王娜娜，李大勝，張 媛，崔景景，于巍偉，徐海旺，宋燕麗，肖 瑤

（1.北京市海淀醫(yī)院/北京大學(xué)第三醫(yī)院海淀院區(qū)放射科，北京 100080；2.上海聯(lián)影智能醫(yī)療科技有限公司，上海 201807）

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病（coronary heart disease，CHD）是臨床常見的心血管疾病，是因冠狀動(dòng)脈（冠脈）發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化造成。隨著生活水平的提高，我國(guó)CHD 的發(fā)病率及病死率逐年上升，并出現(xiàn)了年輕化、隱匿化的發(fā)展趨勢(shì)［1-2］。冠脈CTA（CCTA）作為一種穩(wěn)定、快速的診斷工具廣泛應(yīng)用于臨床CHD 的診斷和評(píng)價(jià)，但需診斷醫(yī)師對(duì)圖像進(jìn)行后處理分析，耗時(shí)耗力。以深度學(xué)習(xí)為代表的人工智能技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域迅速發(fā)展，并在輔助醫(yī)學(xué)診斷及精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)中取得重要成果［3-4］，對(duì)緩解醫(yī)療資源緊張具有重大現(xiàn)實(shí)意義。本研究以冠脈造影術(shù)（coronary angiography，CAG）為金標(biāo)準(zhǔn)，與高年資醫(yī)師診斷進(jìn)行比較，探討AI 輔助智能軟件在CHD 診斷中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2018 年3 月至2021 年3 月北京市海淀醫(yī)院收治的CHD 疑似患者66 例，其中男43 例，女23 例；年齡40～83 歲，平均（64.57±10.29）歲。臨床表現(xiàn)：胸痛31 例，胸悶、氣短20 例，后背痛或腰背痛9 例，心悸3 例，劍突下不適3 例。納入標(biāo)準(zhǔn)：①患者自身或藥物控制后心率≤75 次/min；②均行CAG 和CCTA 檢查，且2 種檢查時(shí)間間隔＜2 周。排除標(biāo)準(zhǔn)：①心率過快、嚴(yán)重心律不齊、檢查時(shí)不能配合屏氣者；②含碘對(duì)比劑過敏患者；③CCTA 圖像血管偽影重，影響診斷；④安裝心臟起搏器、搭橋及冠脈起源異?；颊摺１狙芯拷?jīng)院內(nèi)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)同意。

1.2 儀器與方法

1.2.1 CCTA 掃描 采用Philips Brilliance 128 排掃描儀。掃描范圍從氣管隆突下1 cm 至心尖下1 cm，頭足方向。掃描參數(shù)：100 kV，管電流自動(dòng)調(diào)節(jié)，層厚0.625 mm，層距5 mm。增強(qiáng)掃描對(duì)比劑采用碘帕醇（碘濃度370 mg/mL），使用雙筒注射器注射，流率4～5 mL/s，劑量0.8 mL/kg 體質(zhì)量，追加生理鹽水40 mL，采用bolus tracking 技術(shù)，檢測(cè)升主動(dòng)脈為ROI，閾值100 HU，延遲8 s 啟動(dòng)掃描。

1.2.2 CAG 檢查 采用Philips FD20 數(shù)字血管造影機(jī)，對(duì)比劑為碘帕醇（碘濃度370 mg/mL），術(shù)前準(zhǔn)備后，經(jīng)皮穿刺橈動(dòng)脈或股動(dòng)脈行左、右冠狀動(dòng)脈造影檢查，通過不同投照角度明確冠狀動(dòng)脈病變情況，每個(gè)體位注射對(duì)比劑4～6 mL。

1.3 圖像處理

1.3.1 CCTA 圖像分析 醫(yī)師診斷：所有原始圖像傳至星云影像工作站，由2 名高年資主治醫(yī)師進(jìn)行后處理，包括VR、MPR、CPR 及MIP 等。參照美國(guó)心臟病協(xié)會(huì)分段標(biāo)準(zhǔn)［5］，判斷并記錄冠脈分布、狹窄、斑塊情況及冠脈支架情況，記錄冠脈后處理時(shí)間（完成整個(gè)冠脈后處理時(shí)間，不含膠片打印時(shí)間）及冠脈病變情況（報(bào)告書寫時(shí)間）。冠脈判讀結(jié)果出現(xiàn)分歧由另1 名影像專業(yè)副主任醫(yī)師最終核定，后處理時(shí)間及報(bào)告書寫時(shí)間取2 位醫(yī)師的平均值。冠脈輔助診斷均在診斷醫(yī)師評(píng)價(jià)后進(jìn)行，原始圖像傳至PACS 由聯(lián)影冠脈AI 輔助診斷軟件一鍵生成冠脈后處理圖像及分析報(bào)告，處理時(shí)間為醫(yī)師從PACS 點(diǎn)擊患者選項(xiàng)開始計(jì)時(shí)至智能報(bào)告生成截止。

