數(shù)字化胸片計算機(jī)輔助檢測在肺結(jié)節(jié)早期檢出中的應(yīng)用

1、數(shù)字化胸片計算機(jī)輔助檢測在肺結(jié)節(jié)早期檢出中的應(yīng)用【摘要】 目的 評價計算機(jī)輔助檢測系統(tǒng)（CAD）對肺結(jié)節(jié)早期檢出的臨床價值和局限性。方法從影像傳輸與存儲系統(tǒng)（PACS）數(shù)據(jù)庫中抽取30例直徑7mm30mm大小肺部結(jié)節(jié)的病例作為受檢組。另抽取30例年齡、性別構(gòu)成與受檢組相仿的正常胸片作為對照組，兩組病例均經(jīng)螺旋CT肺部掃描檢查，并由放射診斷專家診斷證實，所有胸片均為直接數(shù)字化影像（direct digital radiograph，DR）。由高年資和低年資放射診斷醫(yī)生各3位分別對不用和用CAD輸出分析結(jié)果的數(shù)字化胸片進(jìn)行診斷，診斷結(jié)論用受試者操作特性曲線（ROC curve）分析來評價。結(jié)果 平

2、均ROC曲線下面積（Az）從不用CAD輸出的0.872增加到用CAD輸出的0.933（P<0.05）。在使用CAD時，低年資放射診斷醫(yī)生比高年資放射診斷醫(yī)生的平均曲線下面積增加得更多。結(jié)論 在直接數(shù)字化胸片診斷中應(yīng)用CAD系統(tǒng)能提高肺小結(jié)節(jié)的檢出率。 【關(guān)鍵詞】 直接數(shù)字化影像 Application of Computer Aided Diagnosis (CAD) with Digital Chest Radiograph to the Early Detection for Pulmonary Nodules Abstract: Purpose To estimate th

3、e clinical value and limit of computer aided diagnosis (CAD) system on the detection of pulmonary nodules. Methods Thirty cases with pulmonary nodules up to 930mm in diameter were selected from the database of picture archive and communication system (PACS) as examination group, and 30 cases without

4、 pulmonary nodule cohered with examination group in age, sex composition as control group. All chest radiographs were obtained with direct digital radiograph (DR) system and confirmed by experienced chest radiologists on the chest spiral CT. Three experienced chest radiologists and three radiology r

5、esidents detected the chest radiographs with/ without CAD output. The result of diagnosis was evaluated with receiver operating characteristic curve (ROC curve). Results The average area under the ROC curve value（Az） increased from 0.872 without to 0.933 with CAD output(P<0.05). Especially, t

6、he Az from CAD system increased more to radiology residents than to experienced radiologist. Conclusion Utilizing the CAD system on diagnosis of the direct digital chest radiograph can improve the detection of pulmonary nodules. Key words: digital radiograph；pulmonary nodules；diagnosis, computer aid

7、ed；ROC curve 利用計算機(jī)輔助檢測系統(tǒng)來提示數(shù)字化胸片中存在的可疑結(jié)節(jié)區(qū)域，提高肺小結(jié)節(jié)的早期檢出率，對肺癌早期診斷具有十分重大的意義。肺部小結(jié)節(jié)自動檢測作為醫(yī)學(xué)影像診斷領(lǐng)域的新技術(shù)，把它作為一種后處理功能集成在影像傳輸與存儲系統(tǒng)（picture archiving and communication system，PACS）中，可在體檢人群中篩選肺部有可疑小結(jié)節(jié)的患者。現(xiàn)通過PACS對30例有肺部結(jié)節(jié)的病例與正常對照進(jìn)行研究，分析方法的可行性。 1 材料與方法 1.1 一般資料 從PACS數(shù)據(jù)庫中選取30例經(jīng)螺旋CT薄層掃描證實肺部含小結(jié)節(jié)的病例作為受檢組，其中男性21例，女性9例

8、，年齡3483歲，平均年齡68歲。結(jié)節(jié)平均直徑約18mm，最小為7mm，最大不超過30mm。另選取30例年齡、性別構(gòu)成與受檢組相仿，經(jīng)CT掃描證實為無肺結(jié)節(jié)病灶的正常胸片為對照病例。所有病例胸片均為友通DR2000直接數(shù)字化成像系統(tǒng)拍攝，并由集成在友通PACS中的EDDA-chest v1.0系統(tǒng)輸出CAD分析結(jié)果。 1.2 研究方法 集成在PACS中的EDDA-chest v1.1 CAD系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中提取DR胸部影像，首先對胸片進(jìn)行預(yù)處理，使之適于進(jìn)一步的圖像分析；再進(jìn)行圖像自動分割，肺部邊界識別；檢測候選結(jié)節(jié)；再根據(jù)規(guī)則測試和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析來確定結(jié)節(jié)；最后CAD系統(tǒng)用圓圈劃出在數(shù)字化正

