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數(shù)字化胸片計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)在肺結(jié)節(jié)早期檢出中的應(yīng)用論文
【摘要】 [目的] 評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)系統(tǒng)(cad)對(duì)肺結(jié)節(jié)早期檢出的臨床價(jià)值和局限性。[方法]從影像傳輸與存儲(chǔ)系統(tǒng)(pacs)數(shù)據(jù)庫(kù)中抽取30例直徑7mm~30mm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(duì)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(shí),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(duì)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(lái)評(píng)價(jià)。[結(jié)果] 平均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(shí),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
guan wei, mao wei-min (zhejiang hospital, hangzhou 310013, china)
abstract: [purpose] to estimate the clinical value and limit of computer aided diagnosis (cad) system on the detection of pulmonary nodules. [methods] thirty cases with pulmonary nodules up to 9~30mm in diameter were selected from the database of picture archive and communication system (pacs) as examination group, and 30 cases without 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 residents 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, the 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 aided;roc curve
利用計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)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(duì)肺癌早期診斷具有十分重大的意義。WWW.133229.cOM肺部小結(jié)節(jié)自動(dòng)檢測(cè)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(chǔ)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,F(xiàn)通過(guò)pacs對(duì)30例有肺部結(jié)節(jié)的病例與正常對(duì)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(kù)中選取30例經(jīng)螺旋ct薄層掃描證實(shí)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,年齡34~83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(guò)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(shí)為無(wú)肺結(jié)節(jié)病灶的正常胸片為對(duì)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(kù)中提取dr胸部影像,首先對(duì)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(dòng)分割,肺部邊界識(shí)別;檢測(cè)候選結(jié)節(jié);再根據(jù)規(guī)則測(cè)試和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析來(lái)確定結(jié)節(jié);最后cad系統(tǒng)用圓圈劃出在數(shù)字化正位胸片上的可疑結(jié)節(jié)所在區(qū)域(圖1),以識(shí)別直徑為7~30mm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(duì)于早期肺癌的診斷。
將受檢組和對(duì)照組兩組數(shù)字化胸片病例統(tǒng)一編號(hào),每個(gè)病例都有兩種圖像:未經(jīng)處理的原始圖像和有計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)系統(tǒng)輸出分析結(jié)果的圖像。每個(gè)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(qǐng)單上的臨床資料,各自獨(dú)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(hào)順序和每例的圖像種類。相隔1個(gè)月后,每位醫(yī)師按上次閱讀編號(hào)相反的順序閱讀另一組圖像。對(duì)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(píng)價(jià)有無(wú)計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)對(duì)放射診斷醫(yī)生診斷結(jié)論的影響。評(píng)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(shí),答案分為肯定有(5分),可能有(4分),不清楚(3分),可能沒(méi)有(2分)和肯定沒(méi)有(1分)。所有分析均在同一閱讀條件下完成,每一觀測(cè)者獨(dú)立作出判斷,記錄所有診斷的評(píng)分結(jié)果,然后用roc曲線進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jì)學(xué)處理
采用spss軟件處理數(shù)據(jù)。通過(guò)兩樣本配對(duì)t檢驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)每組在不用和用cad輸出結(jié)果時(shí)得到的roc曲線下面積(az值)有無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異。通過(guò)兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)低、高年資放射診斷醫(yī)師所得到的az值有無(wú)統(tǒng)計(jì)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(wú)、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(wú)、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)。分析的數(shù)據(jù)和曲線分別如表1和圖2所示。對(duì)于所有醫(yī)生,在無(wú)、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(shí)驗(yàn)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?yàn)閏ad系統(tǒng)將可疑結(jié)節(jié)所在區(qū)域圈出來(lái)提請(qǐng)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(shí)高年資放射診斷醫(yī)生對(duì)于肺部小結(jié)節(jié)檢測(cè)的準(zhǔn)確性高于低年資放射診斷醫(yī)生。因?yàn)楦吣曩Y放射診斷醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)相對(duì)豐富,在使用cad系統(tǒng)輸出結(jié)果時(shí),檢測(cè)準(zhǔn)確性更高。而低年資放射診斷醫(yī)生在使用cad系統(tǒng)輸出結(jié)果時(shí),檢測(cè)準(zhǔn)確性則提高更多。
盡管使用一系列方法來(lái)減少假陽(yáng)性結(jié)節(jié),目前cad系統(tǒng)的輸出結(jié)果仍會(huì)出現(xiàn)一些假陽(yáng)性,但大多數(shù)假陽(yáng)性結(jié)節(jié)都較易識(shí)別,不會(huì)影響檢測(cè)準(zhǔn)確度,大約80%的假陽(yáng)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(yáng)性。
對(duì)從大量的影像所見(jiàn)和臨床數(shù)據(jù)中獲取診斷信息來(lái)說(shuō),計(jì)算機(jī)可能比放射醫(yī)生更有效。在較大的數(shù)據(jù)庫(kù)中就結(jié)節(jié)分類對(duì)cad系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試,并判別一些檢測(cè)方法中的步驟是否能自動(dòng)實(shí)施,這些研究對(duì)測(cè)試結(jié)節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)在實(shí)踐中是否有用極其重要。結(jié)節(jié)檢測(cè)系統(tǒng)脫離放射科醫(yī)師單獨(dú)使用幾乎是不可能的。而且,評(píng)定一個(gè)cad系統(tǒng)的價(jià)值的惟一途徑是比較在無(wú)或有計(jì)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(gè)cad系統(tǒng)可以獲得好的結(jié)果,即每幅圖像中較高的真陽(yáng)性檢測(cè)率和極少的假陽(yáng)性,如果能檢測(cè)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(shí)際價(jià)值則更高。
本實(shí)驗(yàn)中有大量的病例是異常的,因此診斷相對(duì)簡(jiǎn)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(cè)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(jià)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(cè)上,而最近開(kāi)始重視對(duì)異常征象分類的檢測(cè),將結(jié)節(jié)分類為良性或惡性的實(shí)驗(yàn),或?qū)Π橛信R床癥狀的間質(zhì)性征象的自動(dòng)分析實(shí)驗(yàn)都得到了較理想的結(jié)果,計(jì)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(jì)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。
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