人工智能早期肺小結(jié)節(jié)篩查在胸部低劑量CT體檢的大樣本數(shù)據(jù)調(diào)查研究

朱紅偉,馬士華,康文杰,趙亞楠,崔 靖,胡政乾,邢 辰,周志強(qiáng),崔銥婕

(1.保定市第二醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像科,河北 保定071000;2.河北省保定市第一醫(yī)院 醫(yī)學(xué)影像科，河北 保定071000; 3.河北省保定慈惠健康體檢門診部，河北 保定071051)

肺結(jié)節(jié)一直是近些年研究的熱點(diǎn)，主要原因之一是部分結(jié)節(jié)可以進(jìn)展為肺癌等惡性腫瘤，威脅患者的生命。近十年，隨著人工智能技術(shù)(artificial intelligence，AI)和醫(yī)學(xué)影像檢查設(shè)備和技術(shù)的不斷更新，肺結(jié)節(jié)檢出率和不同性質(zhì)結(jié)節(jié)的檢出[1-2]逐漸提高。基于AI技術(shù)的肺結(jié)節(jié)分析對(duì)肺結(jié)節(jié)的良惡性[3]、病理分型、醫(yī)師讀片效率都有一定優(yōu)勢(shì)。CT仍是肺結(jié)節(jié)篩查的主要手段，低劑量CT和AI技術(shù)的結(jié)合提高了既肺結(jié)節(jié)的檢出、又降低了輻射劑量，是現(xiàn)代檢查手段中相對(duì)優(yōu)勢(shì)的組合，然而通過(guò)查閱大量文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)此類相關(guān)研究中，主要是針對(duì)肺結(jié)節(jié)性質(zhì)、肺癌診斷率的提高等相關(guān)研究，并未發(fā)現(xiàn)有針對(duì)肺結(jié)節(jié)尤其是10 mm以下結(jié)節(jié)在肺內(nèi)分布特征等的報(bào)道，所以本組研究針對(duì)此點(diǎn)展開討論。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2017年7月至2018年6月某三甲醫(yī)院體檢患者和大型體檢中心經(jīng)胸部CT檢查的病例。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡大于18歲；②非鈣化結(jié)節(jié)。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有任一惡性腫瘤病史；②經(jīng)影像學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)疑似腫瘤或典型惡性腫瘤：③化驗(yàn)室檢查腫瘤標(biāo)記物有異常提示任何腫瘤的可能性；④肺結(jié)核、肺間質(zhì)病變、免疫系統(tǒng)疾病如類風(fēng)濕、結(jié)節(jié)病及紅斑狼瘡等、職業(yè)病如矽肺、塵肺等；⑤嚴(yán)重脊柱及胸廓畸形、胸腔積液及縱膈病變擠壓肺組織等情況影響圖像評(píng)價(jià)。經(jīng)納排標(biāo)準(zhǔn)篩選，共1824例，其中男性893例，女性931例，平均年齡50.24±11.56歲。

1.2 檢查方法

檢查設(shè)備：國(guó)產(chǎn)聯(lián)影40排CT機(jī)、飛利浦128層CT機(jī)。掃描體位：仰臥位，雙手上舉，去除金屬異物，掃描范圍肺尖至肺底部肋膈角水平。掃描條件：據(jù)被檢者體重、體型，管電壓80-120 kV，自動(dòng)毫安秒，輻射劑量0.7-2.6 mSv。層厚/層距1 mm，以標(biāo)準(zhǔn)肺窗(窗寬1600 HU 窗位-600 HU)為基本觀察條件，適當(dāng)調(diào)窗觀察結(jié)節(jié)成分。軟件支持：北京推想科技公司AI肺結(jié)節(jié)篩查軟件。

測(cè)量方法：參照專家共識(shí)[4-5]及金晨望等[6]對(duì)低劑量肺結(jié)節(jié)篩查的質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)，將所有原始數(shù)據(jù)(薄層圖像，標(biāo)準(zhǔn)肺窗，層厚/層距1 mm)以DICOM格式導(dǎo)入AI分析軟件。在此軟件肺窗上測(cè)量結(jié)節(jié)的長(zhǎng)徑、短徑、平均CT值(測(cè)兩次取平均值)、距離胸膜下最短距離、距離胸膜下最長(zhǎng)距離(包含結(jié)節(jié)在內(nèi))，如圖1所示。肺葉分段參照?qǐng)D2所示，并排除支氣管分段變異[7]。

