湯可 袁小東 張來星

肺結節(jié)是指密度高于正常肺組織、但是低于肺血管的結節(jié)灶,病灶直徑≤3 cm[1]。其中,在胸部CT掃描影像中,磨玻璃密度結節(jié)的成像密度略高于周圍的肺實質[2]。由于成像模糊,對于放射檢查專業(yè)的初學者,這種結節(jié)較其他類型的肺結節(jié)不易發(fā)現(xiàn)[3]。

隨著人工智能輔助影像檢查的興起,影像學判斷肺結節(jié)性質的正確率逐漸增加[4]。但人工智能輔助診斷并不意味著放射檢查專業(yè)學員放棄病灶影像識別的基本技能。關于肺結節(jié),尤其是磨玻璃密度結節(jié)檢出的臨床培訓依然重要。此外,目前人工智能影像組學能夠有效輔助肺結節(jié)的診斷和預后判斷,但其前提是準確找到肺結節(jié)并且進行輪廓勾勒[5]。即使采用人工智能手段自動識別勾勒肺部結節(jié),臨床醫(yī)師也有進行監(jiān)督和校正的責任。因此,更加需要臨床醫(yī)師具備準確識別和檢出肺結節(jié)的能力。在臨床教學中,由于不易發(fā)現(xiàn)肺部磨玻璃密度結節(jié),初學者往往漏診這些結節(jié)。通過反復實踐可以逐漸提高發(fā)現(xiàn)肺部磨玻璃結節(jié)的能力,而放射檢查專業(yè)的教學工作者有責任對學員的學習過程進行反思總結,并且開發(fā)新的教學手段改善學習接受進程。

采用醫(yī)學影像進行三維建模能夠呈現(xiàn)交互式三維解剖圖像,有助于直觀理解病灶與正常解剖組織的關系,從而為病灶的診斷和治療提供重要信息[6-8]。因此我們嘗試采用胸部CT掃描三維建模輔助臨床教學,促進學員提高對磨玻璃密度結節(jié)的檢出能力。

資料和方法

一、調(diào)查對象

2023年1—2月招募本年度于解放軍總醫(yī)院第八醫(yī)學中心放射檢查科實習的學員42名,男性23名,女性19名;年齡21～23歲,中位年齡22歲。學員來自徐州醫(yī)學院和白求恩士官學院臨床醫(yī)學專業(yè)5年級。該教學研究遵循2013 年修訂的《赫爾辛基宣言》(http://www.wma.net/en/30publications/10policies/b3/index.html)要求,數(shù)據(jù)匿名。倫理審查豁免得到本院醫(yī)院倫理委員會批準(批準文號:S2022-798-01)。采用微軟Excel 2007電子表格軟件生成隨機數(shù)對學員進行隨機分組,計算機對應學號生成隨機數(shù)排序后隨機分為三維建模組21名(奇數(shù)序號)和對照組21名(偶數(shù)序號)。三維建模組年齡中位數(shù)(四分位數(shù))為22(22,23)歲;對照組年齡中位數(shù)(四分位數(shù))為22(21,23)歲;兩組年齡比較,差異無統(tǒng)計學意義(U=279.012,P=0.117)。三維建模組男性11名(52.4%),女性10名(47.6%);對照組男性9名(42.9%),女性12名(57.1%)例;兩組性別比較,差異無統(tǒng)計學意義(χ2=0.095,P=0.758)。兩組學員有可比性。

二、影像資料和三維建模

在醫(yī)院影像檢查數(shù)據(jù)庫(http://172.25.0.60/DicomWeb)收集肺部磨玻璃密度結節(jié)的胸部CT數(shù)據(jù)作為教學工具,包括胸部CT掃描數(shù)據(jù)和胸部增強CT掃描數(shù)據(jù)。普通胸部CT掃描結果用于讀片學習和考核,增強CT用作三維建模輔助學習。胸部CT影像(平掃和增強掃描)采用日本東芝公司Aquilion ONE 320排動態(tài)容積CT掃描儀獲得,掃描參數(shù)與文獻[9]報道一致。將增強CT的DICOM 格式影像數(shù)據(jù)輸入 Vitrea 虛擬現(xiàn)實圖像處理工作站(日本東芝公司,軟件:Vitrea fx 3.0),進行肺結節(jié)和周圍解剖組織三維重建。采用閾值法進行圖像自動分割[10],在縱隔窗圖像中提取肋骨、心臟、支氣管動脈圖像;在肺窗圖像中提取肺葉、支氣管、磨玻璃密度結節(jié)圖像(圖1～4)。

圖1～4 患者,女性,44歲,肺腺癌。圖1為胸部增強CT掃描軸位圖像,顯示磨玻璃密度結節(jié)與周圍支氣管和血管的關系,白箭示肺結節(jié);圖2為冠狀位圖,白箭示肺結節(jié);圖3為矢狀位圖像,白箭示肺結節(jié);圖4為三維建模,顯示肺結節(jié)(黑箭所示綠色結構)、肋骨(淺藍色結構)、雙肺輪廓及其內(nèi)部的支氣管(黃色透明結構),以及心血管(紅色結構)

