.4%(759/821),R O C曲线下面积(A U C)为0.931 (95%C I=0.854~1.000,P<0.001);A I系统诊断薄层C T组肺占位性病变的灵敏度为94.1%(746/ 793),诊断特异度为100.0%(15/15),阳性预测值为100.0%(746/746),阴性预测值为24.2%(15/62),
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青 岛 大 学 学 报 (医 学 版)
59卷
符合率为94.2%(761/808),R O C 曲线A U C0.970(95%C I =0.957~0.983,P <0.001)㊂见表1㊁2㊂
表1 A I 系统对厚层C T 组肺占位性病变的诊断价值
A I 系统诊断结果
病理诊断结果
恶性病变良性病变合计恶性病变
744
1
745良性病变611576总计
805
16
821
表2 A I 系统对薄层C T 组肺占位性病变的诊断价值
A I 系统诊断结果
病理诊断结果
恶性病变良性病变合计恶性病变
746
746
良性病变471562合计
793
15
808
2.2 A I 系统诊断准确度与C T 影像学特征关系
A I 系统对厚层C T 的影像学诊断结果显示,肺部病变的多项C T 影像学特征,
包括病变的长径㊁短径㊁边缘是否清晰㊁有无胸膜牵拉㊁有无分叶,对A I
系统诊断准确度影响差异有显著意义(χ2=4.747~
123.691,P <0.05);A I 系统对薄层C T 的影像学诊
断结果显示,肺部病变有无胸膜牵拉对A I 系统诊
断准确度影响差异均具有统计学意义(χ2=4.031,P <0.05
)㊂见表3㊂2.3 C T 上不同大小肺占位性病变A I 系统诊断准确度的比较
本研究肺部病变C T 影像上的长径为5.0~
130.1mm ,平均(19.8ʃ12.7)mm ㊂结合临床和影
像学判断标准,将肺部病变按长径分为5.0~8.0㊁8.1~20.0㊁20.1~30.0和>30.0mm 共4组㊂A I 系统基于厚层C T 对不同大小肺占位性病变的诊断准确度差异有显著性(Z =-4.237,P <0.001),A I 系统基于薄层C T 对不同大小肺占位性病变诊断准确
度差异无显著性(Z =-0.877,P >0.05
)㊂见表4㊂表3 A I 系统诊断准确度与C T 影像学特征关系
组别长径
例(χ/%)平均值(l /mm , x ʃ
s )短径
例(
χ/%)平均值(l /mm , x ʃ
s )多发结节影(例(
χ/%))有
无厚层C T 片821
19.8ʃ12.7746
15.1ʃ9.0706
114
A I 判定正确759(92.4)20.3ʃ13.2691(92.6)20.3ʃ13.2653(92.5)105(92.1) A I 判定错误 62(7.6
)
*13.7ʃ7.3 55(7.4
)
*13.7ʃ7.353(7.5
) 9(7.9
)薄层C T 片808 19.6ʃ12.6736 15.0ʃ9.1695 112 A I 判定正确761(94.2)19.6ʃ12.3691(93.9)15.0ʃ8.6655(94.2)105(93.8
) A I 判定错误47(5.8)20.5ʃ17.8
45(6.1
)16.1ʃ14.0
40(5.8) 7(6.3) 组别边缘(例(
χ/%))清楚
不清
胸膜牵拉(例(χ/%))有
无毛刺(例(
χ/%))有
无
分叶(例(
χ/%))有
无
厚层C T 片203
211
236
585
110
710
630
191
A I 判定正确192(94.6)187(88.6)228(96.6)531(90.8)100(91.0)658(92.7)618(98.1)141(73.8) A I 判定错误 11(5.4
)*24(11.4
) 8(3.4
)*54(9.2
)10(9.1
)52(7.3
) 12(1.9
)*50(26.2
)薄层C T 片197 207 223 585 111 697 189 619 A I 判定正确188(95.4)195(94.2)216(96.9
)545(93.2)109(98.2)652(93.5)182(96.3)579(93.5) A I 判定错误
9(4.6
)12(5.8) 7(3.1
)*40(6.8) 2(1.8)45(6.5) 7(3.7
)40(6.5) 与A I 判定正确比较,*χ2
=4.031~123.691,P <0.05㊂
表4 A I 系统对胸部C T 不同大小肺占位性病变诊断准确度比较(l /m m , x ʃ
s ) 组别n
5.0~8.0mm 例(χ/%)平均值
8.1~20.0mm