①量距離胸膜下最短/最長(zhǎng)距離，②測(cè)量結(jié)節(jié)的最大長(zhǎng)/短徑，單位mm。

圖2 肺段示意圖

所有數(shù)據(jù)由兩位高年資主治醫(yī)師登記核對(duì)兩遍，意見(jiàn)不一致時(shí)經(jīng)商榷達(dá)成一致。①不同大小肺結(jié)節(jié)的總體特點(diǎn)(標(biāo)注肺段肺葉分布、形態(tài)及性質(zhì))；②肺內(nèi)結(jié)節(jié)的觀察，分別以肺段、肺葉分組。③葉間裂區(qū)或葉間裂旁結(jié)節(jié)位置相對(duì)特殊，分別以肺段、肺葉分組。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

采用SPSS25.0統(tǒng)計(jì)軟件，計(jì)量資料以(均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差)表示，計(jì)數(shù)資料以例(%)表示，多組間比較以卡方檢驗(yàn)，兩組間比較采用t檢驗(yàn)，以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 肺結(jié)節(jié)總體分布和形態(tài)特征

經(jīng)統(tǒng)計(jì)共有肺結(jié)節(jié)3866個(gè)，位于肺實(shí)質(zhì)內(nèi)3585個(gè)，長(zhǎng)/短徑分別為(4.12±1.76、3.34±1.41)mm，結(jié)節(jié)性質(zhì)以實(shí)性為主(79.94%，2866/3585)，亞實(shí)性或磨玻璃結(jié)節(jié)為719個(gè)，距胸膜下最短及最長(zhǎng)距離分別為(10.22±11.42、14.04±11.95)mm；葉間裂旁281個(gè)，長(zhǎng)/短徑分別為(4.54±1.98、3.41±1.42)mm，結(jié)節(jié)性質(zhì)以實(shí)性為主(89.68%，252/281)。10 mm以下結(jié)節(jié)共 3839個(gè)，以 3-5 mm結(jié)節(jié)數(shù)量最多(48.19%，1863/3839)，主要分布左肺上葉S1+2段(9.34%，174/1863)、右肺上葉S1段(8.96%，167/1863)、右肺中葉S5段(8.85%，165/1863)及左肺下葉S9段(9.34%，174/1863)分布為主。3 mm以下結(jié)節(jié)數(shù)量次之(26.93%，1041/3839)，主要分布右肺上葉S1段(10.47%，109/1041)和左肺上葉S1+2段(9.70%，101/1041)。5-8 mm結(jié)節(jié)(22.29%，862/3839)主要分布右肺中葉S5段(10.32%，89/862)和左肺下葉S9段(10.79%，93/862)。8-10 mm結(jié)節(jié)(1.89%，73/3839)主要分布在右肺中葉S5段(9.56%，7/73)及右肺下葉S9段(12.33%，9/73)。10 mm以上結(jié)節(jié)有27個(gè)不做統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 肺葉內(nèi)結(jié)節(jié)分布情況

位于不同肺段的結(jié)節(jié)，除結(jié)節(jié)的性質(zhì)不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，結(jié)節(jié)的數(shù)目、長(zhǎng)/短徑、CT值、距胸膜下最短/長(zhǎng)距離均具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000)。如表1所示：肺結(jié)節(jié)的長(zhǎng)/短徑以右肺S10段和S7段顯著高于其他肺段，為(7.40±1.72、3.62±1.41)mm，以左肺S3段結(jié)節(jié)徑線最小，為(3.69±1.43、2.90±1.12)mm。肺結(jié)節(jié)的CT值以右肺S7段密度顯著高于其他肺段(-116.65±274.31)HU,以右肺S4段密度最低(-311.52±246.69)HU。距胸膜最短/長(zhǎng)距離以雙肺下葉各基底段各值顯著不同于其他肺段，右肺S7段值均顯著高于其他肺段，雙肺S9段、S10段各值較其他肺段小，見(jiàn)表1所示。

