新型智能產(chǎn)前超聲技術SFA自動識別與獲取胎兒標準切面

郭文佳，羅丹丹，徐 薈，劉瑜煊，何鴻麗，譚惠敏，李勝利

(南方醫(yī)科大學附屬深圳婦幼保健院超聲科，廣東 深圳 518028)

產(chǎn)前超聲在評估胎兒生長狀況和診斷、治療其疾病等方面具有重要作用[1-2]，但因胎兒在母體內位置多變、姿勢各異，導致獲取標準切面圖像常需耗費較長時間。近年來，人工智能(artificial intelligence, AI)逐漸用于產(chǎn)前超聲領域[3-6]，以提高產(chǎn)前超聲切面的標準化程度[7]；利用新型智能產(chǎn)前超聲技術SFA(smart fetus advanced)可自動識別與獲取14個胎兒產(chǎn)前超聲標準切面。本研究觀察SFA自動識別與獲取14個胎兒標準切面的臨床價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入2022年2月—5月1 127名于深圳市婦幼保健院接受產(chǎn)前超聲檢查的孕婦，年齡19～46歲、中位年齡31.0歲，孕周16～40+6周、中位孕周30+4周。納入標準：①單胎妊娠，≥16孕周；②常規(guī)產(chǎn)前檢查無異常。排除伴糖尿病、高血壓等基礎疾病者。

1.2 儀器與方法 采用配備SFA模塊的開立S60plus型、S60型超聲診斷儀，頻率2.0～9.0 MHz腹部容積探頭VC2-9(中心頻率3.8 MHz)及頻率1.0～6.0 MHz的腹部凸陣探頭C1-6(中心頻率3.2 MHz)。囑孕婦仰臥，由2名住院醫(yī)師及1名主治醫(yī)師根據(jù)《超聲產(chǎn)前篩查指南》[8]標準進行掃查。

1.2.1 掃查切面 根據(jù)胎齡將胎兒分為3組：A組16～27+6周，234胎；B組28～35+6周，456胎；C組36～40+6周，437胎。按照胎齡所需觀察的胎兒結構設定各組目標標準切面：①A組14個切面，包括經(jīng)丘腦橫切面、經(jīng)側腦室橫切面、經(jīng)小腦橫切面、雙眼球橫切面、鼻唇冠狀切面、顏面部正中矢狀切面、頸胸段脊柱矢狀切面、腰骶尾部脊柱矢狀切面、四腔心切面、腹圍橫切面、臍帶腹壁入口切面、雙腎水平橫切面、膀胱水平橫切面及股骨長軸切面；②B組11個切面，包括經(jīng)丘腦橫切面、經(jīng)側腦室橫切面、經(jīng)小腦橫切面、頸胸段脊柱矢狀切面、腰骶尾部脊柱矢狀切面、四腔心切面、腹圍橫切面、臍帶腹壁入口切面、雙腎水平橫切面、膀胱水平橫切面及股骨長軸切面；③C組3個切面，即經(jīng)丘腦橫切面、腹圍橫切面及股骨長軸切面。

1.2.2 記錄獲取目標切面時間 分別以SFA和傳統(tǒng)超聲技術獲取目標切面，記錄其所用時間。操作醫(yī)師按隨機號安排掃查順序：順序1為先SFA后傳統(tǒng)超聲；順序2為先傳統(tǒng)超聲后SFA。自從準備獲取標準切面開始計時，逐個獲取目標標準切面(包括測量生長參數(shù)、胎盤厚度及羊水指數(shù))，至最后1個切面存儲完成時停止計時；如因胎兒體位關系無法一次性完成檢查，則暫停計時，待胎兒體位適宜后繼續(xù)檢查并計時，記錄累積所用時間。

1.2.3 質量控制 采用產(chǎn)前超聲AI智慧云平臺對圖像進行質量控制分析，平臺自動按切面對上傳圖像分類，并進行內部結構檢測及評分[9]，≥60分判定為合格，<60分為不合格。

