肺結(jié)節(jié)人工智能判讀與術(shù)后病理的對比分析

王俊豪 武玉兵 隋汝德

肺癌是世界上對人類生命和健康威脅最大的惡性腫瘤之一，其發(fā)病率和致死率均居所有惡性腫瘤的首位[1]。降低肺癌的病死率，關(guān)鍵在于早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療。AI的發(fā)展，使人們逐漸嘗試將其應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，在肺結(jié)節(jié)診療方面，AI也日益顯現(xiàn)出其顯著的作用。近年來，對于AI檢測肺結(jié)節(jié)的探究主要有以下幾個探究方向：a、探究AI對于肺結(jié)節(jié)篩查方面的幫助；b、AI對于肺結(jié)節(jié)良惡性鑒別能力方面的探究；c、AI不同算法模型對肺結(jié)節(jié)檢測的比較。在探究中人們發(fā)現(xiàn)，AI在影像學(xué)領(lǐng)域可顯著提升影像科醫(yī)師的工作效率，且其對肺結(jié)節(jié)檢出的敏感度與醫(yī)師相比更有優(yōu)勢[2-3]；在良惡性鑒別方面，AI同樣顯示出了較高的臨床價值[4-6]。但也有研究顯示出AI在肺結(jié)節(jié)檢出方面存在瓶頸[7]。本文旨在對AI在肺結(jié)節(jié)良惡性鑒別能力以及臨床應(yīng)用價值方面進行進一步探究。

資料與方法

一、研究對象

選取本院2019年1月—2021年12月經(jīng)手術(shù)切除且有術(shù)后病理的肺結(jié)節(jié)患者464人，術(shù)后病理均由至少兩位高年資病理科醫(yī)生確診，包含485個肺結(jié)節(jié)，進行回顧性分析，其中良性結(jié)節(jié)73 例，惡性結(jié)節(jié)412例(將不典型腺瘤樣增生列入惡性結(jié)節(jié))。納入標準：1、長徑<3 cm的肺結(jié)節(jié)；2、有薄層胸部CT肺窗圖像，層厚為1 mm;3、有明確的術(shù)后病理。排除標準：1、肺部彌漫性病變；2、不能明確AI判讀結(jié)節(jié)是否為術(shù)后病理結(jié)節(jié)；3、術(shù)前接受過放化療或術(shù)后病理診斷為轉(zhuǎn)移性腫瘤。惡性肺結(jié)節(jié)患者中，男性163例，女性249例，男女比例為0.65 ∶1，平均年齡(58.40±10.10)歲；良性肺結(jié)節(jié)患者中，男性34例，女性39例，男女比例為0.87 ∶1，平均年齡(54.04±11.17)歲。本研究經(jīng)本院倫理委員會批準(LCH-LW-2022004)。

二、材料與設(shè)備

CT圖像設(shè)備為SIEMENS Sensation 64?；颊哐雠P，頭先入，胸骨柄作為定位中心，雙手上舉，患者深吸氣然后屏氣，行胸部CT掃描，掃描范圍肺尖至肋膈角尖端水平，掃描參數(shù)：層厚5 mm，層距5 mm，管電壓120kV，管電流110～500mA。掃描結(jié)束后對病灶部位行肺窗薄層CT重建，層厚1 mm。AI設(shè)備為采用北京推想科技有限公司肺結(jié)節(jié)輔助診斷系統(tǒng)。

三、研究方法

統(tǒng)計滿足納入標準的肺結(jié)節(jié)患者基本信息，包括姓名、性別、年齡，同時統(tǒng)計出術(shù)前行CT引導(dǎo)穿刺活檢得到的病理結(jié)果；將所有患者的薄層胸部CT肺窗圖像導(dǎo)入到我院引入的AI輔助診斷系統(tǒng)(北京推想科技有限公司)，統(tǒng)計得到的AI參數(shù)(結(jié)節(jié)類型、惡性概率、危險程度、長徑)?；颊逜I分析及病理結(jié)果(見表1)。將危險程度高危視為惡性概率高，符合惡性結(jié)節(jié)；危險程度低、中危視為惡性概率低，符合良性結(jié)節(jié)。結(jié)節(jié)性質(zhì)以術(shù)后病理為金標準。

