計算機輔助診斷系統與TI-RADS分級及超聲評分法對甲狀腺良惡性結節診斷價值的比較

趙艷娜 柳俊 謝榮理 張俊 顧建華 費健 付莊

上海市瑞金康復醫院1超聲科，4普外科（上海200023）；上海交通大學醫學院附屬瑞金醫院2超聲科，3普外科（上海200023）；5上海交通大學機械系統與振動國家重點實驗室（上海200000）

近年來，甲狀腺癌快速增長的發病率受到了醫療工作者及大眾的廣泛關注。甲狀腺結節良惡性的診斷是選擇治療方案的關鍵，因此，對甲狀腺結節良惡性的判斷至關重要［1］。超聲是甲狀腺疾病的首選檢查方式［2］。國內外已有不同學者嘗試建立一個針對甲狀腺結節超聲診斷的規范化標準［3-7］，但是目前尚無共識，且對于甲狀腺結節良惡性診斷在很大程度上依賴于超聲醫師的經驗，有很強的主觀性，因此在規范化和統一性方面一直受到限制。計算機輔助診斷（computer-aided diagnosis，CAD）系統可以提供一種量化的灰階參數以及客觀、快速的評估方法［8］。目前關于甲狀腺CAD 系統診斷效能的研究多集中在與超聲醫師的診斷對比，且評估方式多為一種。本研究對CAD 系統與國內應用較廣的TI-RADS分級及超聲評分法同時進行回顧性分析，擬探討CAD 系統在診斷良惡性甲狀腺結節中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料收集2019年1-12月我院行甲狀腺超聲檢查并行甲狀腺手術治療或甲狀腺細針穿刺的患者500例（共672個甲狀腺結節）。男136例，女364 例，年齡18 ～74 歲，平均（46.8±12.1）歲，手術治療結節480 個，細針穿刺結節192 個，其中惡性結節333 個，均為甲狀腺乳頭狀癌；良性結節339 個，包括結節性甲狀腺腫192 個，甲狀腺腺瘤88 個，淋巴細胞性甲狀腺炎41 個，嗜酸細胞性腺瘤18 個。

1.2 儀器與方法采用GE LOGIQ E9、百勝MyLab Class C 超聲診斷儀，探頭頻率7.5-10 MHz。超聲檢查：患者取仰臥位并充分暴露頸前區，對甲狀腺進行全面檢查，觀察甲狀腺有無結節，對目標結節重點觀察其征象，并儲存其橫切面最大徑及縱切面最大徑的圖像。對獲取的圖像分別采用CAD 系統、TI-RADS 分級以及超聲評分法診斷。三種診斷方法均由2 名高年資超聲醫師分別對所有結節的超聲圖像采用盲評法進行回顧性分析，意見不一致時經協商達成一致。納入標準：（1）所有結節均經手術病理或超聲引導下細針穿刺活檢證實；（2）結節術前或穿刺前均行超聲檢查；（3）圖像清晰的單發結節或多個結節中最大徑線的結節。排除標準：（1）超聲圖像中結節顯示不清或不完整；（2）甲狀腺結節無病理結果。

1.3 三種超聲診斷的具體方法及診斷標準CAD系統為自行研發的系統，CAD 診斷是將圖像導入CAD 系統中，由軟件自動分析甲狀腺結節的回聲、形態、邊界、是否鈣化、縱橫比等超聲特征，并生成結果及報告。如圖像中為單發結節，則直接對該結節性質進行判斷，若為多個結節時需手動勾畫目標結節，再判斷性質。TI-RADS 分級及超聲評分法則選取納入超聲征象較為相似的兩種診斷方法。（1）超聲TI-RADS 分級的診斷標準［3］：1 類：陰性（正常腺體）；2 類：良性結節；3 類：可能良性結節；4 類：可疑惡性結節，4A 類：有1 項惡性征象；4B類：有2項惡性征象；4C類：有3 ～4項惡性征象；5 類：惡性結節，超過4 項惡性征象。將2-4A 類結節判定為良性，將4B、4C、5 類判定為惡性。惡性超聲征象：實質性、低回聲或極低回聲、微小鈣化、邊界模糊/微分葉、縱橫比＞1。（2）超聲評分法［9］：評分細則：①邊界：清楚0 分，不清1 分；②邊緣：規則0 分，不規則1 分；③縱橫比：＜1 為0 分，≥1為1 分；④內部結構：囊性0 分，混合性1 分，實性2 分；⑤回聲：低回聲1 分，極低回聲2 分，其他（等回聲、高回聲、混合回聲）0 分；⑥鈣化：無鈣化0 分，粗鈣化1 分，微鈣化或粗細并存鈣化2 分。以1 ～4 分判定為良性，5 分及以上判定為惡性。

1.4 統計學方法采用SPSS 19 統計學分析軟件。計量資料采用（）表示，計數資料采用χ2檢驗。以病理診斷結果為“金標準”，分別計算CAD 系統、TI-RADS 分級及超聲評分法診斷的敏感度、特異度、陽性預測值、陰性預測值、準確性，并繪制受試者工作特征（ROC）曲線，ROC 曲線下面積（AUC）的比較采用Z檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 CAD 系統、TI-RADS 分級和超聲評分法對甲狀腺結節良惡性的病理結果分析333個惡性結節中，CAD 系統診斷為惡性308 個，TI-RADS 分級診斷為惡性289 個，超聲評分法診斷為惡性291 個。339 個良性結節中，CAD 系統診斷為良性289 個，TI-RADS 分級診斷為良性281 個，超聲評分法診斷為良性276 個。見圖1。

