王平 龍曉宙 黃剛 周星 毛澤慶 臧太平

甘肅省人民醫(yī)院，甘肅 蘭州730000

隨著計(jì)算機(jī)斷層掃描（computerized tomography，CT）多排探測(cè)器技術(shù)及雙源CT技術(shù)的飛速發(fā)展，冠狀動(dòng)脈CT血管造影（coronary CT angiography，CCTA）作為一種穩(wěn)定、可靠的診斷工具被臨床廣泛應(yīng)用于冠狀動(dòng)脈疾病的診斷。冠狀動(dòng)脈CTA在排除冠心?。╟oronary arterydisease，CAD）方面非常有效，具有很高的陰性預(yù)測(cè)值（negative predictive value，NPV）。然而CCTA需要影像技術(shù)人員及醫(yī)生對(duì)所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理并對(duì)冠脈每支血管逐一進(jìn)行評(píng)估，需要耗費(fèi)大量時(shí)間。機(jī)器學(xué)習(xí)為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通過從大型數(shù)據(jù)集中提取模式來自主獲取知識(shí)的能力，近年來，基于計(jì)算機(jī)深度學(xué)習(xí)的人工智能（artificial intelligence，AI）技術(shù)改變了對(duì)所有信息的觀念，在社會(huì)各領(lǐng)域具有無限的應(yīng)用潛力。AI技術(shù)正在從根本上改變醫(yī)學(xué)實(shí)踐方式，并在放射醫(yī)學(xué)、病理性及臨床心臟病學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域取得了一定成果［1-3］。本研究應(yīng)用AI冠脈輔助診斷軟件對(duì)既往使用CCTA及冠狀動(dòng)脈造影術(shù)（coronary arteriography，CAG）檢查的患者CT數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件自動(dòng)分析并與兩者進(jìn)行比較，探討AI冠脈輔助診斷軟件在評(píng)價(jià)冠脈疾病的診斷效能。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧分析2015年5月至2019年12月在我院行CCTA及CAG檢查的52例患者的冠脈影像資料，其中男性34例，女性18例，年齡31～86歲，平均（61.98±11.66）歲。

1.2 納入與排除標(biāo)準(zhǔn) 納入標(biāo)準(zhǔn)：①患者均同時(shí)接受CCTA及CAG檢出；②CCTA圖像滿足診斷要求（圖像質(zhì)量評(píng)分＞3分）。排除標(biāo)準(zhǔn)：①冠脈支架置入術(shù)后患者；②冠脈搭橋術(shù)后患者；③患者接受兩種檢出時(shí)間間隔小于2周。

1.3 檢查方法 冠狀動(dòng)脈CT掃描均使用西門子第二代SOMATOM Definition雙源CT。掃描方式包括前瞻性及回顧性心電門控掃描。對(duì)比劑注射流速4.5mL/s，注射容量為1mL/kg，對(duì)比劑注射后以相同流率注射30mL生理鹽水。采用對(duì)比劑示蹤技術(shù)，將感興趣區(qū)置于升主動(dòng)脈根部，注射造影劑后5～10s開始延遲觸發(fā)掃描，觸發(fā)閾值設(shè)定為100HU。CAG使用西門子Artis One平板DSA系統(tǒng)，術(shù)前準(zhǔn)備后行橈動(dòng)脈或股動(dòng)脈穿刺左、右冠狀動(dòng)脈造影檢查，攝影部位選擇常規(guī)6部位，每個(gè)體位注射造影劑4～6mL。X線劑量模式選擇常規(guī)模式，圖像采集速率15fps。

1.4 冠狀動(dòng)脈圖像處理 醫(yī)生處理及評(píng)價(jià)CCTA圖像使用Sigovia工作站完成。將最佳收縮期、舒張期數(shù)據(jù)傳入工作站后使用冠狀動(dòng)脈分析軟件進(jìn)行圖像后處理，人工標(biāo)記冠脈各分支并行最大密度投影、曲面重建和容積再現(xiàn)成像，判斷冠脈有無變異，參照美國心臟病協(xié)會(huì)冠心病分段標(biāo)準(zhǔn)逐一判斷左前降支（LAD）、左回旋支（LCX）及右冠狀動(dòng)脈（RCA）是否存在狹窄、狹窄部位、狹窄程度以及斑塊性質(zhì)。CCTA圖像由1名心血管亞專業(yè)影像主治醫(yī)師完成圖像處理后分析評(píng)價(jià)，由另1名心血管亞專業(yè)影像副主任醫(yī)師審核分析結(jié)果，意見有分歧時(shí)討論確定判讀結(jié)果。AI冠脈輔助診斷均在醫(yī)生完成評(píng)價(jià)后進(jìn)行。從Sigovia工作站調(diào)取最佳收縮期或舒張期圖像信息傳至工作站后采用數(shù)坤冠脈輔助診斷軟件完成評(píng)估。軟件分析第一步：自動(dòng)識(shí)別、標(biāo)記冠狀動(dòng)脈；第二步：對(duì)血管進(jìn)行自動(dòng)評(píng)價(jià)后生成報(bào)告；第三步：生成不同重建方式的不同角度圖像以供打印排版。

