黃亞男 毛海佳 楊民霞 湯偉 趙麗 趙振華

新型冠狀病毒肺炎（coronavirus disease 2019，COVID-19）診療方案（試行第五版）中，將胸部影像學(xué)表現(xiàn)列入湖北地區(qū)COVID-19臨床診斷標(biāo)準(zhǔn)[1]。目前所有患者都需要進(jìn)行胸部CT檢查，同時動態(tài)對比同一例患者的多次檢查結(jié)果，這大大增加了影像診斷醫(yī)師工作壓力。為了減輕診斷醫(yī)師負(fù)擔(dān)，國內(nèi)開發(fā)的人工智能（artificial intelligence，AI）軟件能對COVID-19患者的胸部CT檢查結(jié)果進(jìn)行智能診斷。筆者通過分析AI軟件對病變累及范圍和不同時間變化趨勢的診斷準(zhǔn)確性，并與人工CT評分比較，探討AI在COVID-19患者影像學(xué)診斷及病情評估中的應(yīng)用價值。

1 對象和方法

1.1 對象 收集紹興市人民醫(yī)院2020年1月22日至3月8日經(jīng)RT-PCR檢測確診為COVID-19患者25例，男14例，女11例，年齡26～70（47.9±13.9）歲。其中湖北旅居史19例，與確診病例密切接觸史6例，臨床表現(xiàn)以發(fā)熱和呼吸道癥狀為主，發(fā)熱24例，咳嗽14例，畏寒14例，胸悶、氣促2例，乏力2例，惡心、嘔吐2例，全身酸痛、頭痛、咳痰、胸痛、咽痛各1例。根據(jù)國家衛(wèi)生健康委員會《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案（試行第七版）》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分型[2]，其中危重型4例，重型7例，普通型10例，輕型4例，將危重型和重型歸為A組11例，普通型和輕型歸為B組14例。A組男7例，女4例，平均年齡（49.9±13.6）歲；B組男7例，女7例，平均年齡（46.4±14.5）歲，兩組性別、年齡比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05）。本研究經(jīng)本院倫理委員會批準(zhǔn)（批準(zhǔn)文號：2020倫審論第25號）。

1.2 方法 所有患者入院前及入院期間在發(fā)熱門診與隔離病房專用機(jī)房行胸部CT平掃。采用ScintCare CT 16（中國明峰公司）和Duo Emotion 2排CT（德國Siemens公司），患者平臥于檢查床，頭先進(jìn)，掃描范圍自肺尖至肺底，屏氣方式進(jìn)行掃描。掃描參數(shù)：管電壓120 kV，管電流160 mAs，矩陣512×512，ScintCare CT層厚2 mm，Duo Emotion 2排CT層厚5 mm）。

1.3 圖像后處理

1.3.1 圖像收集 收集兩組患者入院期間的所有胸部CT檢查圖像資料，共計85次85份圖像，其中A組54份，B組31份。以患者出現(xiàn)癥狀的日期記為第一天，分別記錄兩組患者在第1～3天（1～）、第4～6天（第4～）、第7～9天（第7～）、第10～12天（第10～）、第13～15天（第13～）、第16～18天（第16～）、第19～21天（第19～）、第22～24天（第22～）、第25～27天（第25～）及第28天以后（第28～）的CT檢查次數(shù)（由于第28天之后進(jìn)行CT檢查的次數(shù)跨度較大，因此最后分組時間截止為第28天之后）。

1.3.2 CT評分及所需時間 由2位有10年以上工作經(jīng)驗的放射科醫(yī)師對CT影像資料進(jìn)行評分，評分不一致時經(jīng)協(xié)商討論決定；記錄2位醫(yī)師完成人工CT評分所需時間。CT評分方法：總分為肺部病變受累范圍之和，共5個肺葉，每個肺葉病變范圍0～5分，0分，無病變；1分，病變范圍＜5%；2分，病變范圍5%～25%；3分，病變范圍26%～50%；4分，病變范圍51%～75%；5分，病變范圍＞75%[3]；總分0～25分。