圖1 CAD 系統、TI-RADS 分級和超聲評分法診斷甲狀腺結節Fig.1 Diagnosis of thyroid nodules by CAD system，TI-RADS classification and ultrasound scoring method

2.2 CAD 系統、TI-RADS 分級和超聲評分法的效能分析超聲評分法診斷的敏感度、陰性預測值高于TI-RADS 分級，TI-RADS 分級診斷的特異度、陽性預測值高于超聲評分法。CAD 系統診斷的敏感度、特異度、陽性預測值、陰性預測值和準確性均高于TI-RADS 分級和超聲評分法診斷。見表1。

表1 CAD 系統、TI-RADS 分級和超聲評分法診斷的效能比較Tab.1 Comparison of the efficacy of CAD system，TI-RADS classification and ultrasound scoring method for diagnosis

CAD系統診斷甲狀腺結節的AUC=0.889（95%CI：0.861 ～0.916）高于TI-RADS分級（AUC=0.848；95%CI：0.817 ～0.880）和超聲評分法（AUC = 0.844；95%CI：0.812 ～0.876），差異有統計學意義（Z=3.925、4.960，均P＜0.05）。見圖2。

圖2 CAD 系統、TI-RADS 分級和超聲評分法診斷受試者工作特征曲線Fig.2 Receiver operating characteristic curve diagnosed by CAD system，TI-RADS classification and ultrasound scoring method

3 討論

CAD 系統、TI-RADS 分級和超聲評分法均是輔助超聲醫師診斷甲狀腺結節良惡性的方法。CAD 系統是在醫師診斷前給予提示及建議供參考，而TI-RADS 分級和超聲評分法則是利用結節超聲征象上的差別制定規則指導醫師做出診斷，目前臨床應用較為廣泛。在本研究中，TI-RADS分級對甲狀腺癌的敏感度、特異度及準確性為86.8%、82.9%及84.8%，對甲狀腺結節的性質判斷均具有較好的提示作用。超聲評分法的敏感度、特異度及準確性為87.4%、87.4%及84.4%，也具有較高鑒別甲狀腺惡性結節的能力。

隨著“互聯網+”的快速發展，生物檢測技術和醫院信息化水平的不斷提升，信息化醫療領域產生了大量的數據，醫工交叉已成為近期熱門的研究領域［10-13］。一種基于深度學習為模型的人工智能技術給醫療領域帶來了新的研究方向。CAD 系統是通過計算機的高效率運算能力將圖像進行預處理、然后提取特征及分析、最后分類［14］，給超聲診斷提供了一種新的客觀、快速、精準的診斷方式，有助于醫療服務技術在效率和質量上的提高。目前已有大量研究明確，CAD 系統在肺結節［15-17］和乳腺疾病［18-19］的診斷中因其操作快速、簡便、可重復性的優點在臨床應用中被肯定。

甲狀腺結節是甲狀腺最常見的疾病之一，在人群中的發生率為20% ～76%，其中惡性結節占5% ～15%［20］。超聲檢查是診斷甲狀腺結節的基礎。但是超聲醫師不斷增加的工作負擔，易造成視覺疲勞、注意力不集中等，增加漏診、誤診的風險，且因超聲診斷的主觀性，不同經驗的醫師診斷結果可能存在較大差異。一種可靠的計算機輔助診斷（CAD）系統變得尤為重要。CAD 系統可以自動客觀的判斷甲狀腺結節，具有重復性好，方便快捷等優點，可提高診斷效能，減少醫師間的差異。本研究結果中，CAD 系統診斷的敏感度、特異度、陽性預測值、陰性預測值和準確性均高于TI-RADS分級和超聲評分法診斷（P＜0.05）。CHUNG 等［21］研究顯示CAD 系統與經驗豐富的高年資醫師診斷甲狀腺惡性結節差異無統計學意義。CAD 系統診斷甲狀腺結節有較高的診斷效能，有利于提高超聲醫師的工作效率，減輕超聲醫師的工作量。

本研究的局限性及不足之處：（1）相對于大數據來說本研究的樣本量仍顯不足，需要進一步擴大樣本量進行研究；（2）不同超聲醫師因操作手法不同，截取的圖像難免存在差異，本研究對于一個甲狀腺結節采取橫切面及縱切面兩幅超聲圖像，且由二位超聲醫師復核，仍難以避免差異；（3）目前該CAD 系統導入的圖像為二維靜態圖像，不能代表整個甲狀腺的情況，可能存在圖像信息收集不全面的問題，基于三維及動態圖像的CAD 系統有待開發。隨著科學的發展，CAD 系統作為一種新的醫學影像學輔助診斷技術必將不斷調整更趨完善。

綜上所述，CAD 系統、超聲TI-RADS 分級和超聲評分法對甲狀腺結節的性質判斷均具有較好的提示作用。CAD 系統可以提供一種更客觀、精準的評估方式，有利于提高甲狀腺結節的診斷效能，值得向低年資超聲醫師和基層醫院推廣。