本文旨在研究计算机辅助诊断系统(CAD)对数字化胸片肺结节早期检出的临床应用价值。从四川大学华西医院影像传输与存储系统(PACS)数据库中随机抽取直径5~20 mm的肺结节患者数字化胸片(DR)100例作为受检组,另外抽取200例正常胸片作为对照组,所有病例均经CT检查证实。由我科5名不同年资医师先不用CAD系统辅助进行诊断,三个月后再用CAD系统辅助重新诊断。对照两次诊断结果,以CT结果为金标准,分析CAD系统对肺部小结节检测的敏感性、特异性等指标的提高情况。结果显示,使用CAD系统对数字化胸片肺结节检出的敏感性和特异性等都有一定的影响,特别是有提高特异性的趋势,但差异未显示统计学意义。
引用本文： 秦菊, 白红利, 刘畅, 余建群, 张洪静, 张泽江, 李为民, 张丽芝. 计算机辅助诊断在数字化胸片肺结节早期检出中的应用. 生物医学工程学杂志, 2014, 31(5): 1117-1120. doi: 10.7507/1001-5515.20140210 复制
引言
肺癌是危害人类健康的主要肿瘤性疾病，早期诊断、早期治疗对提高患者的五年生存率至关重要[1]。利用数字化胸片(digital chest radiograph,DR)对健康人群或高危人群进行筛查是目前早期发现肺癌的主要手段，但放射科医师依靠个人技术和经验在读片过程中会出一定的假阳性及假阴性，因此，研究人员利用计算机辅助诊断(computer-aided diagnosis，CAD)系统来提示DR胸片中存在的可疑结节区域，提高肺小结节的早期检出率，对肺癌的早期诊断具有十分重大的意义[2-3]。IQQA Chest作为一种新一代的CAD工具，在美国、欧洲已经有多家重要研究中心，连续多年从不同角度对该系统的临床价值做了研究，但我国在这方面的研究还比较少[4-5]。本研究的目的是进一步评价IQQA Chest在中国人DR胸片肺结节早期检出中的应用价值。
1 资料与方法
1.1 资料
从四川大学华西医院影像传输与存储系统(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肺部结节的胸片作为实验组，患者中男58例，女42例，年龄16~81岁，平均年龄54.69岁，经计算机断层成像(computed tomography,CT)证实符合5~20 mm标准的结节127个。另200例正常DR胸片作为对照组，受检者中男132例，女68例，年龄30~81岁，平均年龄47.81岁。所有结节诊断均经胸部螺旋CT检查证实。
1.2 方法
本研究所用CAD系统--IQQA Chest，已通过中国SFDA、美国FDA及欧盟CE等多方国际认证，是经过前瞻性临床试验证实的数字胸片专用CAD产品。该系统支持DICOM格式兼容的数字胸片病例选择和输入，智能方式自动对可疑结节影像进行强化提示，具有动态区域对比增强显示模式和肺结节特定的增强显示模式。软件支持感兴趣区分析，病灶/结节可自动分割或手动描边，基于结节分割结果，即时自动计算及显示结节定量分析信息，并用圆圈划出可疑结节所在区域(图 1)。
图1
右肺下野CAD结果
系统自动勾勒出结节区域
Figure1. CAD result for right lower pulmonary nodulethe CAD system automatically circles the outline of nodular lesions
分别安排我科多名医生在不知道CT结果的情况下独立读片，其中低年级住院医师两名，高年级住院医生三名。首先，在不使用CAD系统的情况下，由各位医师独立进行一次读片，三个月后再分别使用CAD系统辅助重新读片一次。记录两轮读片结果以及读片时间。以CT诊断为“金标准”。采用IBM SPSS Statistics 19.0统计学软件，定性资料采用χ2检验，定量资料采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 肺部结节检出情况
实验组100例胸片中，在不使用CAD系统的情况下，全组医生检出肺部结节496个，人均检出99.2个；3位高年级医生分别检出108、106和98个，人均检出104.0个；2位低年级医生分别检出98和86个，人均检出92.0个。使用CAD系统的情况下，全组检出肺部结节493个，人均检出98.6个；3位高年级医生分别检出107、104和98个，人均检出103.0个；2位低年级医生分别检出94和90个，人均检出92.0个。
对照组200例正常胸片中，在不使用CAD系统的情况下，全组检出肺结节84个，平均16.8个；3位高年级医生分别检出31个、26个和12个，平均23.0个；低年级医生分别检出3和12个，平均7.5个。使用CAD系统的情况下，全组检出肺部结节34个，平均6.8个，高年级医生分别检出13、10和5个，平均9.3个；低年级医生分别检出1和5个，平均3.9个。假阳性的产生主要为以下几种情况：① 肺血管轴位、肋软骨钙化等正常结构的投影；② 肋骨内骨岛、肋骨骨折后改变等一些良性病变的重叠影像；③ 体外小结节如小纽扣、衣服配饰等物品影像重叠等。
2.2 CAD系统对胸片诊断的敏感性和特异性的影响
采用CAD系统前后对胸片的诊断结果如表 1、表 2所示。由此算得，在未使用CAD系统的情况下，全组诊断敏感性、特异性和准确率分别为83.6%、91.8%和89.1%，其中高年级医生分别为87.3%、88.8%和88.3%，低年级医生分别为78.0%、96.2%和90.2%；在使用CAD系统的情况下，全组诊断敏感性、特异性和准确率分别为84.4%、96.8%和92.7%，其中高年级医生分别为88.0%、95.3%和92.9%，低年级医生分别为79.0%、99.0%和92.3%。
表1
未使用CAD的情况下对胸片的诊断结果
Table1.
