深度卷积网络骨抑制成像（deepBSI）与多种影像方法对肺结节诊断效能的临床研究

发布时间：2020-05-12 10:16

【摘要】：肺癌是世界范围内患病率和病死率最高的恶性肿瘤,严重危害人类健康。早期筛查及早期诊断,是降低肺癌死亡率的关键。影像学检查是肺癌筛查及诊断最常用方法。目前影像学检查方法主要包括普通胸部X线片、计算机体层X线摄影(Computedtomograhy,CT)等。常规胸部CT是肺癌定性、分期诊断及治疗后随访的最常用检查方法,但辐射剂量偏大,不宜作为肺癌筛查首选方法。胸部X线片价格便宜、简便易行、辐射剂量低,是胸部最基本检查方法。早期肺癌在胸部平片上常表现为孤立性小结节,然而,胸片上解剖结构重叠多,肺部病灶易被遮挡,检出敏感度低,多项研究报道肺结节的漏诊主要是因被骨骼结构遮挡。随着影像技术的进展,在DR基础上,衍生了一些更加完善的成像技术,包括双能量减影技术(Dual energy substraction,DES)、深度卷积网络骨抑制成像(deep bone suppression imaging,deepBSI)技术及数字化断层融合技术(Digitaltomosymthesis,DTS)。本研究的目的在于通过分析胸部DR、deepBSI、DES及DTS四种检查方法对肺结节的检出能力,以CT作为评判的相对金标准,综合评估上述四种检查方法在肺结节筛查中的临床应用价值。课题分为两部分,第一部分研究四种检查方法对肺结节的检出率;第二部分应用ROC曲线评价四种检查方法对孤立性肺结节(SPN)的诊断效能。一、材料与方法1、病例资料收集我院2016.12～2017.09行胸部DR检查患者288例,年龄18～70岁。所有患者均行DR、DES、DTS检查,DR图像均进行deepBSI后处理。以胸部CT为相对金标准,诊断肺结节病例155例,空白对照组133例。155例中孤立性肺结节(Solitary pulmonary nodule,SPN)126例,多发结节29例,共检出结节305个。由3位低年资及3位高年资共6位放射科医师参与实验研究。126例孤立性肺结节分类:按结节分布位置分为三组:上、中、下肺野;按结节与肋骨重叠面积分为两组:50%,50%;按结节直径分为三组:6mm,6～10mm,10mm。2、检查设备DR、DES及DTS均应用GE Discovery XR656 X射线系统。BSI成像采用深度卷积网络骨抑制成像(deepBSI)技术模型。3、肺野分区将每侧肺野以第2前肋下缘及第4前肋下缘为界分为上、中、下肺野3个区域。4、评分标准评分采用0～100分制,0分代表肯定无结节,100分代表肯定有结节。0～20分:趋近肺内无结节;21～40分:肺内可能不存在结节;41～60分:肺内可能存在结节;61～80分:肺内高度可能存在结节;81～100分:趋近肯定有结节。5、阅片方法显示器:EIZOG22型(3M)医用双屏液晶显示器。PACS系统:南方医科大学自主研发的南方PACS系统。6位医师进行独立双盲阅片:采取DR图像→deepBSI图像→DES图像→DTS图像的阅片顺序,观察内容:包括两个部分,第一部分:DR、deepBSI、DES、DTS四种图像分别显示结节数目。第二部分:对DR、deepBSI、DES、DTS四种图像中肺结节存在肯定度进行信心评分。在正式实验前通过预实验使每位医师熟悉判断标准、观察内容及操作流程。6、统计学分析第一部分,按医师年资不同,将医师分为低、高年资两组,对组与组之间的观察结果进行χ2检验,P0.05认为有统计学差异,比较DR、deepBSI、DES、DTS四种方法肺结节检出率。第二部分,按医师年资不同,按结节分布位置不同,按结节大小不同,按结节与肋骨重叠面积不同,分别对组与组之间的观察结果进行Z检验,P0.05认为有统计学差异,应用ROC曲线分析四种方法对SPN的诊断效能。二、第一部分结果1、不同年资医师四种检查方法肺结节检出数目DR、deepBSI、DES、DTS四种检查方法下,低年资医师结节检出数目分别为148、191、192、229;高年资医师结节检出数目分别为195、234、231、277。2、胸部DR、deepBSI、DES、DTS四种检查方法肺结节检出率对比6位医师四种方法肺结节检出率均不全相同(χ2=50.910,P=0.000)。deepBSI、DES、DTS结节检出率均高于DR(P0.05)。3、当医师年资不同,四种检查方法结节检出率比较低年资医师DR、deepBSI、DES、DTS四种方法总体检出率分别约48.52%、62.62%、62.95%、75.08%,高年资医师总体检出率分别约63.93%、76.72%、75.74%、90.81%,四种方法下高年资医师结节检出率均高于低年资,均具有统计学差异(P0.05)。deeBSI、DES、DTS相比于DR结节检出率提高幅度,低年资均大于高年资医师。三、第二部分结果1、6位医师,DR、deepBSI、DES、DTS四种检查方法SPN的ROC曲线下面积分别约 0.760、0.882、0.884、0.946。2、不同检查方法下医师诊断SPN的ROC曲线下面积分析6 位医师,deepBSI、DES、DTS 的 AUC 值均高于 DR,DTS 高于 deepBSI、DES,均有统计学差异(P0.05)。