1.3.2 CAG 圖像分析 由高年資心內(nèi)介入醫(yī)師完成對(duì)冠脈三大主支（前降支、回旋支及右冠脈）病變最重節(jié)段進(jìn)行評(píng)估。冠狹窄程度按照美國(guó)心血管CT 學(xué)會(huì)（SCCT）分級(jí)方法分為：無狹窄、輕微狹窄（＜25%）、輕度狹窄（25%～＜50%）、中度狹窄（50%～＜70%）、重度狹窄（70%～＜100%）和閉塞（100%）［6］。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。以CAG 檢查結(jié)果作為金標(biāo)準(zhǔn)。2 種方法判斷冠脈狹窄及斑塊情況用混淆矩陣列出，對(duì)冠脈狹窄檢出率的比較及對(duì)冠脈優(yōu)勢(shì)分布和支架情況的判定采用四格表的χ2檢驗(yàn)，并采用Kappa 檢驗(yàn)比較2 種方法對(duì)冠脈斑塊診斷的一致性。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 2 種方法的診斷時(shí)間對(duì)比 人工后處理時(shí)間平均（13.79±3.91）min，人工報(bào)告平均時(shí)間（11.54±3.51）min，人工后處理加報(bào)告總時(shí)間（25.33±7.0）min；AI 輔助診斷可一鍵式完成后處理重建并生成報(bào)告，平均時(shí)間（31.51±3.26）s，用時(shí)約為人工用時(shí)的2.1%，AI 輔助診斷時(shí)間明顯縮短。

2.2 2 種方法對(duì)冠脈狹窄及狹窄程度≥25%的評(píng)估比較 66 例三大主支共198 支血管，以CAG 為金標(biāo)準(zhǔn)，CAG 共確認(rèn)冠脈狹窄154 支，AI 輔助診斷的敏感度和特異度分別為94.8%和63.6%（表1），醫(yī)師診斷的敏感度和特異度分別為99.4%和65.9%（表2）。CAG 共確認(rèn)狹窄程度≥25%的血管152 支，AI 輔助診斷的敏感度和特異度分別為90.8%和71.7%（表3），醫(yī)師診斷的敏感度和特異度分別為96.7%和84.8%（表4）。2 種方法對(duì)冠脈狹窄及狹窄程度≥25%檢出率的比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05，表5）（圖1，2）。

圖1 女，73 歲，間斷胸悶6 年，加重2 d圖1a～1c 分別為冠脈造影、人工智能（AI）輔助診斷后處理及醫(yī)師后處理，均見右冠脈近段血管管壁不規(guī)則，管腔輕微至輕度狹窄圖2 男，50 歲，胸悶、憋氣1 年圖2a～2c 分別為冠脈造影、AI 輔助診斷后處理及醫(yī)師后處理，可見右冠脈遠(yuǎn)段節(jié)段性重度狹窄

表1 AI 輔助診斷狹窄情況 支

表2 醫(yī)師診斷狹窄情況 支

表3 AI 輔助診斷檢測(cè)狹窄程度≥25%情況 支

表4 醫(yī)師檢測(cè)狹窄程度≥25%情況 支

表5 2 種方法冠脈狹窄及狹窄度≥25%檢出率的比較 支

2.3 2 種方法對(duì)冠脈斑塊的評(píng)估（表6）以醫(yī)師診斷為標(biāo)準(zhǔn)，198 支冠脈醫(yī)師診斷檢出168 處斑塊，AI輔助診斷檢出157 處，敏感度93.5%、特異度90.0%。2 種方法在冠脈斑塊檢出方面具有較高的一致性（K=0.752，P＜0.05）。

表6 2 種方法對(duì)冠脈斑塊的評(píng)估 處

2.4 2 種方法診斷冠脈優(yōu)勢(shì)分型及檢測(cè)冠脈支架的比較 2 種方法診斷冠脈優(yōu)勢(shì)分型比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=3.851，P=0.149，表7）。AI 輔助診斷檢測(cè)出17 處冠脈支架；醫(yī)師診斷檢出22 處支架，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（χ2=0.711，P=0.399）。