Diagnostic outcome for digital chest X-ray without CAD system
表2
使用CAD的情况下对胸片的诊断结果
Table2.
Diagnostic outcome for digital chest X-ray with CAD system
2.3 独立读片和参考CAD阅片结果自身比较
5位医生独立读片和参考CAD阅片自身比较结果见表 3，两种方式间差异无统计学意义(P＞0.05)，即CAD系统对胸片的诊断结果无明显影响。
表3
5位医生独立读片和参考CAD阅片结果比较
Table3.
Comparison of diagnosis of the five doctors without or with CAD
2.4 CAD系统对于DR读片时间的影响
5位医生未使用CAD系统时的平均阅片时间为72 s/例，使用CAD系统后平均阅片时间为80 s/例，两组间差异无统计学意义(P＞0.05)。
3 讨论
CAD系统是将计算机技术和医学图像处理及PACS系统结合在一起，辅助影像科医师发现病灶，并提高诊断的准确率。随着影像学肺癌筛查的研究进展，人们越来越关注CAD系统在肺结节检出中的应用。CAD系统可以将DR胸片上可疑肺结节所在的区域勾勒出来，提醒医生注意，再由医生进一步判断是否为病变，从而避免因患者的个体差异或医生的经验不足或疏忽而造成漏诊及误诊，最终提高诊断的准确率。本研究结果表明，CAD系统对于DR胸片肺部小结节检出的敏感性及特异性均有不同程度的影响，而且对于特异性的影响较明显，表现在对假阳性结节有一定排除效果。分析其原因可能是对某一疑似结节区域，在未使用CAD系统时，医生倾向于判定为阳性诊断来避免漏掉可疑的病灶，这使得假阳性的发生率较高，而当CAD系统显示为阴性时，结合医生自身的经验，则更有把握判断该疑似结节区域为阴性，从而降低假阳性。但本组结果尚未显示使用CAD系统对诊断结果的影响有统计学意义，可能与本研究样本数量较少、参与医生人数较少有关，尚须扩大样本量进一步观察。国外更多的研究证实[4-8]，由于不同医生诊断水平和临床经验的个体差异，其诊断结果也有一定的差异，在人眼容易遗漏的部位，CAD系统能够有效提示并辅助医师提高检测效率，从而帮助医生在数字胸片上识别更多的病灶，特别是一些容易被忽略的小病灶，同时CAD系统能保持很好的一致性。
运用CAD系统时也有局限性，会产生较多的假阳性以及一定的假阴性，读片时需要医生结合自身的医学知识及经验进行判断。主要的假阳性结节包括肺血管轴位投影、肋软骨钙化、肋骨内骨岛、肋骨骨折后改变以及体外影像重叠，对于这些假阳性病变，医生可以很容易地判断并排除，不会影响诊断的准确率。假阴性的产生主要是由于该CAD工具本身的系统设定及DR密度分辨率的限制。其软件程序设定只能显示5~20 mm大小结节，小于5 mm的结节CAD通常不能分辨。如果结节较大，CAD工具也不会予以提醒，但这样的结节肉眼非常容易发现，所以在读片时对于计算机没有圈出的部位也要全面观察。而在5~20 mm直径范围内的结节，少数密度比较淡薄的病灶，因为DR密度分辨率的限制，不管是否使用CAD系统，在DR胸片上可能均无法检出，只有CT检查才能发现。
目前，CAD在欧美国家已经成为医学成像和放射诊断学的主要研究课题之一，已应用于各种影像学检查，包括DR、CT、磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)、超声造影术等，是一种有效的筛查手段。CAD已不仅用于肺结节的检测，也有研究用CAD系统来帮助判断病变的良恶性。Shiraishi等[9]的研究结果表明，运用CAD系统区分良恶性肺结节，其准确率高于大部分有经验的医生(P＜0.002)。因此，将来需要扩大样本量对CAD系统进行更加深入的研究，除了进一步提高诊断的准确度外，还可运用在病变的定性方面，将其临床应用范围进一步扩大。
引言