1.3.3 AI軟件后處理及處理時間 使用COVID-19 AI軟件（BioMindRCOVID-19精確診斷特別版，北京安德醫(yī)智科技有限公司）進(jìn)行圖像后處理；該AI軟件的病灶及肺葉分割網(wǎng)絡(luò)以高分辨率深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)HRNet_v2（High-Resolution Representations for Labeling Pixels and Regions，高分辨率表示標(biāo)記像素和區(qū)域）為基礎(chǔ)，根據(jù)標(biāo)注數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)督學(xué)習(xí)，實現(xiàn)肺葉及病灶的自動定位分割，并根據(jù)分割結(jié)果自動測量病變總體積及肺葉體積，進(jìn)而計算病變累及范圍。由1位低年資放射科醫(yī)師在PACS系統(tǒng)中將所有圖像上傳至后處理工作站，記錄應(yīng)用AI軟件完成85份圖像所需時間和評估病變累及范圍（病變總體積及占全肺體積的百分比）結(jié)果。

2 結(jié)果

2.1 兩組患者AI評估病變累及范圍、人工CT評分的比較 A組AI評估病變累及范圍、人工CT評分均高于B組，兩組間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.01），見表1。兩組患者不同時間進(jìn)行胸部CT平掃次數(shù)及AI評估病變累及范圍、人工CT評分見表2、圖1，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩種評價方式對病變范圍隨時間變化的評估趨勢吻合度高。

圖1 兩種評估方式對兩組患者的病變累及范圍變化評估折線圖

表1 兩組患者AI病變累及范圍、人工CT評分的比較

表2 兩組患者不同時間胸部CT平掃次數(shù)、AI評估病變累及范圍與人工CT評分的比較

2.2 AI評估病變累及范圍與人工CT評分的所需時間采用AI軟件評估病變累及范圍所需時間共計2.5 h，明顯短于人工CT評分所需時間的6 h。

2.3 AI評估病變累及范圍與人工CT評分之間的相關(guān)性分析 結(jié)果顯示，人工CT評分與AI評估病變累及范圍呈正相關(guān)（r=0.902，P＜0.01），見圖2。

圖2 人工CT評分與人工智能（AI）評估病變累及范圍的散點(diǎn)圖

3 討論

隨著COVID-19的發(fā)展，臨床上對CT檢查的需求性日益增加，影像科醫(yī)師不僅需要對肺部病變范圍進(jìn)行評估，還需要對不同時間段病變變化情況進(jìn)行評估，以指導(dǎo)臨床精準(zhǔn)治療。如何減輕影像診斷醫(yī)師的工作負(fù)荷并提高影像診斷的效率是目前亟待解決的問題。

本研究發(fā)現(xiàn)，AI評估病變累及范圍與人工CT評分之間呈正相關(guān)。使用AI軟件對COVID-19患者進(jìn)行肺部病變累及范圍的評價具有如下優(yōu)勢：（1）AI軟件所得的結(jié)果具有高度可信性；（2）對病變范圍評價所需醫(yī)師年資要求低，本研究僅1位低年資醫(yī)師利用AI軟件即可較準(zhǔn)確完成2位高年資醫(yī)師的工作內(nèi)容，可以緩解高年資醫(yī)師的工作量壓力；（3）評估時間縮短：AI評估病變累及范圍所需時間明顯短于人工CT評分所需時間；（4）評價結(jié)果定量化：由于醫(yī)師在對影像資料進(jìn)行評價的過程中，可能由于人為因素如經(jīng)驗、疲勞等造成誤差，AI可替代完成程序化和機(jī)械性的重復(fù)工作，并提供客觀的定量評價標(biāo)準(zhǔn)。本研究還發(fā)現(xiàn)，兩種評估方法均提示危重-重型患者在出現(xiàn)癥狀后的10～12 d內(nèi)，胸部CT病變范圍達(dá)到頂峰。有研究報道52例危重癥患者從出現(xiàn)癥狀到入住ICU的中位時間為9.5 d（7.0～12.5）[4]。與本研究時間相近，其時間稍短于本研究，可能是由于本研究包含了重癥患者，對結(jié)果稍有影響。同樣，在普通-輕型患者組中，兩種評價方式均提示普通-輕型患者在出現(xiàn)癥狀后的7～10 d內(nèi)，胸部CT病變范圍達(dá)到最高，且兩種評價方式對病變范圍隨時間變化的評估趨勢吻合度高。

綜上所述，AI不僅能較精準(zhǔn)完成COVID-19患者病變累及范圍動態(tài)定量評估，而且可以明顯縮短評估所需時間，提高工作效率。