1.5 觀察指標(biāo) 觀察AI在冠脈狹窄及斑塊的診斷準(zhǔn)確性。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS22.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)數(shù)資料差異比較采用χ2檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 冠狀動(dòng)脈管腔狹窄的診斷 以CAG檢查結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，以狹窄血管計(jì)數(shù)，AI輔助診斷軟件對(duì)CT冠狀動(dòng)脈三主支血管（LAD、LCX、RCA）管腔狹窄診斷的敏感度、特異度、陽性預(yù)測(cè)值及陰性預(yù)測(cè)值分別為敏感度89.09%、79.21、70.00%和93.02%（表1）；醫(yī)生對(duì)冠狀動(dòng)脈管狹窄診斷的敏感度、特異度、陽性預(yù)測(cè)值及陰性預(yù)測(cè)值分別為89.09%、89.11%、81.67%和93.75%（表2）。AI輔助診斷與醫(yī)生診斷對(duì)冠脈狹窄診斷敏感度比較無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）；診斷特異度AI輔助診斷低于醫(yī)生診斷，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

2.2 冠狀動(dòng)脈管壁斑塊的診斷 以不同性質(zhì)斑塊累及血管計(jì)數(shù)，冠狀動(dòng)脈管壁非鈣化斑塊醫(yī)生診斷與AI輔助診斷的檢出率分別為12.8%、17.3%（表3）；冠狀動(dòng)脈管壁鈣化及混合斑塊醫(yī)生診斷與AI輔助診斷的檢出率分別為41.0%、42.9%（表3）。以CCTA醫(yī)生診斷為標(biāo)準(zhǔn)，冠狀動(dòng)脈三主支血管管壁斑塊AI輔助診斷與醫(yī)生診斷檢出率比較，AI輔助診斷對(duì)冠狀動(dòng)脈非鈣化斑塊及鈣化、混合斑塊的診斷與CCTA醫(yī)生診斷之間無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＞0.05）（圖1）。

表1 AI輔助診斷冠脈狹窄準(zhǔn)確性

表2 CCTA醫(yī)生診斷冠脈狹窄準(zhǔn)確性

表3 CCTA醫(yī)生與AI對(duì)冠脈非鈣化斑塊檢出率比較

2.3 冠狀動(dòng)脈變異的診斷CCTA醫(yī)生共診斷冠狀動(dòng)脈起源異常2例，冠狀動(dòng)脈三主支血管共檢出7支心肌橋形成，相應(yīng)冠狀動(dòng)脈管腔未發(fā)現(xiàn)明顯狹窄。AI輔助軟件未能檢出或提供冠狀動(dòng)脈變異診斷信息。

3 討論

圖1左前將支CCTA與CAG圖像

圖2右冠狀動(dòng)脈CCTA與CAG圖像

冠狀動(dòng)脈疾病的影像學(xué)檢查主要有CAG和CCTA，其中CAG是冠脈動(dòng)狹窄診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”，但因CAG為有創(chuàng)檢查，其在臨床診斷的應(yīng)用受到限制。隨著多層螺旋CT的臨床應(yīng)用，CCTA在心血管領(lǐng)域的臨床應(yīng)用得到極大推廣。通過靜脈注射對(duì)比劑后行心臟多層螺旋CT掃描并行后處理分析，CCTA可以清晰顯示冠狀動(dòng)脈3～4級(jí)分支血管細(xì)節(jié)，對(duì)血管變異疾病、血管壁疾病以及顯示病變與冠狀動(dòng)脈之間關(guān)系有重要價(jià)值，對(duì)冠狀動(dòng)脈狹窄的診斷準(zhǔn)確性高［4］。相對(duì)于冠脈造影等有創(chuàng)檢查，CCTA創(chuàng)傷小且檢查快速，有利于觀察心臟及冠狀動(dòng)脈整體情況，在清晰顯示血管腔的同時(shí)也可以顯示血管壁的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊及心肌橋等病變。近年來，隨著醫(yī)學(xué)影像學(xué)數(shù)據(jù)的快速積累和計(jì)算機(jī)軟硬件的提升，人工智能技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像診斷領(lǐng)域的研究和應(yīng)用呈現(xiàn)快速增長(zhǎng)趨勢(shì)［3，5-7］。在冠脈診斷方面已有AI輔助診斷軟件投放臨床進(jìn)行測(cè)試，有相關(guān)的研究顯示，基于深度學(xué)習(xí)的計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)在冠心病及冠脈斑塊的診斷方面有較高的應(yīng)用價(jià)值，特別是在冠脈鈣化的診斷中具有較高的準(zhǔn)確性［8，9］。