表1 不同肺段/肺葉(≤10 mm)肺結(jié)節(jié)相關(guān)參數(shù)

圖3 不同肺段不同區(qū)間肺結(jié)節(jié)分布頻數(shù)表

圖4 不同肺葉各區(qū)間肺結(jié)節(jié)分布頻數(shù)表

以肺葉分組發(fā)現(xiàn)結(jié)節(jié)的數(shù)目、長(zhǎng)/短徑、CT值、距胸膜下最短/長(zhǎng)距離均具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.000)，與上述肺段分組結(jié)果具有一致性。

2.3 肺裂旁結(jié)節(jié)分布情況

葉間裂旁或葉間裂下結(jié)節(jié)是位置相對(duì)特殊的結(jié)節(jié)，以下簡(jiǎn)稱肺裂旁肺結(jié)節(jié)，共281個(gè)，位于右肺S1段1個(gè)，右肺S2段12個(gè)，S3段結(jié)節(jié)9個(gè)；右肺S4段13個(gè)、S5段14個(gè)；右肺S6段16個(gè)，S7段3個(gè)，S8段50個(gè)，S9段3個(gè)，S10段0個(gè)；左肺S1+2段38個(gè)、S3段5個(gè)，S4+5段26個(gè)；左肺S6段35個(gè)，S7+8段53個(gè)，S9段2個(gè)，S10段0個(gè)。以肺段和肺葉分別分組，各組間結(jié)節(jié)長(zhǎng)徑、短徑、成分及CT值不具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值均大于0.05)。

表2 肺內(nèi)結(jié)節(jié)(≤10 mm)不同分組方法F/P值的比較(n=3565)

3 討論

肺部低劑量CT仍是現(xiàn)在胸部篩查腫瘤的主要方法[8-11]。對(duì)于體檢已發(fā)現(xiàn)的肺結(jié)節(jié)，其被發(fā)現(xiàn)前的生長(zhǎng)時(shí)間和結(jié)節(jié)的良惡性是未知的。通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)報(bào)道的數(shù)據(jù)觀察，AI技術(shù)應(yīng)用之前，從國(guó)際到國(guó)內(nèi)由于結(jié)節(jié)閾值大小的設(shè)置、不同層厚的選擇和掃描參數(shù)的設(shè)置使得肺結(jié)節(jié)的檢出率[12-14]各不相同，AI技術(shù)應(yīng)用之后肺結(jié)節(jié)檢出率在不同應(yīng)用方式下逐步提高。在肺結(jié)節(jié)新的研究方向中，MRI也取得了一定的研究成果[15]。

關(guān)于肺結(jié)節(jié)大小的討論和處理方法，2018年肺結(jié)節(jié)診治中國(guó)專家共識(shí)[4]中將5 mm以下結(jié)節(jié)定義為微小結(jié)節(jié)，5-10 mm結(jié)節(jié)定義為小結(jié)節(jié)。5 mm以下結(jié)節(jié)尤其是3 mm以下肉眼檢出率[12]是比較低的，這是多數(shù)專家學(xué)者達(dá)成一致的共識(shí)。本組研究中微小結(jié)節(jié)分布以右肺上葉尖段、左肺上葉尖后段為主，而5-8 mm結(jié)節(jié)主要分布在右肺中葉外側(cè)段及左肺下葉外基底段，8-10 mm結(jié)節(jié)主要分布在右肺中葉外側(cè)段、右肺下葉外基底段和左肺下葉內(nèi)前基底段；從各肺葉分布情況也可觀察到3 mm以下結(jié)節(jié)以上葉為主，3-5 mm結(jié)節(jié)分布以上下葉為主，而5-8 mm結(jié)節(jié)以兩肺下葉為主，所以10 mm以下肺結(jié)節(jié)呈現(xiàn)出隨結(jié)節(jié)由小到大解剖位置逐漸由上葉向下葉分布的特點(diǎn)。

