葉馮穎 李尚青 蘇淇琛 游劍虹 王康健 蔡名利 呂國(guó)榮

隨著人工智能的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助診斷（computer-aided diagnosis，CAD）系統(tǒng)逐漸在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域嶄露頭角。目前關(guān)于甲狀腺CAD 的研究主要集中在CAD 系統(tǒng)與超聲醫(yī)師診斷效能的對(duì)比，均僅采用CAD 給出的8 種指南中的一種，對(duì)指南的選取存在主觀性。本研究在多中心、大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，探討CAD 系統(tǒng)基于不同指南鑒別診斷甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)的價(jià)值，以期指導(dǎo)臨床醫(yī)師針對(duì)不同的臨床需求采納不同指南結(jié)果。

資料與方法

一、臨床資料

多中心、前瞻性分析2019年1～9月在福建醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院、廈門大學(xué)附屬中山醫(yī)院、漳州市醫(yī)院、晉江市醫(yī)院接受甲狀腺超聲檢查，并行甲狀腺結(jié)節(jié)細(xì)針穿刺或手術(shù)的患者453例（共521個(gè)甲狀腺結(jié)節(jié)），男92例，女361例，年齡12～77歲，平均（44.8±12.3）歲；手術(shù)治療結(jié)節(jié)303 個(gè)，細(xì)針穿刺結(jié)節(jié)218 個(gè)；良性結(jié)節(jié)255 個(gè)，其中結(jié)節(jié)性甲狀腺腫198 個(gè)、甲狀腺腺瘤47 個(gè)、炎癥10 個(gè)；惡性結(jié)節(jié)266 個(gè)，其中甲狀腺乳頭狀癌254 個(gè)、濾泡癌12個(gè)。納入標(biāo)準(zhǔn)：①所有結(jié)節(jié)均經(jīng)手術(shù)病理或超聲引導(dǎo)下細(xì)針穿刺活檢證實(shí)；②結(jié)節(jié)術(shù)前或穿刺前均行超聲檢查；③結(jié)節(jié)具有以dicom 或bmp 格式保存的至少一張標(biāo)準(zhǔn)橫切面圖像；④圖像為灰階圖像，無(wú)易被系統(tǒng)誤判為鈣化的測(cè)量點(diǎn)、線。排除標(biāo)準(zhǔn)：①結(jié)節(jié)病理結(jié)果不確定者；②結(jié)節(jié)圖像不清晰者。本研究經(jīng)我院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

二、儀器與方法

1.儀器：使用Supersonic Imagine Aixplorer、邁瑞DC 8 彩色多普勒超聲診斷儀，線陣探頭，頻率7.5～12.0 MHz。CAD軟件為安克生醫(yī)股份有限公司研發(fā)的安克偵（AmCAD-UT Detection）。

2.圖像分析方法：每個(gè)結(jié)節(jié)選取一張標(biāo)準(zhǔn)橫切面圖像，在屏蔽所有臨床信息的情況下，由同一位具有15年工作經(jīng)驗(yàn)的超聲醫(yī)師操作CAD 軟件進(jìn)行圖像分析。具體如下：在CAD 系統(tǒng)中導(dǎo)入結(jié)節(jié)圖像，若為dicom 圖像，系統(tǒng)可自動(dòng)定標(biāo)長(zhǎng)度，若為bmp圖像需手動(dòng)畫出1 cm 長(zhǎng)度進(jìn)行定標(biāo)，在結(jié)節(jié)上標(biāo)出最長(zhǎng)徑及與之垂直的短徑后，CAD 系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別結(jié)節(jié)邊緣，生成包繞病灶的感興趣區(qū)，點(diǎn)擊生成報(bào)告，獲得結(jié)節(jié)聲學(xué)特征圖文報(bào)告及基于8 個(gè)指南的惡性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果（圖1），包括：2017年美國(guó)放射學(xué)會(huì)發(fā)布的《甲狀腺結(jié)節(jié)影像報(bào)告和數(shù)據(jù)系統(tǒng)（TIRADS）》［1］（以下簡(jiǎn)稱ACR 指南）；2015 年美國(guó)甲狀腺協(xié)會(huì)發(fā)布的《以下成人甲狀腺結(jié)節(jié)和分化型甲狀腺癌的管理指南》［2］（以下簡(jiǎn)稱ATA 指南）；2016 年美國(guó)臨床內(nèi)分泌醫(yī)師學(xué)會(huì)發(fā)布的《甲狀腺結(jié)節(jié)的診斷和管理指南》［3］（以下簡(jiǎn)稱AACE 指南）；2016 年韓國(guó)甲狀腺放射學(xué)會(huì)發(fā)布的《共識(shí)建議：甲狀腺結(jié)節(jié)超聲診斷和成像管理》［4］（以下簡(jiǎn)稱KSThR 共識(shí)）；2014 年英國(guó)甲狀腺協(xié)會(huì)發(fā)布的《甲狀腺癌管理指南》［5］（以下簡(jiǎn)稱BTA 指南）；2011 年Kwak 等［6］提出的韓國(guó)版TI-RADS 指南（以下簡(jiǎn)稱Kwak指南）；2015 年Seo 等［7］提出的韓國(guó)版TI-RADS 指南（以下簡(jiǎn)稱Seo 指南）；2016 年Russ［8］提出的法國(guó)版TI-RADS 指南（以下簡(jiǎn)稱Russ指南）。

圖1 同一甲狀腺乳頭狀癌CAD系統(tǒng)分析流程圖

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用MedCalc 15.2.2 統(tǒng)計(jì)軟件，以病理結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，繪制受試者工作特征（ROC）曲線，計(jì)算曲線下面積（AUC），根據(jù)約登指數(shù)確定截?cái)嘀?，并?jì)算其診斷效能。CAD 系統(tǒng)基于不同指南診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的AUC 比較行Z 檢驗(yàn)，敏感性、特異性比較行McNemar檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

