医学影像人工智能:进展和未来

基于医学影像构建的人工智能(AI)系统已在疾病诊疗方面展现出了巨大的应用潜能。然而,距离临床应用仍面临着诸多挑战。就医学影像数据标准化、模型泛化性、生物学可解释性、医学数据孤岛与隐私保护等方面来探讨医学影像AI的进展与未来。在未来的工作中,有必要引入更多新技术、新理论,构建高效、泛化性强的医学影像AI标准化数据库,积极推进医学影像AI在疾病诊疗领域的临床应用。

影像人工智能在肿瘤诊疗中的应用

基于人工智能的影像组学近年来蓬勃发展。影像组学从最初利用计算机辅助诊断,到后续结合人工智能用于肿瘤预后预测和疗效预测,具有极高的科研和应用价值。简要介绍近期基于人工智能的影像组学模型在肿瘤诊疗中的研究,并对现有研究成果转化中存在的模型可解释性不足和泛化能力弱等问题进行讨论,以期推动相关研究的临床转化应用,促进医疗行业的进步。

CT特征联合人工智能定量参数评估ⅠA期肺腺癌高级别组织学亚型

目的探讨CT特征联合人工智能(AI)定量参数评估临床ⅠA期高级别肺腺癌(LADC)的价值。方法纳入482例ⅠA期LADC患者,以病理分级系统将其分为低级别组(n=366)和高级别组(n=116);比较组间临床及影像学主观特征及AI定量参数差异,以logistic回归分析筛选评估高级别LADC的独立因子,并构建主观特征模型、AI模型及联合模型;绘制受试者工作特征曲线,评估各模型诊断效能。结果对于评估高级别LADC,主观特征模型中的结节类型、实性成分占比及空气支气管征,AI模型的CT平均值及峰度,以及联合模型中的AI评分、实性成分占比及空气支气管征均为独立预测因子(P均<0.05)。主观特征模型、AI模型及联合模型评估高级别LADC的曲线下面积分别为0.886、0.885及0.901,联合模型评估效能优于主观特征模型及AI模型(P均<0.05)。结论CT特征联合AI定量参数有助于术前无创评估临床ⅠA期高级别LADC。

CT影像形态学特征对肺腺癌免疫表型术前预测的价值

目的探讨CT影像形态学特征对肺腺癌免疫表型的预测价值。方法回顾性分析302例经病理证实为浸润性肺腺癌病人的术前CT影像及临床资料。病人以7∶3的比例随机分为训练集(211例)及验证集(91例)。根据肺腺癌淋巴细胞密度和空间分布特点界定肿瘤免疫表型,并据此将病人分为热肿瘤组(训练集80例,验证集32例)及冷肿瘤组(训练集131例,验证集59例)。采用Kaplan-Meier法及Log-rank检验进行生存分析。采用单因素及多因素Logistic回归分析,构建基于CT影像形态学特征的肺腺癌免疫表型术前预测模型,采用受试者操作特征曲线下面积(AUC)评估模型的预测效能。结果Kaplan-Meier曲线提示,训练集及验证集中冷肿瘤组的无病生存期均较热肿瘤组缩短(训练集:P=0.001,验证集:P=0.005)。以病灶位置(周围/中央)、实性成分最大径、毛刺征(有/无)及边界(清晰/模糊)构建CT影像模型。在训练集和验证集中,预测模型的AUC分别为0.70(95%CI:0.60~0.83)、0.72(95%CI:0.63~0.77)。结论肺腺癌免疫表型可以辅助病理TNM分期对病人进行预后分层,以CT影像形态学特征构建的模型可以在术前良好预测肺腺癌免疫表型。

b值对肝脏磁共振扩散加权成像ADC值及其可重复性的影响

目的研究b值大小及数量对肝脏磁共振扩散加权成像(DWI)表观扩散系数(ADC)值大小及其可重复性的影响。资料与方法对39例健康志愿者行肝脏DWI扫描,使用膈肌导航单次激发平面回波序列扫描2次,分别生成b值为(0、100)、(0、500)、(0、800)、(0、100、500)和(0、100、500、800)s/mm2的ADC图像。分别在左、右肝选取3个层面,然后在每个层面各选3个圆形感兴趣区(ROI)测量ADC值,分别以左、右肝9个ROI的平均ADC值代表左、右肝的ADC值。结果 b值相同时,左肝ADC值大于右肝(P<0.001)。b=0、100s/mm2时ADC值最大;b=0、100、500、800s/mm2时ADC值最小。Bland-Altman分析显示,b=0、100、500、800s/mm2时可重复性最好(右肝:LOA=10.5%;左肝:LOA=13.9%)。结论 b值越小,ADC值越大;使用多个b值计算的ADC值可重复性最高,在临床中测量肝脏DWI的ADC值时使用多个b值计算更为精确。