例(χ/%)平均值
20.1~30.0mm
例(χ/%)平均值
>30.0mm 例(χ/%)平均值
厚层C T 片82171(8.6
)6.9ʃ0.9455(55.4
)13.7ʃ3.4181(22.0
)24.5ʃ2.8114(13.9
)43.8ʃ15.4 A I 判定正确75955(77.5)7.1ʃ0.9422(92.7)13.8ʃ3.4169(93.4)24.5ʃ2.8113(99.1)43.9ʃ15.5 A I 判定错误62
16(22.5)6.4ʃ0.933(7.3)12.6ʃ3.312(6.6)24.3ʃ2.9 1(0.9)38.0ʃ0.0薄层C T 片80870(8.7)7.0ʃ0.9451(55.8)13.7ʃ3.4178(22.0)24.4ʃ2.7109(13.5)43.9ʃ15.5 A I 判定正确76164(91.4)7.0ʃ0.9425(94.2)13.8ʃ3.4168(94.4)24.5ʃ2.8104(95.4)43.3ʃ14.3 A I 判定错误
476(8.6
)6.0ʃ1.2
26(5.8
)12.6ʃ2.7
10(5.6
)23.7ʃ2.8
5(4.6
)60.0ʃ28.0
3 讨 论
结合2022年版A I 在肺结节诊治中的应用专
家共识[8]
及近年来相关研究结果,A I 系统在临床中
可以根据影像学相关资料快速鉴别肺占位性病变(尤其是肺结节病变)良恶性[8-10]
㊂然而,在病理诊
断为恶性肿瘤的肺部病变中,A I 系统对其恶性程度
诊断存在缺陷㊂有研究显示,对良性病变尤其是表
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4期纪敬斌,等.A I对肺占位性病变的诊断价值及影像特征分析567
现为亚实性结节等几种特定影像学表现的病变,A I 系统诊断的假阳性率较高,需要人工阅片进行进一步的确诊[8,11]㊂本研究对我院手术治疗的821例肺部疾病病人C T影像学资料,使用目前广泛应用于临床的深睿医疗A I系统进行回顾性分析㊂结果显示,A I系统诊断两种不同扫描层间距肺占位性病变C T影像资料的灵敏度㊁特异度㊁阳性预测值和符合率均超过90%,A U C均超过0.95㊂本文研究结果高于目前该类研究结果[10,12],显示出了较高的应用价值㊂本文结果还显示,A I系统对薄层C T组的诊断效果略优于厚层C T组㊂然而,两组的阴性预测值均较低,这可能是因为本文研究病人均为在胸外科行手术治疗的病人,恶性病变所占比例较高㊂基于上述研究结果,A I系统对影像科医生的工作具有较强的辅助作用,但人工阅片仍然是对肺占位性病变良恶性鉴别不可缺少的一部分㊂当A I系统报告肺占位性病变为 高危 时,该病变应引起足够的重视;当A I系统报告肺占位性病变为 低危 时,仍需影像科医生进行人工阅片以减少漏诊㊂
本文对A I系统诊断准确度与C T影像学特征的关系分析显示,A I系统的诊断准确度在厚层C T 和薄层C T图像上有一定的差异,有无胸膜牵拉在两种厚度的C T图像中均会影响A I系统诊断准确度;而肺部病变长短径㊁边缘清晰度和有无分叶现象等因素则只在A I系统对厚层C T图像的诊断中会产生影响,对薄层C T图像A I系统诊断无明显影响㊂肿瘤的大小是决定肿瘤分期和处理方式最重要的因素之一㊂在C T影像学范畴内,肿瘤的长径㊁短径和体积均可以作为影像学上判定肿瘤大小的依据㊂而在临床中对肿瘤大小作出判定通常是根据肿瘤的长径㊂本文研究结合临床和C T影像学判断标准,将肺部病变根据长径不同分为4组,A I系统对4组厚层C T图像的诊断准确度差异有显著性,而对4组薄层C T图像的诊断准确度差异无显著性㊂
本研究存在以下局限性:①该研究是一项单中心的回顾性研究,本研究取得的C T影像学资料存在一定的滞后性,研究结果可能产生数据偏移;②本研究以病变最终的病理诊断结果作为金标准,纳入研究的结节均为术后病理诊断的肺占位性病变㊂由于临床上对长径<5mm肺占位性病变的处理原则通常为优先进行观察而非手术或取活组织检查,故本研究无法评估A I系统对长径<5mm肺占位性病变的诊断准确度㊂
综上所述,A I系统评估不同扫描层间距肺占位性病变影像资料的灵敏度㊁特异度㊁阳性预测值㊁符合率和A U C均较高,病灶有无毛刺及分叶在各种扫描层间距的C T片中均会影响A I系统的诊断准确度;A I系统对扫描层间距ȡ3mm的厚层C T片上不同大小的肿瘤诊断准确度差异有显著性,而对扫描层间距<3mm薄层C T片诊断结果差异无显著性㊂以后的研究中,应在多个使用深睿医疗A I 系统的医院收集更多样本,进一步验证A I系统对C T影像诊断的准确度㊂
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