本文旨在研究計算機輔助診斷系統(CAD)對數字化胸片肺結節早期檢出的臨床應用價值。從四川大學華西醫院影像傳輸與存儲系統(PACS)數據庫中隨機抽取直徑5~20 mm的肺結節患者數字化胸片(DR)100例作為受檢組,另外抽取200例正常胸片作為對照組,所有病例均經CT檢查證實。由我科5名不同年資醫師先不用CAD系統輔助進行診斷,三個月后再用CAD系統輔助重新診斷。對照兩次診斷結果,以CT結果為金標準,分析CAD系統對肺部小結節檢測的敏感性、特異性等指標的提高情況。結果顯示,使用CAD系統對數字化胸片肺結節檢出的敏感性和特異性等都有一定的影響,特別是有提高特異性的趨勢,但差異未顯示統計學意義。
引用本文： 秦菊, 白紅利, 劉暢, 余建群, 張洪靜, 張澤江, 李為民, 張麗芝. 計算機輔助診斷在數字化胸片肺結節早期檢出中的應用. 生物醫學工程學雜志, 2014, 31(5): 1117-1120. doi: 10.7507/1001-5515.20140210 復制
引言
肺癌是危害人類健康的主要腫瘤性疾病，早期診斷、早期治療對提高患者的五年生存率至關重要[1]。利用數字化胸片(digital chest radiograph,DR)對健康人群或高危人群進行篩查是目前早期發現肺癌的主要手段，但放射科醫師依靠個人技術和經驗在讀片過程中會出一定的假陽性及假陰性，因此，研究人員利用計算機輔助診斷(computer-aided diagnosis，CAD)系統來提示DR胸片中存在的可疑結節區域，提高肺小結節的早期檢出率，對肺癌的早期診斷具有十分重大的意義[2-3]。IQQA Chest作為一種新一代的CAD工具，在美國、歐洲已經有多家重要研究中心，連續多年從不同角度對該系統的臨床價值做了研究，但我國在這方面的研究還比較少[4-5]。本研究的目的是進一步評價IQQA Chest在中國人DR胸片肺結節早期檢出中的應用價值。
1 資料與方法
1.1 資料
從四川大學華西醫院影像傳輸與存儲系統(Pictures Archiving and Communication System,PACS)中任意抽取2012年10月~2013年3月的300例DR胸片。其中100例含有5~20 mm肺部結節的胸片作為實驗組，患者中男58例，女42例，年齡16~81歲，平均年齡54.69歲，經計算機斷層成像(computed tomography,CT)證實符合5~20 mm標準的結節127個。另200例正常DR胸片作為對照組，受檢者中男132例，女68例，年齡30~81歲，平均年齡47.81歲。所有結節診斷均經胸部螺旋CT檢查證實。
1.2 方法
本研究所用CAD系統--IQQA Chest，已通過中國SFDA、美國FDA及歐盟CE等多方國際認證，是經過前瞻性臨床試驗證實的數字胸片專用CAD產品。該系統支持DICOM格式兼容的數字胸片病例選擇和輸入，智能方式自動對可疑結節影像進行強化提示，具有動態區域對比增強顯示模式和肺結節特定的增強顯示模式。軟件支持感興趣區分析，病灶/結節可自動分割或手動描邊，基于結節分割結果，即時自動計算及顯示結節定量分析信息，并用圓圈劃出可疑結節所在區域(圖 1)。
圖1
右肺下野CAD結果
系統自動勾勒出結節區域
Figure1. CAD result for right lower pulmonary nodulethe CAD system automatically circles the outline of nodular lesions
分別安排我科多名醫生在不知道CT結果的情況下獨立讀片，其中低年級住院醫師兩名，高年級住院醫生三名。首先，在不使用CAD系統的情況下，由各位醫師獨立進行一次讀片，三個月后再分別使用CAD系統輔助重新讀片一次。記錄兩輪讀片結果以及讀片時間。以CT診斷為“金標準”。采用IBM SPSS Statistics 19.0統計學軟件，定性資料采用χ2檢驗，定量資料采用t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 肺部結節檢出情況
實驗組100例胸片中，在不使用CAD系統的情況下，全組醫生檢出肺部結節496個，人均檢出99.2個；3位高年級醫生分別檢出108、106和98個，人均檢出104.0個；2位低年級醫生分別檢出98和86個，人均檢出92.0個。使用CAD系統的情況下，全組檢出肺部結節493個，人均檢出98.6個；3位高年級醫生分別檢出107、104和98個，人均檢出103.0個；2位低年級醫生分別檢出94和90個，人均檢出92.0個。
對照組200例正常胸片中，在不使用CAD系統的情況下，全組檢出肺結節84個，平均16.8個；3位高年級醫生分別檢出31個、26個和12個，平均23.0個；低年級醫生分別檢出3和12個，平均7.5個。使用CAD系統的情況下，全組檢出肺部結節34個，平均6.8個，高年級醫生分別檢出13、10和5個，平均9.3個；低年級醫生分別檢出1和5個，平均3.9個。假陽性的產生主要為以下幾種情況：① 肺血管軸位、肋軟骨鈣化等正常結構的投影；② 肋骨內骨島、肋骨骨折后改變等一些良性病變的重疊影像；③ 體外小結節如小紐扣、衣服配飾等物品影像重疊等。
2.2 CAD系統對胸片診斷的敏感性和特異性的影響
采用CAD系統前后對胸片的診斷結果如表 1、表 2所示。由此算得，在未使用CAD系統的情況下，全組診斷敏感性、特異性和準確率分別為83.6%、91.8%和89.1%，其中高年級醫生分別為87.3%、88.8%和88.3%，低年級醫生分別為78.0%、96.2%和90.2%；在使用CAD系統的情況下，全組診斷敏感性、特異性和準確率分別為84.4%、96.8%和92.7%，其中高年級醫生分別為88.0%、95.3%和92.9%，低年級醫生分別為79.0%、99.0%和92.3%。
表1
未使用CAD的情況下對胸片的診斷結果
Table1.