近年來，國內(nèi)外的研究顯示CCTA診斷冠脈狹窄具有很高的準(zhǔn)確性［10-12］，但是目前我國大多數(shù)醫(yī)院使用的CT掃描設(shè)備無法在一個(gè)心動(dòng)周期完成全心臟掃描，為了獲得優(yōu)良的CCTA圖像，對(duì)患者的心率、呼吸都有一定的要求。本研究所納入的患者均為心率小于75次/分，排除心率不齊及無法屏氣的患者。本研究結(jié)果顯示，AI輔助診斷軟件診斷冠脈狹窄的敏感性和醫(yī)生診斷的敏感度相同，但特異度較醫(yī)生診斷略低，其原因可能是AI輔助診斷軟件把部分血管偽影誤判為冠脈管腔狹窄（圖2）。

早期、準(zhǔn)確評(píng)估冠狀動(dòng)脈斑塊性質(zhì)，特別是識(shí)別不穩(wěn)定斑塊對(duì)臨床治療及管理有著重要意義。一方面，冠狀動(dòng)脈非鈣化性斑塊早期易發(fā)生破裂，是ACS發(fā)生的獨(dú)立危險(xiǎn)因素［13］；另一方面，有研究［14］認(rèn)為，粥樣硬化斑塊的類型與冠脈管腔的狹窄程度有一定關(guān)系，鈣化斑塊特別是鈣化范圍廣者一般引起管腔輕度狹窄，而非鈣化斑塊可引起明顯狹窄。本研究對(duì)AI輔助診斷及CCTA醫(yī)生診斷冠脈管壁斑塊進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果顯示兩者在對(duì)不同性質(zhì)斑塊的檢出無明顯差異，說明通過大量病例學(xué)習(xí)，AI軟件可通過斑塊密度及形態(tài)差別而準(zhǔn)確區(qū)別不同性質(zhì)的斑塊。

冠狀動(dòng)脈變異發(fā)生率較低，大多數(shù)冠狀動(dòng)脈變異不會(huì)影響生理功能。心肌橋（Myocardiol bridges，MB）也被認(rèn)為是冠脈變異的一種。節(jié)段走行于淺層心肌纖維下的壁冠狀動(dòng)脈（mural coronary artery，MCA）其表面被覆的心肌稱為MB。以往有研究［15，16］認(rèn)為，MB-MCA可導(dǎo)致心肌退變、急性心肌缺血甚至與猝死相關(guān)，引起人們對(duì)其臨床意義的關(guān)注。GAG無法顯示冠脈管壁外的結(jié)構(gòu)，只有在收縮期和舒張期冠脈發(fā)生明顯管腔變化時(shí)才間接提示MB-MCA存在。CCTA除能判斷冠脈形態(tài)結(jié)構(gòu)的異常外，可準(zhǔn)確判斷冠狀動(dòng)脈與心肌的空間關(guān)系。與GAG相比較，研究顯示［17］，CCTA診斷MBMCA有著更高的特異性及陽性預(yù)測(cè)值。本研究病例中冠狀動(dòng)脈三主支血管共檢出7支存在MB-MCA，但AI輔助診斷軟件并未能診斷或提示其存在。在冠狀動(dòng)脈變異診斷方面，AI輔助診斷仍需大量病例學(xué)習(xí)以期可準(zhǔn)確區(qū)別血管與周圍解剖結(jié)構(gòu)。

本研究的不足在于受限于樣本量，對(duì)AI自動(dòng)分析軟件判斷冠脈小分支血管病變的能力未能進(jìn)行分析，對(duì)冠脈支架置入術(shù)后及冠脈搭橋術(shù)后患者也未能納入研究，對(duì)此需進(jìn)一步大樣本量的驗(yàn)證。

總之，冠狀動(dòng)脈CT成像AI輔助診斷對(duì)冠狀動(dòng)脈狹窄有較高的診斷準(zhǔn)確性；對(duì)冠狀動(dòng)脈壁斑塊，特別是鈣化或混合斑塊診斷具有一定的價(jià)值。但目前AI軟件對(duì)冠狀動(dòng)脈發(fā)育變異的診斷能力有限，計(jì)算機(jī)需要更多病例學(xué)習(xí)及軟件優(yōu)化。