AI辅助下的病变体积评估在新型冠状病毒肺炎临床分型中的应用价值.pdf

基金项目：内蒙古自治区高等学校科学技术研究项目（）；包头医学院科学研究基金项目（）通讯作者：罗琳【临床医学】辅助下的病变体积评估在新型冠状病毒肺炎临床分型中的应用价值王海静，陈强，罗琳（内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院，内蒙古 包头 ）摘要 目的：探讨人工智能（）在不同临床分型新型冠状病毒肺炎 影像定量评价中的应用价值。方法：以 年 月到 年 月间进行胸部 检查的 例 患者为研究对象，并分为重症组 例和非重症组 例。收集并回顾性分析患者的一般资料及影像学信息，并在“新冠肺炎 影像 定性辅助诊断系统”的辅助下测量并计算各研究对象的病变体积分数、磨玻璃密度影（，）体积分数、实变影体积分数、实变影体积分数以及铺路石征体积分数。采用 检验的方法进行两组数据的比较；采用受试者工作特征曲线（）评估上述指标对重症型患者的诊断效能。结果：两组研究对象的病变体积分数和 体积分数差异具有统计学意义（），而两组实变影体积分数、实变影体积分数以及铺路石征体积分数的差异无统计学意义（）。病变体积分数和 体积分数进行 临床分型的敏感度分别为 、，特异度分别为 、。结论：辅助下测量的病变体积分数和 体积分数是进行 临床分型的敏感指标。关键词 新型冠状病毒肺炎；人工智能；电子计算机断层扫描 ：，（，）：（）：，年第 卷第 期 “”（）：（），（），：；新型冠状病毒肺炎（，）疫情在全球暴发以来，对世界各国的经济以及个人的生命健康造成了极大的影响 。在我国的严格管控下，患者通常能够被及时发现、诊断并治疗，因此入院患者临床分型也多为轻型或普通型，重型和危重型相对较少。胸部 对于新冠肺炎的诊断发挥了重要作用。胸部 不仅可用于 的诊断，还广泛用于评估疾病的严重程度，监测 患者的病情进展，以及评估可疑的并发症 。目前评价 严重程度的方法各有不同，最常用的是以病变面积为主要指标 。这种评价方法仅通过主观视觉判断病灶的分布范围，必定会造成结果的偏差。人工智能（）软件可帮助放射科医生量化 的病灶体积，从而减少这种测量上的偏差 。本研究通过人工智能软件评估不同临床分型 患者的肺炎体积分数，探索一种相对简单、客观且高效的 严重程度的影像学评价方法。资料与方法 临床资料及分组回顾性收集呼和浩特市第二医院及内蒙古自治区人民医院 年 月到 年 月经核酸检测确诊为 感染并进行胸部 检查的患者共计 例，包括轻型 例、普通型 例、重型 例、危重型 例。将 有异常表现的轻型和普通型合并为非重症组，重型和危重型合并为重症组。收集患者的信息包括年龄、性别、临床分型和 影像信息。纳入病例需排除以下影响人工智能软件分析病灶体积的因素：（）因呼吸伪影导致患者图像质量差者；（）合并肺部其他病变者，如肺不张、肺结核、肺肿瘤等；（）影像学表现为阴性的 患者；（）人工智能识别病灶错误或未能识别的患者。本研究为回顾性研究，因此伦理委员会豁免了对受试者的知情同意书。诊断标准根据 新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第 版）的临床分型标准，将 分为轻型、普通型、重型及危重型。检查方法采用 层螺旋 ，患者采取仰卧位，于吸气末期扫描，扫描范围从肺尖到肺底，管电压为 ，管电流为 ，矩阵 ，层距、层厚均为 。采用标准肺窗（窗位 ，窗宽 ）和纵隔窗（窗位 ，窗宽 ）观察图像，后处理重建层厚为 。图像分析利用“新型冠状病毒肺炎 影像 定性辅助诊断系统”（），在高分辨率肺窗图像上对双肺炎性病灶进行自动识别、勾画，并自动计算出双肺总体积、病变体积、磨玻璃密度影（，）体积、实变影体积、实变影体积以及铺路石征体积。