肺癌是危害人类健康的主要肿瘤性疾病，早期诊断、早期治疗对提高患者的五年生存率至关重要[1]。利用数字化胸片(digital chest radiograph,DR)对健康人群或高危人群进行筛查是目前早期发现肺癌的主要手段，但放射科医师依靠个人技术和经验在读片过程中会出一定的假阳性及假阴性，因此，研究人员利用计算机辅助诊断(computer-aided diagnosis，CAD)系统来提示DR胸片中存在的可疑结节区域，提高肺小结节的早期检出率，对肺癌的早期诊断具有十分重大的意义[2-3]。IQQA Chest作为一种新一代的CAD工具，在美国、欧洲已经有多家重要研究中心，连续多年从不同角度对该系统的临床价值做了研究，但我国在这方面的研究还比较少[4-5]。本研究的目的是进一步评价IQQA Chest在中国人DR胸片肺结节早期检出中的应用价值。
1 资料与方法
1.1 资料
从四川大学华西医院影像传输与存储系统(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肺部结节的胸片作为实验组，患者中男58例，女42例，年龄16~81岁，平均年龄54.69岁，经计算机断层成像(computed tomography,CT)证实符合5~20 mm标准的结节127个。另200例正常DR胸片作为对照组，受检者中男132例，女68例，年龄30~81岁，平均年龄47.81岁。所有结节诊断均经胸部螺旋CT检查证实。
1.2 方法
本研究所用CAD系统--IQQA Chest，已通过中国SFDA、美国FDA及欧盟CE等多方国际认证，是经过前瞻性临床试验证实的数字胸片专用CAD产品。该系统支持DICOM格式兼容的数字胸片病例选择和输入，智能方式自动对可疑结节影像进行强化提示，具有动态区域对比增强显示模式和肺结节特定的增强显示模式。软件支持感兴趣区分析，病灶/结节可自动分割或手动描边，基于结节分割结果，即时自动计算及显示结节定量分析信息，并用圆圈划出可疑结节所在区域(图 1)。
图1
右肺下野CAD结果
系统自动勾勒出结节区域
Figure1. CAD result for right lower pulmonary nodulethe CAD system automatically circles the outline of nodular lesions
分别安排我科多名医生在不知道CT结果的情况下独立读片，其中低年级住院医师两名，高年级住院医生三名。首先，在不使用CAD系统的情况下，由各位医师独立进行一次读片，三个月后再分别使用CAD系统辅助重新读片一次。记录两轮读片结果以及读片时间。以CT诊断为“金标准”。采用IBM SPSS Statistics 19.0统计学软件，定性资料采用χ2检验，定量资料采用t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 肺部结节检出情况
实验组100例胸片中，在不使用CAD系统的情况下，全组医生检出肺部结节496个，人均检出99.2个；3位高年级医生分别检出108、106和98个，人均检出104.0个；2位低年级医生分别检出98和86个，人均检出92.0个。使用CAD系统的情况下，全组检出肺部结节493个，人均检出98.6个；3位高年级医生分别检出107、104和98个，人均检出103.0个；2位低年级医生分别检出94和90个，人均检出92.0个。
对照组200例正常胸片中，在不使用CAD系统的情况下，全组检出肺结节84个，平均16.8个；3位高年级医生分别检出31个、26个和12个，平均23.0个；低年级医生分别检出3和12个，平均7.5个。使用CAD系统的情况下，全组检出肺部结节34个，平均6.8个，高年级医生分别检出13、10和5个，平均9.3个；低年级医生分别检出1和5个，平均3.9个。假阳性的产生主要为以下几种情况：① 肺血管轴位、肋软骨钙化等正常结构的投影；② 肋骨内骨岛、肋骨骨折后改变等一些良性病变的重叠影像；③ 体外小结节如小纽扣、衣服配饰等物品影像重叠等。
2.2 CAD系统对胸片诊断的敏感性和特异性的影响
采用CAD系统前后对胸片的诊断结果如表 1、表 2所示。由此算得，在未使用CAD系统的情况下，全组诊断敏感性、特异性和准确率分别为83.6%、91.8%和89.1%，其中高年级医生分别为87.3%、88.8%和88.3%，低年级医生分别为78.0%、96.2%和90.2%；在使用CAD系统的情况下，全组诊断敏感性、特异性和准确率分别为84.4%、96.8%和92.7%，其中高年级医生分别为88.0%、95.3%和92.9%，低年级医生分别为79.0%、99.0%和92.3%。
表1
未使用CAD的情况下对胸片的诊断结果
Table1.