1.3 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 23.0統(tǒng)計分析軟件。以χ2檢驗或Fisher精確概率法比較2種技術獲取圖像成功率(實際獲取圖像數(shù)/應獲取圖像數(shù)×100%，)、圖像合格率(合格圖像數(shù)/實際獲取圖像數(shù)×100%)；以相關樣本W(wǎng)ilcoxon帶符號秩檢驗比較2種技術獲取標準切面所用時間差異。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

各目標切面應獲取圖像數(shù)目如下：經(jīng)丘腦橫切面、腹圍橫切面及股骨長軸切面各1 127幅(A組+B組+C組)，經(jīng)側腦室橫切面、經(jīng)小腦橫切面、頸胸段脊柱矢狀切面、腰骶尾部脊柱矢狀切面、四腔心切面、臍帶腹壁入口切面、雙腎水平橫切面及膀胱水平橫切面各690幅(A組+B組)，雙眼球橫切面、鼻唇冠狀切面及顏面部正中矢狀切面各234幅(A組)。見圖1。

圖1 SFA自動獲取的胎兒標準切面 A.經(jīng)丘腦橫切面；B.經(jīng)側腦室橫切面；C.經(jīng)小腦橫切面；D.雙眼球橫切面；E.鼻唇冠狀切面；F.顏面部正中矢狀切面；G.頸胸段脊柱矢狀切面；H.腰骶尾部脊柱矢狀切面；I.四腔心切面；J.腹圍橫切面；K.臍帶腹壁入口切面；L.雙腎水平橫切面；M.膀胱水平橫切面；N.股骨長軸切面

2.1 獲取標準切面成功率及合格率比較 SFA獲取各標準切面成功率為92.17%(636/690)～100%(1 127/1 127)，傳統(tǒng)超聲為94.64%(653/690)～100%(1 127/1 127)。SFA獲取經(jīng)丘腦橫切面(P=0.002)、經(jīng)側腦室橫切面(χ2=10.365，P=0.001)、四腔心切面(χ2=10.065，P=0.002)、臍帶腹壁入口(χ2=34.732，P<0.001)、雙腎水平橫切面(χ2=16.058，P<0.001)的成功率均低于傳統(tǒng)超聲技術，二者獲取其余標準切面成功率差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)，見表1。

SFA獲取標準切面合格率為93.40%(594/636)～99.82%(1 125/1 127)，傳統(tǒng)超聲為90.92%(621/683)～100%(662/662)。SFA所獲經(jīng)側腦室橫切面(χ2=10.229，P=0.001)、四腔心切面(χ2=4.719，P=0.030)及腹圍橫切面(χ2=4.446，P=0.035)合格率均高于傳統(tǒng)超聲技術，所獲膀胱水平橫切面(χ2=9.909，P=0.002)合格率低于傳統(tǒng)超聲技術；2種技術所獲其余各切面合格率差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)。見表1。

表1 SFA與傳統(tǒng)超聲技術獲取胎兒各切面的成功率及圖像合格率

2.2 獲取標準切面用時 SFA獲取A、B、C組標準切面用時均少于傳統(tǒng)超聲(P均<0.01)。見表2。

表2 SFA與傳統(tǒng)超聲技術獲取不同胎齡胎兒標準切面用時比較

3 討論

AI技術現(xiàn)已逐漸用于產(chǎn)前超聲，并取得較好效果[10]。BAUMGARTNER等[11]基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡，自保存的胎兒動、靜態(tài)聲像圖中提取完成13個標準切面，并識別其內結構。Biometry AssistTMAI(Samsung)實現(xiàn)了停幀后自動識別胎兒多個切面聲像圖[12]。LUO等[13]應用開立超聲S-Fetus技術從實時動態(tài)視頻中自動識別與獲取3個胎兒標準切面。本研究應用SFA技術，在開立S-Fetus技術基礎上自動識別與獲取胎兒14個標準切面。