Diagnostic outcome for digital chest X-ray without CAD system
表2
使用CAD的情況下對胸片的診斷結果
Table2.
Diagnostic outcome for digital chest X-ray with CAD system
2.3 獨立讀片和參考CAD閱片結果自身比較
5位醫生獨立讀片和參考CAD閱片自身比較結果見表 3，兩種方式間差異無統計學意義(P＞0.05)，即CAD系統對胸片的診斷結果無明顯影響。
表3
5位醫生獨立讀片和參考CAD閱片結果比較
Table3.
Comparison of diagnosis of the five doctors without or with CAD
2.4 CAD系統對于DR讀片時間的影響
5位醫生未使用CAD系統時的平均閱片時間為72 s/例，使用CAD系統后平均閱片時間為80 s/例，兩組間差異無統計學意義(P＞0.05)。
3 討論
CAD系統是將計算機技術和醫學圖像處理及PACS系統結合在一起，輔助影像科醫師發現病灶，并提高診斷的準確率。隨著影像學肺癌篩查的研究進展，人們越來越關注CAD系統在肺結節檢出中的應用。CAD系統可以將DR胸片上可疑肺結節所在的區域勾勒出來，提醒醫生注意，再由醫生進一步判斷是否為病變，從而避免因患者的個體差異或醫生的經驗不足或疏忽而造成漏診及誤診，最終提高診斷的準確率。本研究結果表明，CAD系統對于DR胸片肺部小結節檢出的敏感性及特異性均有不同程度的影響，而且對于特異性的影響較明顯，表現在對假陽性結節有一定排除效果。分析其原因可能是對某一疑似結節區域，在未使用CAD系統時，醫生傾向于判定為陽性診斷來避免漏掉可疑的病灶，這使得假陽性的發生率較高，而當CAD系統顯示為陰性時，結合醫生自身的經驗，則更有把握判斷該疑似結節區域為陰性，從而降低假陽性。但本組結果尚未顯示使用CAD系統對診斷結果的影響有統計學意義，可能與本研究樣本數量較少、參與醫生人數較少有關，尚須擴大樣本量進一步觀察。國外更多的研究證實[4-8]，由于不同醫生診斷水平和臨床經驗的個體差異，其診斷結果也有一定的差異，在人眼容易遺漏的部位，CAD系統能夠有效提示并輔助醫師提高檢測效率，從而幫助醫生在數字胸片上識別更多的病灶，特別是一些容易被忽略的小病灶，同時CAD系統能保持很好的一致性。
運用CAD系統時也有局限性，會產生較多的假陽性以及一定的假陰性，讀片時需要醫生結合自身的醫學知識及經驗進行判斷。主要的假陽性結節包括肺血管軸位投影、肋軟骨鈣化、肋骨內骨島、肋骨骨折后改變以及體外影像重疊，對于這些假陽性病變，醫生可以很容易地判斷并排除，不會影響診斷的準確率。假陰性的產生主要是由于該CAD工具本身的系統設定及DR密度分辨率的限制。其軟件程序設定只能顯示5~20 mm大小結節，小于5 mm的結節CAD通常不能分辨。如果結節較大，CAD工具也不會予以提醒，但這樣的結節肉眼非常容易發現，所以在讀片時對于計算機沒有圈出的部位也要全面觀察。而在5~20 mm直徑范圍內的結節，少數密度比較淡薄的病灶，因為DR密度分辨率的限制，不管是否使用CAD系統，在DR胸片上可能均無法檢出，只有CT檢查才能發現。
目前，CAD在歐美國家已經成為醫學成像和放射診斷學的主要研究課題之一，已應用于各種影像學檢查，包括DR、CT、磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)、超聲造影術等，是一種有效的篩查手段。CAD已不僅用于肺結節的檢測，也有研究用CAD系統來幫助判斷病變的良惡性。Shiraishi等[9]的研究結果表明，運用CAD系統區分良惡性肺結節，其準確率高于大部分有經驗的醫生(P＜0.002)。因此，將來需要擴大樣本量對CAD系統進行更加深入的研究，除了進一步提高診斷的準確度外，還可運用在病變的定性方面，將其臨床應用范圍進一步擴大。
引言
肺癌是危害人類健康的主要腫瘤性疾病，早期診斷、早期治療對提高患者的五年生存率至關重要[1]。利用數字化胸片(digital chest radiograph,DR)對健康人群或高危人群進行篩查是目前早期發現肺癌的主要手段，但放射科醫師依靠個人技術和經驗在讀片過程中會出一定的假陽性及假陰性，因此，研究人員利用計算機輔助診斷(computer-aided diagnosis，CAD)系統來提示DR胸片中存在的可疑結節區域，提高肺小結節的早期檢出率，對肺癌的早期診斷具有十分重大的意義[2-3]。IQQA Chest作為一種新一代的CAD工具，在美國、歐洲已經有多家重要研究中心，連續多年從不同角度對該系統的臨床價值做了研究，但我國在這方面的研究還比較少[4-5]。本研究的目的是進一步評價IQQA Chest在中國人DR胸片肺結節早期檢出中的應用價值。