超顺磁性氧化铁标记脂肪干细胞移植入大鼠心脏后的活体磁共振示踪成像

目的探讨超顺磁性氧化铁(SPIO)标记脂肪干细胞(ADSCs)移植入大鼠心脏后的活体磁共振成像(MRI)示踪的可行性。方法使用左旋多聚赖氨酸-SPIO共培养方式标记ADSCs。采用普鲁士蓝染色及透射电镜观察细胞内铁颗粒,台盼兰染色检测细胞活力,并对标记的干细胞进行体外MRI成像。将经过SPIO标记的干细胞移植入正常大鼠心脏,使用MRI进行活体成像观察并与病理结果进行对照分析。结果普鲁士蓝染色于ADSCs胞浆内可见蓝色颗粒,电镜检查见铁颗粒位于内涵体/溶酶体内;台盼兰染色检测细胞活力实验组与对照组差异无显著性(P>0.05);标记了SPIO的干细胞体外MRI成像时,实验组信号显著低于阴性对照组和空白对照组;标记后的干细胞移植到心脏后,MRI显示细胞移植区域信号缺失,对应区域病理切片普鲁士蓝染色可见胞浆内染色阳性的细胞。结论MRI可以对移植入心脏的经SPIO标记的干细胞进行无创、动态的活体示踪成像,有助于了解移植细胞在体内的存活及迁徙情况。

大鼠骨骼肌脂肪含量的^1H-MRS定量分析和病理对照研究

目的研究1H-MRS在肌肉脂肪含量的定量分析中的价值及与病理分级的相关性。方法使用GE1.5TMR扫描机及正交birdcage动物线圈(50mm),对28只成年Wistar大鼠左侧后肢比目鱼肌进行1H-MRS采集。采集到的波谱使用SAGE软件进行后处理,分析细胞内脂肪和细胞外脂肪含量。使用电镜观察肌肉细胞内的脂滴含量。结果全部大鼠均成功采集肌肉波谱。所有谱线均可以解析位于3.02～3.05ppm处的总胆碱,1.3ppm处的肌肉细胞内脂肪和1.5ppm处的肌肉细胞外脂肪。大鼠肌肉细胞内脂肪含量/总胆碱比值为0.58～5.72,与电镜下观察到的细胞内脂肪的含量呈正比(r=0.952,P<0.001)。结论使用1H-MRS可以准确、无创测量肌肉细胞内的脂肪含量,且与病理检查结果一致。

螺旋CT三维和多平面重建在髋臼骨折中的应用

目的 :探讨螺旋CT三维 (3D)和多平面重建 (MPR)在髋臼骨折中的临床应用价值。方法 :2 7例髋臼骨折的病人先经骨盆螺旋CT薄层扫描 ,并在工作站上作髋臼三维和多平面重建。注重观察髋臼骨折的类型以及CT表现特征。结果 :2 7例病人共计 3 1个髋臼骨折。除 1个T形骨折用三维和多平面重建判断为横行骨折外 ,其余 3 0个骨折轴位CT、三维和多平面重建均显示。三维和多平面重建能更直观的显示病变的具体情况。结论 :螺旋CT三维和多平面重建是轴位CT扫描的有价值的补充手段 。