deepBSI、DES的AUC值相似,无统计学差异。3、不同年资医师诊断SPN的ROC曲线下面积分析①DR、deepBSI、DES、DTS四种方法下,高年资医师诊断SPN的AUC值均高于低年资医师,均有统计学差异(P0.05)。②当SPN位于上肺野,四种检查方法下,高年资AUC值均高于低年资医师,但均不具有统计学差异(P0.05)。③当SPN位于中肺野,四种检查方法下,高年资与低年资医师间差异均具有统计学意义(P0.05)。④当SPN位于下肺野,高年资四种检查方法AUC值均高于低年资医师,其中使用DR、BSI检查方法下有统计学差异,使用DES、DTS方法无统计学差异(P=0.0843,0.0602)。⑤deepBSI、DES、DTS三种方法与DR的AUC值差值,低年资医师均大于高年资。4、当SPN位于不同肺野,医师诊断SPN的ROC曲线下面积分析①当SPN位于上肺野时,6位医师、3位高年资医师deepBSI、DES、DTS诊断SPN的AUC值均高于DR,DTS均高于deepBSI、DES,均有统计学差异。低年资医师DTS高于deepBSI、DES,但均不具有统计学差异(P=0.0857,0.0729)。②当SPN位于中肺野时,6位医师、3位低及高年资医师deepBSI、DES、DTS诊断SPN的AUC值均高于DR,DTS高于deepBSI、DES,均有统计学差异。③当SPN位于下肺野,6位医师、3位低年资医师deepBSI、DES、DTS诊断SPN的AUC值均高于DR,DTS的高于deepBSI、DES,均有统计学差异。高年资医师deepBSI、DTS两种方法下诊断SPN的AUC值分别约0.875、0.929(P=0.0622)。5、当SPN与肋骨重叠面积不同,医师诊断SPN的ROC曲线下面积分析①当SPN与肋骨重叠面积50%或50%,6位医师、3位低及高年资医师deepBSI、DES、DTS 诊断 SPN 的 AUC 值均高于 DR,DTS 均高于 deepBSI、DES,均有统计学差异。②与肋骨重叠面积50%与50%相比,6位医师deepBSI、DES、DTS与DR的AUC值差值,前者大于后者。6、当SPN直径不同时,医师诊断SPN的ROC曲线下面积分析①当SPN直径小于6mm及直径6～10mm时,6位医师、3位低及高年资医师 deepBSI、DES、DTS 诊断 SPN 的 AUC 值均高于 DR,DTS 均高于 deepBSI、DES,均有统计学差异。②当SPN大于10mm时,6位医师、3位低年资医师deepBSI、DES、DTS诊断SPN的AUC值均高于DR,DTS均高于deepBSI、DES,均有统计学差异(P0.05)。高年资医师,deepBSI、DES、DTS诊断SPN的AUC值均高于DR(P0.05)。DTS高于deepBSI、DES,但均不具有统计学差异(P=0.0858,0.0945)。③当SPN直径6mm与6mm相比时,前者6位医师、3位低及高年资医师 deepBSI、DES、DTS 与 DR 的 AUC 值差值大,前者 DTS 与 deepBSI、DES的AUC值差值大。7、对于不同年资医师,在不同分类下,deepBSI及DES诊断SPN的AUC值均相似,无统计学差异(P0.05)。四、结论1、总体上,deepBSI、DES、DTS三种方法结节检出率及诊断效能均优于DR,DTS均优于deepBSI、DES,deepBSI与DES结节检出率及诊断敏感性始终相似。当结节位于中上肺野,结节与肋骨重叠面积越大,结节直径越小时,deepBSI、DES、DTS三种方法优势更显著,另外应用这三种方法对低年资医师帮助更大。2、目前尚没有BSI、DTS两种技术的应用对比研究报道,DTS与deepBSI相比,DTS更有助于提高肺内结节检出率及诊断效能,尤其是位于中肺野结节以及直径小于6mm结节。当结节位于下肺野时,DTS图像上易产生呼吸运动伪影,并无明显优势。DTS与DES相比,DTS更有助于提高肺内结节检出率及诊断效能,尤其是对位于中肺野结节以及直径小于6mm结节。当结节位于上及下肺野时,DTS无明显优势,这与DTS图像受体层限制及下肺野呼吸运动伪影较多有关。3、DR是目前胸部检查最常用方法,但仅观察DR片,病灶易误诊及漏诊,当DR片上存在可疑病灶或鉴别诊断困难时,deepBSI、DES、DTS这三种方法可作为进一步的检查手段。DES、DTS主要适用于:在DR图像中出现可疑病变、部分病灶鉴别诊断困难及原有肿瘤病史患者的复查。对高危人群中的早期肺癌筛查亦有一定帮助,但其能否降低肺癌死亡率还需进一步考究。相比于DR,DES、DTS需增加辐射剂量及需安装额外机器设备,需患者控制呼吸,不适用于肺内严重疾患、肥胖者及呼吸控制不良患者,是否能广泛应用于普通人群的常规胸部检查还需进一步进行多中心临床验证。4、基于深度学习卷积网络骨抑制(deepBSI)技术无需额外增加辐射剂量及安装机器设备,作为一种计算机后处理软件,可自动分解任何一张胸片得到单纯软组织及骨组织像,适用于任何需行胸部DR检查的疾病,临床应用前景可观。
【图文】：