在對(duì)肺結(jié)節(jié)具體分布細(xì)節(jié)和特征的觀察中，將其分為肺內(nèi)結(jié)節(jié)及葉間裂旁兩種位置，胸膜下結(jié)節(jié)歸入肺內(nèi)結(jié)節(jié)。肺結(jié)節(jié)常見(jiàn)的形態(tài)可分為橢圓形、圓形，多數(shù)結(jié)節(jié)與參考文獻(xiàn)報(bào)道一致，本組對(duì)此點(diǎn)不做過(guò)多討論。在觀察肺內(nèi)結(jié)節(jié)大小的分布時(shí)發(fā)現(xiàn)，在單-肺葉內(nèi)位置靠近遠(yuǎn)心端比近心端相對(duì)大些，這在兩肺下葉表現(xiàn)顯著；而在肺葉之間也表現(xiàn)為下葉上葉結(jié)節(jié)徑線較大些。距離胸膜下最短和最長(zhǎng)距離對(duì)于肺結(jié)節(jié)的評(píng)價(jià)是一種比較客觀的方法，本組肺結(jié)節(jié)呈現(xiàn)出較大結(jié)節(jié)多位于肺下葉，且位置越接近胸膜下。這種肺結(jié)節(jié)的分布特點(diǎn)可能與肺的解剖和血液循環(huán)有一定關(guān)系，肺部是人體解剖對(duì)比最佳的器官，由支氣管動(dòng)脈和肺動(dòng)脈供血，其血管分布類似樹枝狀，靠近肺外帶血管分布稀疏，血液、血氧飽和度等相對(duì)降低減少，攜氧能力降低，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的減少結(jié)節(jié)的生長(zhǎng)速度也會(huì)減慢。在劉齋[16]等的研究中得出成人肺部各葉肺體積下葉體積較上葉體積大，其觀點(diǎn)也間接支持本組研究的結(jié)論。肺裂或葉間裂旁肺結(jié)節(jié)以實(shí)性為主89.7%(252/281)，形態(tài)多呈條形或三角形，與周瑩等[17]的研究結(jié)果相近。在對(duì)此類結(jié)節(jié)的觀察中，其分布特點(diǎn)則明顯不具有肺內(nèi)結(jié)節(jié)的上述分布特點(diǎn)，理論推測(cè)可能與葉間裂周圍血液分布較少的緣故。

綜上分析，可以看出肺段和肺葉在觀察肺結(jié)節(jié)分布特點(diǎn)上有重要意義，尤其是肺段。在臨床應(yīng)用中，胸腔鏡進(jìn)行三維可視化肺段乃至亞肺段定位[18-19]切除病變肺組織應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛。在以肺段或亞肺段為基本單位，并結(jié)合不斷發(fā)展的AI技術(shù)，使研究者對(duì)肺結(jié)節(jié)的定位更加精確，更接近人體解剖狀態(tài)。隨著后處理技術(shù)的發(fā)展，對(duì)肺組織的容積測(cè)定可以客觀的得出各肺葉的容積數(shù)據(jù)，但對(duì)于各個(gè)肺段及亞肺段的容積數(shù)據(jù)還具有一定局限性。

本文不足之處：對(duì)于肺結(jié)節(jié)的分布和大小形態(tài)在肺亞段水平分布上是否具有差異性，基于現(xiàn)有AI技術(shù)的條件限制，有待進(jìn)一步證實(shí)。對(duì)于AI數(shù)據(jù)的人工識(shí)別是一項(xiàng)比較繁重的工作，兩位高年資醫(yī)師在識(shí)別過(guò)程中可能會(huì)造成人工誤差；再者對(duì)肺段解剖變異和支氣管變異的認(rèn)知程度不一樣也可能會(huì)導(dǎo)致結(jié)節(jié)位置的誤判，目前對(duì)肺段的以個(gè)案報(bào)道[20-21]為主，還沒(méi)有一個(gè)相對(duì)更新的專家共識(shí)。經(jīng)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)右肺中葉內(nèi)側(cè)段肺結(jié)節(jié)數(shù)量較少及對(duì)上下舌段結(jié)節(jié)進(jìn)行合并統(tǒng)一觀察，也可能會(huì)對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果造成一定的影響。針對(duì)上述不足之處，將在今后的工作中繼續(xù)深入研究。

作者簡(jiǎn)介：朱紅偉，女，副主任醫(yī)師，主要從事胸部及血管疾病的影像診斷。