~1H-MRS在鉴定大鼠非酒精性脂肪肝模型构建中的作用

目的:探讨1H-MRS在鉴定大鼠非酒精性脂肪肝模型建立中的作用.方法:以高脂高胆固醇饮食喂养Wistar大鼠(n=24)构建非酒精性脂肪肝模型,正常饮食喂养大鼠(n=8)作为对照组.使用1H-MRS第0、4、8和12周检查肝脏的脂肪含量,并对肝组织进行脂肪肝病理分析.在处死大鼠前收集大鼠血液作血清ALT、AST、TC、TG和HDL-C分析.结果:大鼠肝细胞内从第4周即出现脂滴空泡,程度较轻,以小泡性脂滴为主,随着时间的增加,脂肪肝程度明显加重,第12周时多为中重度脂肪肝,细胞内出现较多大泡性脂滴空泡.24只实验大鼠中,除1只在第4周时未造模成功外,其他均造模成功,按照病理分级,1级3只,2级14只,3级6只.实验组肝指数、肝功能及血脂检查均高于对照组.使用1H-MRS分析,对照组的脂肪相对含量为13.0%±7.1%,均小于21%,实验组平均56.7%±16.4%,均大于28%,两组间有统计学意义(t=5.78,P<0.001).结论:使用高脂高胆固醇配方饮食可成功构建大鼠非酒精性脂肪肝模型,1H-MRS在脂肪肝模型建立的鉴定中有重要的价值.

促进影像组学的转化研究

影像组学是近年来研究的热点之一,可利用计算机软件从医学图像中提取海量的定量图像特征,在协助肿瘤患者的个体化治疗决策方面具有广阔的应用前景。尽管影像组学方法可量化肿瘤异质性,在肿瘤精准医疗临床决策中有重要辅助价值,且有巨大临床转化潜力,但欲将影像组学研究成果成熟应用于临床实践中仍须面对诸多挑战,希望国内学者能共同努力推动其临床应用转化,辅助个体化临床决策。

螺旋CT三维和多平面重建在胸腰椎骨折中的临床应用

目的 :探讨螺旋CT三维和多平面重建在胸腰椎骨折中临床应用价值。材料和方法 :回顾性分析 2 3例胸腰椎骨折和螺旋CT扫描及三维和多平面重建资料。重点观察椎体骨折的部位、椎体序列、椎体高度、骨折线、椎体附件和旋转 /脱位等的CT表现。结果 :2 3例中轴位CT显示 2 7个椎体骨折 ,2 5个横突骨折 ,3个棘突骨折 ,3个椎弓根骨折 ,15个椎板骨折 ,4个椎间关节脱位 ,0个椎体脱位 ,1个椎体旋转 ,2 5个椎管狭窄。三维重建显示分别为 2 7、 15、 3、 2、 7、 2、 4、 1、 2 5个 ;多平面重建显示上述结构骨折分别为 2 7、 5、 3、 2、 5、 2、 4、 0、 2 5个。三维和多平面重建显示椎体骨折效果好 ,但对附件的显示相对较差。在显示椎体的脱位和 /或旋转方面三维重建最为直观。结论 :胸腰椎骨折的螺旋CT三维和多平面重建 ,是轴位CT扫描有价值的补充手段。进行三维和多平面重建规范化操作流程 ,可提高其诊断效果。

影像组学研究浅见

影像组学（Radiomics）是一个新兴的概念,2012年由荷兰学者Philippe Lambin首次提出,其定义是借助计算机软件,从医学影像图像中挖掘海量的定量影像特征,使用统计学和/或机器学习的方法,筛选最有价值的影像组学特征,用以解析临床信息,用于疾病的定性、肿瘤分级分期、疗效评估和预后预测等。自其概念提出后,影像组学得到了迅猛的发展,在临床抉择中的指导价值也受到越来越广泛的重视。

干细胞MRI活体示踪磁探针标记方法原理及进展

使用MRI能够进行活体示踪经MR磁探针标记的干细胞移植后的动态变化情况,而如何对干细胞进行MRI磁探针标记是其关键所在。基于不同的原理,目前干细胞的MRI磁探针标记方法较多,其特点迥异,了解不同标记方法的原理和特点有利于在进行干细胞的MRI活体示踪研究时选择最合适的方法。

影像组学的临床价值及面临的挑战

影像组学可将医学影像资料转化为可挖掘的数据。利用计算机软件从医学影像资料中挖掘海量的深层图像信息,再基于机器学习或统计学方法,筛选出关键的影像组学特征,构建模型,用于疾病的精准诊断、疗效评估和预后预测等,在辅助临床决策方面具有重要作用。尽管目前已有多项研究证实了影像组学在临床中的重要价值,但其仍是一门新兴的学科,在将影像组学研究成果转化为临床实践前,仍面临着诸如数据标准化、模型验证等问题。本文对影像组学的临床价值和目前研究中面临的挑战进行简要阐述。