藍色折線顯示三維建模組得分呈上升趨勢,藍點為該組21名學員得分的中位數(shù),藍色豎線為每次考核得分范圍; 紅色折線顯示對照組得分呈上升趨勢,紅點為該組21名學員得分的中位數(shù),紅色豎線為每次考核得分范圍圖5 三維建模組和對照組每周考核結果

三、教學效果評價

開始教學的第1周,三維建模組和對照組均通過《醫(yī)學影像診斷學》[11]學習肺結節(jié)的胸部CT掃描影像特征。三維建模組提供1例肺部磨玻璃密度結節(jié)的增強CT三維模型觀察結節(jié)與周圍解剖組織的關系。第1周結束時進行技能考核,從影像數(shù)據(jù)庫中隨機選取10例肺部磨玻璃密度結節(jié)的平掃胸部CT數(shù)據(jù),10例正常的胸部平掃CT數(shù)據(jù)?？己藭r,兩組學員對20例患者的CT掃描數(shù)據(jù)進行閱片,報告是否發(fā)現(xiàn)結節(jié),未參與教學的獨立觀察員(科室技師)通過學員(正確發(fā)現(xiàn)肺結節(jié)例數(shù)+正確報告無肺結節(jié)例數(shù))×5計算分值,完全正確為100分。第2周,三維建模組學員在第1周10例肺部磨玻璃密度結節(jié)的增強CT數(shù)據(jù)(普通CT發(fā)現(xiàn)肺部結節(jié)后采取增強CT掃描)中繼續(xù)勾勒磨玻璃密度結節(jié)輪廓,并在教師指導下完成三維建模。這意味著第二周訓練時三維建模組用第一周考核(考核時采用CT平掃)的患者的增強CT進行肺結節(jié)輪廓勾勒訓練。學員繼續(xù)觀察學習和復盤總結。對照組僅在通過考核中選取的平掃CT影像中進行復盤總結。第2周結束時重新隨機選取肺結節(jié)患者和正常的胸部CT掃描數(shù)據(jù)各10例,再次用相同方法進行考核。三維建模組第3～8周利用前1周用來考核的影像數(shù)據(jù)進行三維建模和復盤總結,結束時再次隨機抽取影像進行考核。

四、統(tǒng)計學處理

采用R語言(4.1.2版)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計,考核得分為非正態(tài)分布,采用“中位數(shù)(四分位數(shù))”描述。兩組數(shù)據(jù)比較采用非配對Mann-WhitneyU檢驗;雙側檢驗P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

結 果

一、兩組學員考核結果變化趨勢

兩組學員每周考核得分呈遞增趨勢(圖2),三維建模組第5周考核得分的中位數(shù)達90分;對照組第6周考核得分中位數(shù)達85分,第8周中位數(shù)達90分。

二、兩組學員考核結果比較

三維建模組1～7周的考核得分高于對照組,兩組得分比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。三維建模組第8周考核得分高于對照組,兩組得分比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)(表1)。

表1 三維建模組和對照組教學考核結果

討 論

肺癌是發(fā)病率和病亡率最高的腫瘤,早期診斷肺癌是改善患者預后的關鍵因素[12]。肺結節(jié)是肺癌的早期影像學表現(xiàn),因此正確檢出肺結節(jié)具有重要意義[13]。胸部CT掃描是早期發(fā)現(xiàn)肺結節(jié)的影像檢查, CT掃描被用于患者篩查[14]。由于肺結節(jié)直徑小,可表現(xiàn)為類圓形或者不規(guī)則形等多種形態(tài)[15],因此臨床放射檢查專業(yè)的初學者有可能會漏診肺結節(jié)。其中,磨玻璃密度結節(jié)更容易發(fā)生漏診。同樣,肺部增強CT掃描使肺部實性結節(jié)的高密度病灶更加突出顯示,有助于結節(jié)的檢出[16]。但肺部磨玻璃密度結節(jié),即使采用增強CT掃描檢查,仍會呈現(xiàn)模糊的輪廓[17]。因此,針對這種容易發(fā)生漏診的肺結節(jié),如何有效訓練放射檢查專業(yè)學員,提高肺部磨玻璃密度結節(jié)的檢出率,是放射檢查專業(yè)教學工作的一項重要任務。