表1 患者AI分析及病理結(jié)果例數(shù)[n(%)]

四、統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 26.0軟件進行統(tǒng)計學(xué)分析。計量資料兩組間比較采用獨立樣本t檢驗，用(均數(shù)±標準差)表示；計數(shù)資料兩組間比較采用χ2檢驗，用百分率(%)表示。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

一、良惡性結(jié)節(jié)之間的比較

分別統(tǒng)計良、惡性結(jié)節(jié)AI惡性程度的準確率以及惡性概率，比較兩者差異，結(jié)果均有顯著統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01，見表2)。

表2 良、惡性結(jié)節(jié)AI惡性概率及準確率對比

二、惡性結(jié)節(jié)之間的比較

將所有惡性結(jié)節(jié)按長徑大小分為三組(≤1cm，1～2cm，>2cm)，再按照結(jié)節(jié)類型分為三組(純磨玻璃結(jié)節(jié)、混雜磨玻璃結(jié)節(jié)、實性結(jié)節(jié))，對結(jié)節(jié)的惡性概率大小及良惡性鑒別的準確率進行統(tǒng)計學(xué)分析(見表3)。結(jié)果顯示，對于惡性混雜磨玻璃結(jié)節(jié)，其長徑值越大，惡性概率越大；對于長徑>1 cm的惡性結(jié)節(jié)，混雜磨玻璃結(jié)節(jié)的惡性概率均要明顯大于純磨玻璃及實性結(jié)節(jié)；以上差異均具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。混雜磨玻璃結(jié)節(jié)的AI準確率均要明顯高于純磨玻璃及實性結(jié)節(jié)，其差異有顯著統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，而純磨玻璃結(jié)節(jié)與實性結(jié)節(jié)準確率之間無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。

表3 不同類型惡性結(jié)節(jié)AI惡性概率及準確率(%)

三、行術(shù)前穿刺活檢

所有患者中，有53人術(shù)前行CT引導(dǎo)下穿刺活檢，這53例患者的AI分析、穿刺結(jié)果及病理結(jié)果(見表4)。以術(shù)后病理結(jié)果為金標準，比較這53名患者穿刺活檢與AI判定的準確率，結(jié)果穿刺活檢與AI準確率分別為90.57%、92.45%，兩者間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(χ2值為0.121，P>0.05)。

表4 穿刺患者相關(guān)結(jié)果例數(shù)[n(%)]

討 論

目前，肺癌是世界上發(fā)病率及致死率均居首位的癌癥，而肺結(jié)節(jié)是肺癌的早期表現(xiàn)，對它的早診早治顯得尤為重要。隨著AI在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，人們逐步開始探索其在肺結(jié)節(jié)早診早治方面的臨床應(yīng)用價值。在肺結(jié)節(jié)的AI良惡性鑒別能力方面，不同學(xué)者得出了不同的結(jié)論，有人認為AI對于肺結(jié)節(jié)的良惡性鑒別診斷的特異性低[8-9]；有人認為AI對低度、中度惡性的結(jié)節(jié)良惡性鑒別的準確率低，對高度惡性結(jié)節(jié)良惡性鑒別的準確率高[10]；而有人則得出AI對低度、中度及高度惡性結(jié)節(jié)的準確率均低的結(jié)論[11]。本研究通過對485個肺結(jié)節(jié)進行回顧性分析，發(fā)現(xiàn)AI對良性結(jié)節(jié)的鑒別準確率較低，而對惡性結(jié)節(jié)的鑒別準確率高，由于這些良性結(jié)節(jié)均為臨床胸外科醫(yī)師及影像科醫(yī)師無法通過CT圖像輕易辨別良惡性的結(jié)節(jié)，因此可見AI在肺結(jié)節(jié)良惡性鑒別方面仍有較高的臨床應(yīng)用價值。