表7 2 種方法診斷冠脈優(yōu)勢(shì)分型的比較 例

3 討論

影像學(xué)檢查是冠脈疾病的主要檢查方法，CAG是評(píng)價(jià)冠脈狹窄的金標(biāo)準(zhǔn)，但其存在一定的復(fù)雜性及有創(chuàng)性，隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展，CCTA 逐漸成為疑似CHD 患者的首選影像學(xué)檢查方法并廣泛應(yīng)用于臨床。隨著AI 技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像診斷領(lǐng)域的研究應(yīng)用及快速發(fā)展，基于深度學(xué)習(xí)的CHD 的研究也越來越多［7-8］，這在一定程度上改進(jìn)或簡(jiǎn)化了醫(yī)學(xué)工作流程，在醫(yī)學(xué)影像診斷方面降低了醫(yī)師工作量、提高了診斷效率［9］。

本研究中，AI 輔助診斷軟件一鍵式完成冠脈的后處理并生成框架式診斷報(bào)告，時(shí)間明顯短于醫(yī)師人工后處理加報(bào)告時(shí)間，與國(guó)內(nèi)部分研究［10-11］相近，但本研究所用AI 輔助診斷軟件及人工后處理工作站與之不同。

研究顯示，CCTA 診斷冠脈狹窄的準(zhǔn)確率很高［12］，且安全可靠，已在臨床廣泛應(yīng)用。本研究顯示，以CAG 為金標(biāo)準(zhǔn)，AI 輔助診斷冠脈狹窄的敏感度和特異度分別為94.8%和63.6%，醫(yī)師診斷的敏感度和特異度為99.4%和65.9%，兩者比較，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。有研究指出，AI 檢出冠脈狹窄節(jié)段總的敏感度、特異度分別為92.97%及97.91%，與CAG 一致較好（K=0.86）［13］。本研究AI 輔助診斷與醫(yī)師診斷敏感度均較高，但特異度均較低，原因可能如下：①AI 輔助診斷軟件將部分血管偽影誤判為冠脈管腔狹窄；②AI 輔助診斷對(duì)冠脈小分支辨識(shí)度不夠，分叉處判讀為狹窄；③冠脈狹窄以中重度狹窄為主，中度以下狹窄（輕微狹窄、輕度狹窄）常不在冠脈造影術(shù)指征范圍內(nèi)，輕微狹窄常忽略不計(jì)，因此本研究進(jìn)行了狹窄度≥25%的分層評(píng)估，AI 輔助診斷及醫(yī)師診斷敏感度及特異度均提高，其中AI 輔助診斷敏感度和特異度分別為90.8%和71.7%，醫(yī)師診斷敏感度和特異度分別為96.7%和84.8%。而在實(shí)際篩查或體檢工作中，輕度以下狹窄也應(yīng)該有所體現(xiàn)，因此筆者認(rèn)為在CT 冠脈檢查中敏感度比特異度更值得關(guān)注，AI 輔助診斷具有較高的敏感度，符合篩查診斷要求。

早期準(zhǔn)確評(píng)估冠脈狹窄及冠脈斑塊的檢出對(duì)臨床治療具有重要意義。與醫(yī)師診斷相比，本研究AI 輔助診斷對(duì)斑塊檢出的敏感度為93.5%、特異度為90.0%，與相關(guān)研究（敏感度為93.3%、特異度為93.8%）［14］相近，并得出2 種方法在冠脈斑塊檢出方面具有較高的一致性（K=0.752），進(jìn)一步驗(yàn)證了AI輔助診斷在冠脈輔助診斷方面的可行性及準(zhǔn)確性。國(guó)內(nèi)外研究表明，深度學(xué)習(xí)在冠脈斑塊識(shí)別方面大有前景，隨著技術(shù)發(fā)展，斑塊性質(zhì)可更加明確，對(duì)患者的診治及預(yù)后具有重要意義［15-17］。

AI 輔助診斷還可對(duì)冠脈優(yōu)勢(shì)分布及支架情況進(jìn)行評(píng)估，且與醫(yī)師診斷相比，差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但AI 輔助診斷尚不能對(duì)支架通暢情況進(jìn)行評(píng)估。本研究中冠脈三大分支共17 處支架，AI 輔助診斷檢測(cè)出22 處，5 處AI 多發(fā)或彌漫管壁鈣化誤判為冠脈支架），需進(jìn)一步改進(jìn)，增加辨識(shí)度。

綜上所述，AI 在冠脈病變?cè)u(píng)估中的研究和開發(fā)尚處于起步階段，但已顯露出優(yōu)勢(shì)，具有較高的診斷敏感度和特異度，明顯提高了診斷效率，可作為醫(yī)師的輔助診斷工具。但本研究樣本量小，尚需進(jìn)行前瞻性、大樣本、多中心隨機(jī)對(duì)照研究，且AI 需更多病例學(xué)習(xí)并軟件優(yōu)化。