肺部磨玻璃密度結節(jié)CT影像識別的傳統(tǒng)教學方式是通過教科書或者文獻報道獲悉結節(jié)CT特征的相關信息。例如,結節(jié)的磨玻璃密度改變是指結節(jié)密度較周圍肺實質略增加,從而表現(xiàn)為模糊的結節(jié)影,結節(jié)內(nèi)部或者附近可見到支氣管輪廓,注射造影劑后掃描可見到結節(jié)內(nèi)部或者周圍毗鄰的血管輪廓[18]。僅僅閱讀文字描述獲取的教學信息不能等同于直觀印象,因此,需要通過閱片獲取視覺信息進一步提高對結節(jié)的辯識能力。這個過程使學員逐漸熟悉磨玻璃密度結節(jié)的形態(tài)輪廓和灰度特征,能夠掌握磨玻璃密度結節(jié)與實性結節(jié)的灰度區(qū)別。在放射檢查專業(yè)指導教師的指導下,臨床學員可以建立有助于肺結節(jié)檢出的操作規(guī)范。例如,磨玻璃密度結節(jié)應該在胸部CT掃描的肺窗影像中尋找,而在胸部CT掃描的縱隔窗影像中通常無法發(fā)現(xiàn)肺部磨玻璃密度結節(jié)。但是,不正確的調(diào)節(jié)肺窗的窗寬和窗位也可能造成磨玻璃密度結節(jié)的錯誤識別。例如,胸部CT掃描影像中正常的局部肺組織灰度可能被調(diào)節(jié)得過度顯示,從而可能被誤診為磨玻璃密度結節(jié)。同時,胸部CT掃描覆蓋組織的范圍較大,薄層掃描的軸位圖像往往有數(shù)百層之多。因此,放射檢查專業(yè)的初學者在逐一閱讀每個層面圖像的過程中,由于缺乏耐心仔細審視,也會時常出現(xiàn)漏診。反復訓練則有助于學員逐漸減少發(fā)生錯誤的概率,這一過程形成相應的學習過程。而放射檢查專業(yè)指導教師有責任優(yōu)化學員的學習過程,使之能夠更快速地提高肺結節(jié)的檢出能力。

三維解剖建模利用CT和MRI 等影像數(shù)據(jù)構建三維圖像,通過任意旋轉模型進行多視角觀察,并且調(diào)節(jié)不同解剖組織的透明度來獲取淺層組織和深層組織之間的空間關系,從而獲得全面的視覺信息[19]。這種獲取信息的方式具有方便快捷的優(yōu)點,同時避免僅靠空間想象造成的對解剖關系的理解偏差[20]。目前該技術已經(jīng)成功用于術前計劃研究,獲得良好效果[21]。我們將這一技術用于肺結節(jié)檢出的臨床教學中。通過三維建模為學員提供直觀的視覺信息輔助訓練和復盤總結,發(fā)現(xiàn)能夠更快地提高對肺部磨玻璃密度結節(jié)的檢出能力。由于三維解剖圖像生動地展示結節(jié)的形態(tài)和部位,以及與周圍血管和支氣管的空間毗鄰關系,有助于幫助學員加深學習印象,促使學員在返回CT斷層圖像閱片時更為謹慎地審查每個層面圖像,合理地調(diào)節(jié)CT圖像的窗寬和窗位,使肺部磨玻璃密度結節(jié)更加容易地與正常組織結構圖像區(qū)分,從而提高磨玻璃密度結節(jié)的正確檢出率。

我們的研究顯示,通常2個月的時間能夠使放射檢查專業(yè)的學員初步形成滿意的檢出肺結節(jié)能力,而采用三維建模輔助教學的學員可能更早地熟練肺部磨玻璃密度結節(jié)的檢出技能。數(shù)據(jù)結果顯示三維建模組和對照組每周考核正確檢出肺結節(jié)的得分逐步上升,說明相關知識學習配合臨床實踐能夠逐步提升正確檢出肺結節(jié)的能力。但在到達第8周以前,三維建模組的得分顯著高于對照組,考慮三維解剖模型提供的直觀信息對提升檢出肺結節(jié)的能力具有促進作用。第5周,三維建模組的得分中位數(shù)達90(85, 95)分,早于對照組在第8周達到的得分90(80, 95)分,新的教學方法具有縮短學習時間的優(yōu)勢。傳統(tǒng)教學與三維建模輔助教學方法均能提高臨床學員對肺部磨玻璃密度結節(jié)的檢出能力,三維建模輔助教學能夠快速提高臨床學員對肺部磨玻璃密度結節(jié)的檢出能力,節(jié)約學習時間。

本研究是單中心的教學嘗試,樣本量有限。學員來自兩所醫(yī)學院校,不同學?？赡苡绊憣W員的學習和接受度,但研究受到樣本量限制未進行評價。因此,需要開展多中心的教學研究,并且擴大樣本量,以進一步驗證三維解剖建模提高檢出肺部磨玻璃密度結節(jié)技能的教學效果。此外,肺結節(jié)的檢出能力僅僅是放射檢查專業(yè)相關技能的一部分,肺結節(jié)性質的判斷對學員提出更高的要求,三維解剖建模是否能夠幫助判斷結節(jié)性質也有待進一步驗證。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突

作者貢獻湯可:采集數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析、行政、技術及材料支持、論文撰寫和修改;袁小東:采集數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析/行政/技術及材料支持、對文章的知識性內(nèi)容作批評性審閱;張來星:行政/技術及材料支持、文章修改和指導、支持性貢獻