9、位胸片上的可疑結(jié)節(jié)所在區(qū)域（圖1），以識別直徑為730mm大小孤立肺結(jié)節(jié)的相關(guān)特征，這些特征能提示早期肺癌，以有利于影像診斷醫(yī)生對于早期肺癌的診斷。 將受檢組和對照組兩組數(shù)字化胸片病例統(tǒng)一編號，每個病例都有兩種圖像：未經(jīng)處理的原始圖像和有計算機(jī)輔助檢測系統(tǒng)輸出分析結(jié)果的圖像。每個病例的兩種圖像隨機(jī)、均勻調(diào)出其中一種，重新組成兩組病例。由低年資放射診斷醫(yī)師和高年資放射診斷醫(yī)師兩組各3位在事前不知道螺旋CT診斷結(jié)果的情況下，提供申請單上的臨床資料，各自獨立按常規(guī)閱片方式閱讀兩組各60例DR圖像。記錄3位醫(yī)師閱片的編號順序和每例的圖像種類。相隔1個月后，每位醫(yī)師按上次閱讀編號相反的順序閱讀另一組圖像

10、。對放射診斷醫(yī)生的診斷結(jié)論用受試者操作特性曲線（receiver operating characteristic curve，ROC曲線）作進(jìn)一步的分析，以評價有無計算機(jī)輔助檢測對放射診斷醫(yī)生診斷結(jié)論的影響。評估標(biāo)準(zhǔn)采用5分值法，即在回答是否診斷為含有結(jié)節(jié)病灶時，答案分為肯定有（5分），可能有（4分），不清楚（3分），可能沒有（2分）和肯定沒有（1分）。所有分析均在同一閱讀條件下完成，每一觀測者獨立作出判斷，記錄所有診斷的評分結(jié)果，然后用ROC曲線進(jìn)行統(tǒng)計分析。閱片結(jié)果采用ROCFIT軟件進(jìn)行ROC分析，使用Microsoft Excel軟件繪制ROC曲線圖。 1.3 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPS

11、S軟件處理數(shù)據(jù)。通過兩樣本配對t檢驗來評價每組在不用和用CAD輸出結(jié)果時得到的ROC曲線下面積（Az值）有無統(tǒng)計學(xué)顯著性差異。通過兩獨立樣本t檢驗來評價低、高年資放射診斷醫(yī)師所得到的Az值有無統(tǒng)計學(xué)差異。P<0.05為差異有顯著性。 2 結(jié) 果 低年資放射診斷醫(yī)師組在無、有CAD系統(tǒng)幫助的情況下，其診斷結(jié)果分析的ROC曲線下面積Az平均值分別為0.852和0.921，差異有顯著性（P<0.05）。高年資放射診斷醫(yī)師組在無、有CAD系統(tǒng)幫助的情況下，其診斷結(jié)果分析的ROC曲線下面積Az平均值分別為0.892和0.945，差異有顯著性（P<0.05）。分析

12、的數(shù)據(jù)和曲線分別如表1和圖2所示。對于所有醫(yī)生，在無、有CAD系統(tǒng)幫助的情況下，其診斷結(jié)果分析的ROC曲線下面積Az平均值分別為0.872和0.933（P<0.05）。 3 討 論 本實驗結(jié)果表明，放射診斷醫(yī)師在臨床診斷中使用CAD系統(tǒng)可以在一定程度上提高診斷率，低年資放射診斷醫(yī)生更能從中得到很大的幫助，使自己的診斷水平得到很大的提高。因為CAD系統(tǒng)將可疑結(jié)節(jié)所在區(qū)域圈出來提請醫(yī)生注意，從而減少了漏診的可能。此外，在利用CAD系統(tǒng)輸出結(jié)果時高年資放射診斷醫(yī)生對于肺部小結(jié)節(jié)檢測的準(zhǔn)確性高于低年資放射診斷醫(yī)生。因為高年資放射診斷醫(yī)生經(jīng)驗相對豐富，在使用CAD系統(tǒng)輸出結(jié)果時，檢測準(zhǔn)確性