1 資料與方法
1.1 資料
從四川大學華西醫院影像傳輸與存儲系統(Pictures Archiving and Communication System,PACS)中任意抽取2012年10月~2013年3月的300例DR胸片。其中100例含有5~20 mm肺部結節的胸片作為實驗組，患者中男58例，女42例，年齡16~81歲，平均年齡54.69歲，經計算機斷層成像(computed tomography,CT)證實符合5~20 mm標準的結節127個。另200例正常DR胸片作為對照組，受檢者中男132例，女68例，年齡30~81歲，平均年齡47.81歲。所有結節診斷均經胸部螺旋CT檢查證實。
1.2 方法
本研究所用CAD系統--IQQA Chest，已通過中國SFDA、美國FDA及歐盟CE等多方國際認證，是經過前瞻性臨床試驗證實的數字胸片專用CAD產品。該系統支持DICOM格式兼容的數字胸片病例選擇和輸入，智能方式自動對可疑結節影像進行強化提示，具有動態區域對比增強顯示模式和肺結節特定的增強顯示模式。軟件支持感興趣區分析，病灶/結節可自動分割或手動描邊，基于結節分割結果，即時自動計算及顯示結節定量分析信息，并用圓圈劃出可疑結節所在區域(圖 1)。
圖1
右肺下野CAD結果
系統自動勾勒出結節區域
Figure1. CAD result for right lower pulmonary nodulethe CAD system automatically circles the outline of nodular lesions
分別安排我科多名醫生在不知道CT結果的情況下獨立讀片，其中低年級住院醫師兩名，高年級住院醫生三名。首先，在不使用CAD系統的情況下，由各位醫師獨立進行一次讀片，三個月后再分別使用CAD系統輔助重新讀片一次。記錄兩輪讀片結果以及讀片時間。以CT診斷為“金標準”。采用IBM SPSS Statistics 19.0統計學軟件，定性資料采用χ2檢驗，定量資料采用t檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 肺部結節檢出情況
實驗組100例胸片中，在不使用CAD系統的情況下，全組醫生檢出肺部結節496個，人均檢出99.2個；3位高年級醫生分別檢出108、106和98個，人均檢出104.0個；2位低年級醫生分別檢出98和86個，人均檢出92.0個。使用CAD系統的情況下，全組檢出肺部結節493個，人均檢出98.6個；3位高年級醫生分別檢出107、104和98個，人均檢出103.0個；2位低年級醫生分別檢出94和90個，人均檢出92.0個。
對照組200例正常胸片中，在不使用CAD系統的情況下，全組檢出肺結節84個，平均16.8個；3位高年級醫生分別檢出31個、26個和12個，平均23.0個；低年級醫生分別檢出3和12個，平均7.5個。使用CAD系統的情況下，全組檢出肺部結節34個，平均6.8個，高年級醫生分別檢出13、10和5個，平均9.3個；低年級醫生分別檢出1和5個，平均3.9個。假陽性的產生主要為以下幾種情況：① 肺血管軸位、肋軟骨鈣化等正常結構的投影；② 肋骨內骨島、肋骨骨折后改變等一些良性病變的重疊影像；③ 體外小結節如小紐扣、衣服配飾等物品影像重疊等。
2.2 CAD系統對胸片診斷的敏感性和特異性的影響
采用CAD系統前后對胸片的診斷結果如表 1、表 2所示。由此算得，在未使用CAD系統的情況下，全組診斷敏感性、特異性和準確率分別為83.6%、91.8%和89.1%，其中高年級醫生分別為87.3%、88.8%和88.3%，低年級醫生分別為78.0%、96.2%和90.2%；在使用CAD系統的情況下，全組診斷敏感性、特異性和準確率分別為84.4%、96.8%和92.7%，其中高年級醫生分別為88.0%、95.3%和92.9%，低年級醫生分別為79.0%、99.0%和92.3%。
表1
未使用CAD的情況下對胸片的診斷結果
Table1.