男性,清晰显示,毛刺

图１－２男性，５１岁，右上肺淲癌逡逑Ｆｉｇ邋１－２邋ｍａｎ，５１邋ｙｅａｒｓ，ｌｕｎｇ邋ｃａｎｃｅｒ邋ｉｎ邋ｔｈｅ邋ｒｉｇｈｔ邋ｕｐｐｅｒ邋ｌｏｂｅ逡逑图ｌ－２ａ、ｃ：邋ＤＲ示右下肺可见分叶状肿块影，，病灶形态及细微征象均未能清晰显示。逡逑图ｌ－２ｂ、ｄ：邋ＤＥＳ能清晰显示病灶的形态，可见长短不一毛刺，分叶征象更明确明确。逡逑图ｌ－２ｅ、ｇ：邋ｄｅｅｐＢＳＩ能清晰显示病灶的形态，可见长短不一毛刺，分叶征象更明确。逡逑图ｌ－２ｆ、ｈ：邋ＤＴＳ更清晰显示病灶的形态，毛刺及分叶征象更明确，还可见胸膜牵拉。逡逑

结节,男性,第四,性质

ｄｅｅｐＢＳＩ单一软组织像剔除了骨骼等结构的干扰，提高了对肺内正常影像解逡逑剖结构的分辨率，如血管、气管、支气管等，同时有利于观察肺内病灶的形态、逡逑边缘等特性，可提高病灶检出率（见图１－２）。本研究中，６位医师ｄｅｅｐＢＳＩ总体逡逑２２逡逑
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R734.2;R730.44

【参考文献】