Diagnostic outcome for digital chest X-ray without CAD system
表2
使用CAD的情况下对胸片的诊断结果
Table2.
Diagnostic outcome for digital chest X-ray with CAD system
2.3 独立读片和参考CAD阅片结果自身比较
5位医生独立读片和参考CAD阅片自身比较结果见表 3，两种方式间差异无统计学意义(P＞0.05)，即CAD系统对胸片的诊断结果无明显影响。
表3
5位医生独立读片和参考CAD阅片结果比较
Table3.
Comparison of diagnosis of the five doctors without or with CAD
2.4 CAD系统对于DR读片时间的影响
5位医生未使用CAD系统时的平均阅片时间为72 s/例，使用CAD系统后平均阅片时间为80 s/例，两组间差异无统计学意义(P＞0.05)。
3 讨论
CAD系统是将计算机技术和医学图像处理及PACS系统结合在一起，辅助影像科医师发现病灶，并提高诊断的准确率。随着影像学肺癌筛查的研究进展，人们越来越关注CAD系统在肺结节检出中的应用。CAD系统可以将DR胸片上可疑肺结节所在的区域勾勒出来，提醒医生注意，再由医生进一步判断是否为病变，从而避免因患者的个体差异或医生的经验不足或疏忽而造成漏诊及误诊，最终提高诊断的准确率。本研究结果表明，CAD系统对于DR胸片肺部小结节检出的敏感性及特异性均有不同程度的影响，而且对于特异性的影响较明显，表现在对假阳性结节有一定排除效果。分析其原因可能是对某一疑似结节区域，在未使用CAD系统时，医生倾向于判定为阳性诊断来避免漏掉可疑的病灶，这使得假阳性的发生率较高，而当CAD系统显示为阴性时，结合医生自身的经验，则更有把握判断该疑似结节区域为阴性，从而降低假阳性。但本组结果尚未显示使用CAD系统对诊断结果的影响有统计学意义，可能与本研究样本数量较少、参与医生人数较少有关，尚须扩大样本量进一步观察。国外更多的研究证实[4-8]，由于不同医生诊断水平和临床经验的个体差异，其诊断结果也有一定的差异，在人眼容易遗漏的部位，CAD系统能够有效提示并辅助医师提高检测效率，从而帮助医生在数字胸片上识别更多的病灶，特别是一些容易被忽略的小病灶，同时CAD系统能保持很好的一致性。
运用CAD系统时也有局限性，会产生较多的假阳性以及一定的假阴性，读片时需要医生结合自身的医学知识及经验进行判断。主要的假阳性结节包括肺血管轴位投影、肋软骨钙化、肋骨内骨岛、肋骨骨折后改变以及体外影像重叠，对于这些假阳性病变，医生可以很容易地判断并排除，不会影响诊断的准确率。假阴性的产生主要是由于该CAD工具本身的系统设定及DR密度分辨率的限制。其软件程序设定只能显示5~20 mm大小结节，小于5 mm的结节CAD通常不能分辨。如果结节较大，CAD工具也不会予以提醒，但这样的结节肉眼非常容易发现，所以在读片时对于计算机没有圈出的部位也要全面观察。而在5~20 mm直径范围内的结节，少数密度比较淡薄的病灶，因为DR密度分辨率的限制，不管是否使用CAD系统，在DR胸片上可能均无法检出，只有CT检查才能发现。
目前，CAD在欧美国家已经成为医学成像和放射诊断学的主要研究课题之一，已应用于各种影像学检查，包括DR、CT、磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)、超声造影术等，是一种有效的筛查手段。CAD已不仅用于肺结节的检测，也有研究用CAD系统来帮助判断病变的良恶性。Shiraishi等[9]的研究结果表明，运用CAD系统区分良恶性肺结节，其准确率高于大部分有经验的医生(P＜0.002)。因此，将来需要扩大样本量对CAD系统进行更加深入的研究，除了进一步提高诊断的准确度外，还可运用在病变的定性方面，将其临床应用范围进一步扩大。