再计算病变体积分数（病变体积 双肺总体积）、体积分数（体积 病变体积）、实变影体积分数（实变影体积 病变体积）、年第 卷第 期 实变影体积分数（实变影体积）病变体积 以及铺路石征体积分数（铺路石征体积 病变体积），具体如图 所示。图 新冠肺炎 影像 定性辅助诊断系统工作界面 统计学分析采用 统计软件进行统计学分析。对于连续性资料先进行正态性检验（检验）和方差齐性检验（检验），符合正态分布的连续性资料以均数 标准差（）的形式表示，非正态分布资料以中位数（）及四分位间距（，）的形式表示。符合正态分布的连续性变量采用 检验的方法进行数据的比较；非正态分布的连续性变量采用 检验的方法进行数据的比较。采用接受者操作特性曲线（，）评估各参数指标对重症型 的诊断效能。当曲线下面积（，）时认为诊断价值较高；当 时认为诊断价值为中等；当 时认为诊断价值较低。所有比较都是双尾的，以 为差异具有统计学意义。结果 一般资料根据纳入和排除标准，本研究共纳入研究对象 例，包括重症组 例、非重症组 例。其中重症组包括男性 例、女性 例，年龄 岁、平均年龄 岁；非重症组男性 例、女性 例，年龄 岁、平均年龄 岁。在胸部 影像学表现中，、实变、实变及铺路石征的发生率分别为 、。重症组与非重症组患者病变体积分数的比较重症组病变体积分数的中位数高于非重症组（），非重症组 体积分数的中位数高于重症组（），实变影体积分数、实变影体积分数以及铺路石征体积分数两组相比差异均无统计学意义（）。见表 。表 重症组与非重症组患者病变体积分数的比较（）组别病变体积分数 （）体积分数 （）实变体积分数 （）实体积分数 （）铺路石征体积分数 （）重症组 （，）（，）（，）（，）（，）非重症组 （，）（，）（，）（，）（，）病变体积分数对 分型的效能利用病变体积分数进行 患者临床分型的 曲线分析，结果显示 为 ，约登指数是 ，敏感度为 ，特异度为 （图 ）。利用 体积分数进行 临床分型的 为 ，约登指数是 ，敏感度为 ，特异度为 （图 ）。图 病变体积分数及 体积分数的 曲线注：病变体积分数的 曲线，为 ；：体积分数的 曲线，为 讨论冠状病毒是一种单链 病毒，流行于包括人类在内的许多哺乳动物中。冠状病毒在自然界中具有高度传染性，并会导致高病死率 。进入 世纪以来，人类经历了 次致命性的冠状病毒大流行：严重急性呼吸系统综合征（年第 卷第 期 ，）、中东呼吸系统综合征（，）和 。流行导致了更多的感染者和死亡者，被认为是所有疫情中最严重的一次 。与 和 相似，在发病时可引起发热、咳嗽、呼吸短促，并导致急性呼吸窘迫综合征（，）。患者胸部 的主要影像学表现包括 、实变、和实变共存、铺路石征，还会出现空气支气管征、小叶间隔增厚、血管增粗、支气管扩张、纵隔淋巴结肿大等改变 。随着时间推移，全世界公布的新型冠状病毒基因组信息迅速增加，越来越多的变异株被发现 。变异株具有传染性强、潜伏期短、对血管紧张素转换酶（，）受体亲和力增强、降低单克隆抗体治疗敏感性等特点 。本研究对象感染的病原体主要为 型突变株，目前普遍认为该型变异株传播能力较强，但致病力相对较弱。主要根据影像学表现进行分期 ：（）早期，多表现为单发或多发磨玻璃影、结节，病变多在双肺中、下叶胸膜下分布；（）进展期，常出现新病灶；原有病变多数病灶范围扩大，病灶内出现大小、程度不等的实变，有结节和晕征，实变病灶内可见空气支气管征；（）重症期，病变进一步进展，双肺弥漫性实变，双肺大部分受累时呈“白肺”表现；（）消散吸收期，表现为病灶范围缩小，密度减低，病灶数量减少，病变可完全吸收，或演变为纤维化的索条影。