Diagnostic outcome for digital chest X-ray without CAD system
表2
使用CAD的情況下對胸片的診斷結果
Table2.
Diagnostic outcome for digital chest X-ray with CAD system
2.3 獨立讀片和參考CAD閱片結果自身比較
5位醫生獨立讀片和參考CAD閱片自身比較結果見表 3，兩種方式間差異無統計學意義(P＞0.05)，即CAD系統對胸片的診斷結果無明顯影響。
表3
5位醫生獨立讀片和參考CAD閱片結果比較
Table3.
Comparison of diagnosis of the five doctors without or with CAD
2.4 CAD系統對于DR讀片時間的影響
5位醫生未使用CAD系統時的平均閱片時間為72 s/例，使用CAD系統后平均閱片時間為80 s/例，兩組間差異無統計學意義(P＞0.05)。
3 討論
CAD系統是將計算機技術和醫學圖像處理及PACS系統結合在一起，輔助影像科醫師發現病灶，并提高診斷的準確率。隨著影像學肺癌篩查的研究進展，人們越來越關注CAD系統在肺結節檢出中的應用。CAD系統可以將DR胸片上可疑肺結節所在的區域勾勒出來，提醒醫生注意，再由醫生進一步判斷是否為病變，從而避免因患者的個體差異或醫生的經驗不足或疏忽而造成漏診及誤診，最終提高診斷的準確率。本研究結果表明，CAD系統對于DR胸片肺部小結節檢出的敏感性及特異性均有不同程度的影響，而且對于特異性的影響較明顯，表現在對假陽性結節有一定排除效果。分析其原因可能是對某一疑似結節區域，在未使用CAD系統時，醫生傾向于判定為陽性診斷來避免漏掉可疑的病灶，這使得假陽性的發生率較高，而當CAD系統顯示為陰性時，結合醫生自身的經驗，則更有把握判斷該疑似結節區域為陰性，從而降低假陽性。但本組結果尚未顯示使用CAD系統對診斷結果的影響有統計學意義，可能與本研究樣本數量較少、參與醫生人數較少有關，尚須擴大樣本量進一步觀察。國外更多的研究證實[4-8]，由于不同醫生診斷水平和臨床經驗的個體差異，其診斷結果也有一定的差異，在人眼容易遺漏的部位，CAD系統能夠有效提示并輔助醫師提高檢測效率，從而幫助醫生在數字胸片上識別更多的病灶，特別是一些容易被忽略的小病灶，同時CAD系統能保持很好的一致性。
運用CAD系統時也有局限性，會產生較多的假陽性以及一定的假陰性，讀片時需要醫生結合自身的醫學知識及經驗進行判斷。主要的假陽性結節包括肺血管軸位投影、肋軟骨鈣化、肋骨內骨島、肋骨骨折后改變以及體外影像重疊，對于這些假陽性病變，醫生可以很容易地判斷并排除，不會影響診斷的準確率。假陰性的產生主要是由于該CAD工具本身的系統設定及DR密度分辨率的限制。其軟件程序設定只能顯示5~20 mm大小結節，小于5 mm的結節CAD通常不能分辨。如果結節較大，CAD工具也不會予以提醒，但這樣的結節肉眼非常容易發現，所以在讀片時對于計算機沒有圈出的部位也要全面觀察。而在5~20 mm直徑范圍內的結節，少數密度比較淡薄的病灶，因為DR密度分辨率的限制，不管是否使用CAD系統，在DR胸片上可能均無法檢出，只有CT檢查才能發現。
目前，CAD在歐美國家已經成為醫學成像和放射診斷學的主要研究課題之一，已應用于各種影像學檢查，包括DR、CT、磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)、超聲造影術等，是一種有效的篩查手段。CAD已不僅用于肺結節的檢測，也有研究用CAD系統來幫助判斷病變的良惡性。Shiraishi等[9]的研究結果表明，運用CAD系統區分良惡性肺結節，其準確率高于大部分有經驗的醫生(P＜0.002)。因此，將來需要擴大樣本量對CAD系統進行更加深入的研究，除了進一步提高診斷的準確度外，還可運用在病變的定性方面，將其臨床應用范圍進一步擴大。