以病理結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，CAD 系統(tǒng)基于8 種指南對(duì)甲狀腺良惡性結(jié)果的診斷效能見(jiàn)表1。以2 分為截?cái)嘀?，KSThR 共識(shí)診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的敏感性90.60%，陰性預(yù)測(cè)值84.1%，均高于其他指南（均P<0.01）。以分類4 類為截?cái)嘀?，BTA 指南診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的特異性79.95%，陽(yáng)性預(yù)測(cè)值70.9%，均高于其他指南（均P<0.01）。KSThR 共識(shí)診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的AUC為0.759，高于其他指南的AUC（Z=3.711、5.325、5.506、2.842、2.826、3.851、2.577，均P<0.01）。見(jiàn)圖2。

表1 CAD系統(tǒng)基于不同指南對(duì)甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的診斷效能

圖2 CAD系統(tǒng)基于不同指南診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的ROC曲線圖

討 論

研究［9］表明，甲狀腺腫瘤發(fā)病率居所有內(nèi)分泌腫瘤的首位，且呈逐年上升趨勢(shì)。診斷甲狀腺癌的影像學(xué)檢查方法主要包括超聲、CT 及核醫(yī)學(xué)，超聲因具有實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、無(wú)輻射等優(yōu)點(diǎn)，已成為臨床檢查甲狀腺的首選方法，但仍存在許多問(wèn)題，如超聲診斷主觀性強(qiáng)、具有操作者依賴性、超聲醫(yī)師培養(yǎng)周期長(zhǎng)及缺乏高水平醫(yī)師等，一定程度上影響了甲狀腺超聲診斷的客觀性和準(zhǔn)確性。因此，如何準(zhǔn)確鑒別甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性，避免過(guò)度診療，減輕患者負(fù)擔(dān)和痛苦成了新的挑戰(zhàn)。甲狀腺CAD系統(tǒng)基于人工智能技術(shù)對(duì)大量甲狀腺結(jié)節(jié)圖像進(jìn)行深度識(shí)別與學(xué)習(xí)，能夠提取甲狀腺結(jié)節(jié)的圖像特征并量化分析，對(duì)基于8種常見(jiàn)的國(guó)際指南做出相應(yīng)判斷，具有客觀、準(zhǔn)確及全面的優(yōu)點(diǎn)。本研究通過(guò)分析CAD 系統(tǒng)基于不同指南對(duì)甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)的診斷效能，以期指導(dǎo)臨床應(yīng)用。

本研究結(jié)果表明，CAD 系統(tǒng)基于不同指南診斷甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的敏感性均較高，特異性均較低，與既往研究［10］結(jié)果一致。分析敏感性高的原因?yàn)椋孩貱AD 系統(tǒng)可對(duì)甲狀腺惡性結(jié)節(jié)的聲學(xué)特征進(jìn)行量化分析，從而準(zhǔn)確判斷結(jié)節(jié)的惡性風(fēng)險(xiǎn)，相較于肉眼識(shí)別具有更高的敏感性；②CAD 系統(tǒng)的判斷是經(jīng)過(guò)大量甲狀腺結(jié)節(jié)圖像數(shù)據(jù)庫(kù)學(xué)習(xí)后的成果，彌補(bǔ)了操作者經(jīng)驗(yàn)不足的劣勢(shì)，可得出較為準(zhǔn)確的判斷。分析特異性低的原因?yàn)椋孩貱AD 系統(tǒng)易將無(wú)回聲結(jié)節(jié)判斷為低回聲或極低回聲結(jié)節(jié)；②CAD 系統(tǒng)易將良性征象“彗星尾征”判斷為提示惡性的點(diǎn)狀強(qiáng)回聲；③CAD 系統(tǒng)對(duì)圖像的分析局限于一張靜態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)橫切面圖像，無(wú)法動(dòng)態(tài)掃查結(jié)節(jié)以進(jìn)行綜合評(píng)估。

本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，CAD 系統(tǒng)在使用8 種指南進(jìn)行甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性判斷時(shí)均有較好的診斷效能，其中KSThR 共識(shí)AUC、敏感性及陰性預(yù)測(cè)值最高，BTA 指南特異性和陽(yáng)性預(yù)測(cè)值最高。臨床應(yīng)用時(shí)可根據(jù)不同需求采納不同指南，若著重提高篩查惡性結(jié)節(jié)的敏感性，建議使用CAD 基于KSThR 共識(shí)得出的結(jié)果；若著重避免過(guò)度診療，減少不必要的活檢或手術(shù)，建議使用CAD基于BTA指南得出的結(jié)果。

甲狀腺CAD 系統(tǒng)作為一種新興技術(shù)，尚處于起步階段，存在一定不足，如無(wú)法動(dòng)態(tài)掃查分析、無(wú)法分析結(jié)節(jié)血流、硬度，以及無(wú)法結(jié)合癥狀、體征分析等，而影像醫(yī)師可以對(duì)上述不足進(jìn)行彌補(bǔ)，因此，臨床實(shí)際應(yīng)用中仍應(yīng)以醫(yī)師為主，機(jī)器為輔，揚(yáng)長(zhǎng)避短，更好地發(fā)揮CAD系統(tǒng)的作用。

綜上所述，CAD 系統(tǒng)對(duì)甲狀腺良惡性結(jié)節(jié)的鑒別診斷有較好價(jià)值，采用不同指南或共識(shí)時(shí)，其診斷效能也不同，KSThR 共識(shí)的AUC和敏感性最高，BTA指南的特異性最高。