13、更高。而低年資放射診斷醫(yī)生在使用CAD系統(tǒng)輸出結(jié)果時，檢測準(zhǔn)確性則提高更多。 盡管使用一系列方法來減少假陽性結(jié)節(jié)，目前CAD系統(tǒng)的輸出結(jié)果仍會出現(xiàn)一些假陽性，但大多數(shù)假陽性結(jié)節(jié)都較易識別，不會影響檢測準(zhǔn)確度，大約80的假陽性是肋骨交叉或肋骨與血管的重疊，或肋骨與軟組織，如乳房、心臟或橫膈影等重疊而造成的。另外，體外異物也可引起假陽性。 對從大量的影像所見和臨床數(shù)據(jù)中獲取診斷信息來說，計算機(jī)可能比放射醫(yī)生更有效。在較大的數(shù)據(jù)庫中就結(jié)節(jié)分類對CAD系統(tǒng)進(jìn)行測試，并判別一些檢測方法中的步驟是否能自動實施，這些研究對測試結(jié)節(jié)檢測系統(tǒng)在實踐中是否有用極其重要。結(jié)節(jié)檢測系統(tǒng)脫離放射科醫(yī)師單獨使用幾乎是不可

14、能的。而且，評定一個CAD系統(tǒng)的價值的惟一途徑是比較在無或有計算機(jī)輔助診斷系統(tǒng)幫助的情況下，放射診斷醫(yī)師的執(zhí)行情況。一個CAD系統(tǒng)可以獲得好的結(jié)果，即每幅圖像中較高的真陽性檢測率和極少的假陽性，如果能檢測到那些放射診斷醫(yī)師可能漏診的結(jié)節(jié)，那么，這一系統(tǒng)的實際價值則更高。 本實驗中有大量的病例是異常的，因此診斷相對簡單，結(jié)節(jié)檢出率也大大提高了。但是CAD系統(tǒng)能提示放射診斷醫(yī)生將注意力集中到圖像的可疑區(qū)域，檢測出易于漏檢的微、小結(jié)節(jié)，提高診斷的準(zhǔn)確性。因此，CAD系統(tǒng)是有一定價值的，是放射診斷醫(yī)生重要的輔助診斷工具。目前CAD系統(tǒng)的大多數(shù)研究成果都集中在病灶形態(tài)的檢測上，而最近開始重視對異常征象分

15、類的檢測，將結(jié)節(jié)分類為良性或惡性的實驗，或?qū)Π橛信R床癥狀的間質(zhì)性征象的自動分析實驗都得到了較理想的結(jié)果，計算機(jī)輔助分析將在鑒別診斷上成為放射診斷醫(yī)師的重要助手。最近提出的交互式計算機(jī)輔助診斷（interactive computer-aided diagnosis，ICAD）加強(qiáng)了人機(jī)之間的交流，為CAD系統(tǒng)今后的發(fā)展提供了新的思路。目前該方案著重于低劑量螺旋CT肺部影像診斷上的應(yīng)用研究，DR胸部影像CAD研究今后的發(fā)展應(yīng)該可以從中得到一些啟示?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】 1 Doi K, MacMahon H, Giger M, et al. Computer aided diagnosis in med

16、ical imagingM. Amsterdam: Elsevier, 1999.2 Kakeda S, Moriya J, Sato H, et al. Improved detection of lung nodules on chest radiographs using a commercial computer-aided diagnosis systemJ.AJR Am J Roentgenol, 2004, 182(2):505-510.3 王曉華, 馬大慶. 計算機(jī)輔助診斷在肺結(jié)節(jié)中的應(yīng)用進(jìn)展J. 中華放射學(xué)雜志, 2006, 40（4）:443445.4 張碧云, 陳自謙, 盧光明, 等. 肺結(jié)節(jié)的計算機(jī)輔助檢測J. 中國臨床醫(yī)學(xué)影像雜志, 2006, 17（3）:148153.5 聶生東, 鄭斌, 李雯, 等. CT圖像肺結(jié)節(jié)計算機(jī)輔助檢測與分類系統(tǒng)設(shè)計J.系統(tǒng)仿真學(xué)報,2007,19（5）:935944.6 蔣磊, 陳?？? 吳建彬, 等. 傳統(tǒng)與數(shù)字化X線攝影檢出肺部小結(jié)節(jié)的ROC曲線評價J