本研究還對惡性結(jié)節(jié)進行了針對性的探索。本研究的新穎之處在于，既往研究尚缺乏AI對于不同類型肺結(jié)節(jié)惡性鑒別能力的具體探究，而本研究結(jié)合肺結(jié)節(jié)的直徑大小，對不同類型肺結(jié)節(jié)進行了針對性探索。將惡性結(jié)節(jié)按照結(jié)節(jié)類型分為純磨玻璃結(jié)節(jié)、混雜磨玻璃結(jié)節(jié)以及實性結(jié)節(jié)三組，探究AI對不同類型結(jié)節(jié)的分析結(jié)果是否具有統(tǒng)計學(xué)意義。結(jié)果顯示，AI對于混雜磨玻璃結(jié)節(jié)良惡性鑒別的準確性要明顯高于純磨玻璃及實性結(jié)節(jié)，因此在臨床上，對于混雜磨玻璃結(jié)節(jié)，在臨床上應(yīng)用AI對其進行良惡性鑒別的應(yīng)用價值要明顯高于純磨玻璃及實性結(jié)節(jié)。有研究顯示良惡性結(jié)節(jié)的長徑、最大面積、體積、平均CT值及惡性概率差異均有統(tǒng)計學(xué)意義[12]，于是本研究專門對不同類型惡性結(jié)節(jié)間長徑值進行了統(tǒng)計研究，針對惡性結(jié)節(jié)的長徑及惡性概率之間的相關(guān)性進行分析，發(fā)現(xiàn)混雜磨玻璃結(jié)節(jié)的長徑值越大，其惡性概率越高；而且對于長徑>1 cm的結(jié)節(jié)，混雜磨玻璃結(jié)節(jié)的惡性概率均要明顯大于純磨玻璃及實性結(jié)節(jié)，這也與目前混雜磨玻璃結(jié)節(jié)的惡性率最高的臨床現(xiàn)狀相符合[13]；也有研究[14-15]顯示，混雜磨玻璃結(jié)節(jié)的直徑越大，其惡性概率及惡性程度越高，結(jié)節(jié)證實為肺浸潤性腺癌的可能性越大。這也再一次顯示出AI在肺結(jié)節(jié)診斷方面有較高的臨床應(yīng)用價值，對于混雜磨玻璃結(jié)節(jié)尤為顯著，且長徑對混雜磨玻璃結(jié)節(jié)的鑒別能力有一定的參考價值。

目前臨床上對于肺結(jié)節(jié)術(shù)前穿刺活檢的價值高低有一定的爭議，與AI相比，穿刺活檢作為一種有創(chuàng)操作，存在著許多弊端[16-17]，其一，它存在肺出血、氣胸及針道種植轉(zhuǎn)移的風(fēng)險；其二，穿刺結(jié)果存在假陰性，即使穿刺出良性結(jié)果，還是難以確診。因此本研究專門對比了AI良惡性結(jié)果與術(shù)前CT引導(dǎo)下穿刺活檢病理結(jié)果，探究AI在臨床上是否可替代術(shù)前穿刺活檢，結(jié)果表明，AI與穿刺活檢的準確率差異無統(tǒng)計學(xué)意義，故AI是否可以替代穿刺活檢作為患者肺結(jié)節(jié)良惡性鑒別的手段仍不確定。但本研究的術(shù)前穿刺活檢患者數(shù)量較低，仍存在一定的局限性，可收集更多數(shù)量的樣本做進一步的統(tǒng)計學(xué)分析。

本研究的局限性：1.僅采用一種AI輔助診斷系統(tǒng)，有待進一步完善；2.每位患者的肺部狀況及身體狀況各不相同，未進行細致的對比排查。

綜上所述，AI對于良性結(jié)節(jié)的鑒別能力較低，應(yīng)用AI對混雜磨玻璃結(jié)節(jié)進行良惡性鑒別有較高的臨床應(yīng)用價值，且長徑對混雜磨玻璃結(jié)節(jié)的鑒別能力有一定的參考價值，但AI在臨床上是否可以代替穿刺活檢仍不確定。