患者的影像学分期和临床分型无法进行准确匹配，影像学表现为早期的 患者临床分型可能是重型，而影像学表现为进展期 患者也可能是临床分型中的普通型。造成影像与临床不相匹配的因素是多方面的，但不可否认的是目前发表的研究多根据病变面积和特征进行影像学分期 ，缺乏对病变体积的测量，因此所提供的信息缺乏准确性。新近发表的研究表明，在评估 严重程度方面，定量 参数的准确性明显优于半定量视觉评分 。本研究提供了一个比视觉评估相对准确的方法，利用“新冠肺炎 影像 定性辅助诊断系统”，能够对肺组织和病变进行三维重建，从而测量病变体积以及病变占肺体积的百分比。其次，在 的辅助下临床医师可以对新冠肺炎患者胸部 影像常见表现中的 、实变影、实变影、铺路石征等进行区分，并获得这些病变的体积所占病变总体积的百分比，通过量化评估 患者的严重程度，给临床分型提供较为准确的信息。本研究应用人工智能软件自动识别和定量计算 例患者的病变体积分数、体积分数、实变影体积分数、实变影体积分数以及铺路石征体积分数，结果发现重症组病变体积分数高于非重症组，表明病变体积在评估 不同临床分型中有应用价值，与文献报道一致 。重症组的 体积分数低于非重症组，而实变影体积分数、实变影体积分数以及铺路石征体积分数差异无统计学意义（），可能是因为胸部 影像表现 发生率高（），而实变影（）、实变影（）以及铺路石征（）发生率均较低。此外，以病变体积分数及 体积分数诊断 重症组的 分别为 、。病变体积分数以阈值 诊断 重症组有较高的准确性，其敏感度及特异性均较高。体积分数诊断 重症组的准确性低于病变体积分数，其敏感度相对较低，但特异性较高。病变体积分数及 体积分数均能较好地鉴别重症组与非重症组的患者。但本研究重症组患者较少，仅占全部研究对象的 ，因此未来仍需扩大样本量以进一步证实。综上所述，应用人工智能技术可以测量病变体积，从而量化评估疾病严重程度，为临床分型提供更准确的信息。在人工智能的辅助下，胸部 能更好地在 的诊断和病情监测中发挥重要作用。（下转第 页）年第 卷第 期 李萍，张小兰，熊茂林集束化护理在预防脑卒中软瘫期康复患者肩关节半脱位中的应用 当代护士（上旬刊），（）：李仪秀，李武芬，方海雁，等集束化护理改善脑卒中后吞咽障碍的系统评价 循证护理，（）：杨莹莹集束化护理对老年急性脑梗死合并低钠血症患者营养状态的影响 黑龙江医学，（）：黄凤英，秦秀英，宁炳雯集束化护理干预在脑卒中患者预防压疮发生的临床效果评价 护理实践与研究，（）：朱婷婷，田晓玲，刘蕊蕊，等集束化护理对脑卒中合并吞咽功能障碍患者的影响 齐鲁护理杂志，（）：廖晓琴，彭山玲，巴珍妮，等集束化护理对脑卒中吞咽功能障碍患者干预效果的 分析 现代医药卫生，（）：王磊杰，王慧凯，王发进，等人文关怀护理在脑卒中后抑郁患者中的应用研究 当代护士（上旬刊），（）：（收稿日期：櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂櫂）（上接第 页）参考文献 ，（）：，（）：，（）：，（），（）：，：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：史河水，韩小雨，樊艳青，等新型冠状病毒（）感染的肺炎临床特征及影像学表现 临床放射学杂志，（）：蒋潘虹，阮嘉雯，俞慕华，等新型冠状病毒（）变异的研究进展 中国人兽共患病学报，（）：芦鸿曦，刘刚，陈歆世界卫生组织关注的新型冠状病毒变异株病毒学特征分析 新发传染病电子杂志，（）：中华医学会放射学分会 新型冠状病毒肺炎的放射学诊断：中华医学会放射学分会专家推荐意见（第一版）中华放射学杂志，（）：，：，：，（）：，（）：，（）：（收稿日期：）年第 卷第 期