SFA技術可實時、逐幀分析動態(tài)視頻，當其識別到某一標準切面的所有關鍵解剖結構特征時，即將此幀分類儲存至相應切面目錄下，同時在屏幕左下角以彩色條帶標示該圖像的質量評分；醫(yī)師可重復掃查低分切面，SFA全程自動實施高分替換并留存更高質量的切面，以實現(xiàn)實時圖像質量控制，無需按鍵，超聲醫(yī)師只需用探頭尋找標準切面，由SFA負責評估、獲取切面并保留最優(yōu)切面。

3.1 SFA標準切面獲取成功率及圖像合格率 本研究以SFA獲取14個切面的成功率達92.17%～100%，其中9個切面的成功率與傳統(tǒng)超聲技術持平、5個切面的成功率低于傳統(tǒng)技術。SFA成功率低于傳統(tǒng)技術的主要原因如下：①對部分標準切面，目前SFA僅能于常見胎位識別其圖像，如SFA識別俯臥位雙腎水平橫切面成功率較高，但對其他胎位、尤其仰臥位，由于SFA較少有機會學習相關標準切面圖像，尚未掌握其特征結構，故難以自動獲?。辉黾痈髑忻娌煌ノ粓D像訓練有助于解決此問題；②SFA難以識別<20周胎兒的顱腦切面，亦與SFA對<20周胎兒顱腦圖像學習量不足有關；孕期各階段胎兒顱腦結構及形態(tài)變化較大，≥20周胎兒顱腦關鍵特征不適用于分析<20周胎兒，導致SFA識別其顱腦切面成功率相對較低；2022年我國《超聲產(chǎn)前篩查指南》[8]規(guī)定在20～24+6周進行胎兒中期產(chǎn)前篩查，此為SFA未獲足量<20周胎兒各切面的原因之一；③SFA識別圖像標準嚴格，胎位不佳時，不能完全顯示切面識別需要的關鍵特征，此時SFA將其判斷為非標準切面而不予抓?。欢詡鹘y(tǒng)超聲技術進行掃查時，醫(yī)師會留取非標準切面。以上原因使得本研究部分切面?zhèn)鹘y(tǒng)超聲技術獲取率高于、但合格率低于SFA。

本研究中，除膀胱水平橫切面外，胎兒13個標準切面SFA的圖像合格率均高于或等同于傳統(tǒng)超聲技術，原因可能在于在胎兒體位不佳或目標位置較深，2條臍動脈只顯示出1條時，傳統(tǒng)技術通過調整聲束方向及儀器參數(shù)可同時顯示2條臍動脈，獲取合格圖像；SFA系統(tǒng)考慮到“單臍動脈”的情況，將“只顯示單條臍動脈”判斷為基本標準予以自動獲取，未達到質控標準，因此合格率偏低。

3.2 SFA技術耗時 應用傳統(tǒng)超聲技術判斷某幀是否為目標切面、哪幀最為標準時，需要操作者做出主觀判斷，還要不斷地凍結、調整游標、描跡、存儲圖像，至少需按鍵40～80次；且醫(yī)師常因主觀感覺新圖像比之前留存的圖像更為標準而重復存圖，增加操作時間。SFA操作過程中僅需按鍵3次，即開啟智能檢查、預覽切面及確認切面，其獲取所有切面、測量參數(shù)、評估圖像質量及高替換分圖像等幾乎同步自動完成，使得本研究中各組SFA獲取標準切面用時均明顯少于傳統(tǒng)超聲。然而筆者在收集數(shù)據(jù)過程中發(fā)現(xiàn)，遇胎兒體位不佳、標準切面獲取困難時，SFA用時可能多于傳統(tǒng)超聲，此時醫(yī)師需反復調整探頭位置和方向，嘗試使SFA獲得必要的關鍵特征結構，以達到其獲取切面的標準；而應用傳統(tǒng)超聲時，醫(yī)師留存達到診斷目的接近標準切面即可，不會花費更多時間尋找標準切面。

綜上所述，以SFA技術獲取胎兒標準切面具有一定臨床價值，且較傳統(tǒng)超聲技術省時。但本研究為單中心研究，且未行觀察者間一致性分析，有待后續(xù)加以完善。