临床磁共振波谱数据处理方法及原理

临床磁共振波谱(MRS)技术可以无创性地测量在体及离体组织中的代谢产物组成、浓度水平及能量状态,从而反映机体的病理生理变化。正确的评估来源于准确的结果,而影响MRS结果的因素繁多,其中正确的数据处理是关键步骤之一。就MRS数据处理的各种方法及其原理进行综述。

胰周血管16层CT成像研究

目的:探讨16层CT血管成像技术显示胰周血管的价值。方法:对40例无腹部疾病的病人行16层CT双期扫描。使用轴位CT图像、薄层最大密度投影(TSMIP)和容积重建(VR)图像评价胰腺周围动脉和静脉。结果:轴位CT图像、TSMIP和VR对胰腺间接供血动脉和门静脉、肠系膜上静脉、脾静脉、胃网膜右静脉的显示率均为100%,对胃结肠干均为80%。轴位CT、TSMIP和VR对胰十二指肠上后动脉的显示率分别为97.5%、92.5%、67.5%;对胰十二指肠上前动脉,为95%、95%、75%;对胰十二指肠下动脉,为97.5%、92.5%、57.5%;对右结肠上静脉,为100%、87.5%、80%;对胰十二指肠上后静脉,为92.5%、65%、40%;对胰十二指肠上前静脉,为92.5%、62.5%、45%。结论:结合适当的扫描技术和显示方法,使用16层CT可获得良好的胰周血管的显示。

无黄疸型胰头癌的螺旋CT表现及其临床意义

目的：探讨无黄疸型胰头癌的螺旋CT表现及其临床意义。材料和方法：回顾性分析经手术、病理及临床证实为无黄疽型胰头癌，具有完整临床和螺旋CT资料者共计17例。临床资料包括患者症状、体征和实验室检查（T．B．、CA-19-9）。CT资料包括胰头癌肿块位置、大小、密度、边界，胆、胰管及胆囊异常，胰腺周围脏器结构（肠系膜血管、门静脉、下腔静脉、腹主动脉周围）有无受侵，以及远处转移。结果：本组17例无黄疸型胰头癌中，腰背部不适和／或腹痛13例；慢性腹泻4例；血T．B．值在正常或轻微超出正常值范围；血CA19—9阳性率高。螺旋CT表现均有肿块，胰头前份8例，钩突内侧9例，肿块大小2．5～5．5cm，平均3．3cm，肿块均呈较低或低密度，强化不明显，边缘不清；伴胆总管和胆囊扩张4例，胰管扩张11例；肠系膜血管和／或门静脉，和／或下腔静脉被部分或全部包埋12例；腹腔干及腹主动脉周围软组织浸润8例；淋巴结肿大和／或远处转移9例。结论：螺旋CT对揭示无黄疸型胰头癌CT表现特征及其临床意义有价值。

基于CT图像的纹理分析鉴别肝脏实性局灶性病变

目的 CT是鉴别肝脏实性局灶性病灶的常用检查方法,但其对不典型病灶的鉴别诊断仍有较大的经验依赖性,而纹理分析可以提供客观、定量的图像描述特征。本研究旨在探讨基于CT图像的纹理分析在肝脏实性局灶性病变鉴别诊断中的价值。资料与方法回顾性分析258例经病理证实或临床确诊的肝脏局灶性病变患者的CT图像,其中肝脏局灶性结节增生（FNH）34例,血管瘤（HEM）60例,肝细胞肝癌（HCC）60例,肝内胆管细胞癌（ICC）44例,转移瘤（MET）60例。所有患者均行腹部CT平扫与三期增强扫描。以Ma Zda软件生成CT图像的纹理特征并进行特征筛选,进行各组病灶的判别。结果 258例患者中,基于增强CT图像的纹理分析对于肝脏实性局灶性病变的鉴别诊断错判率（4.26%~37.80%）低于基于平扫图像的纹理分析（9.57%~39.02%）。对于良恶性病变的鉴别,门静脉期图像纹理分析错判率最低（13.57%）;对于FNH与HEM的鉴别,动脉期及门静脉期图像纹理分析效果相当（错判率为4.26%）;对于恶性肿瘤间的鉴别纹理分析错判率相对较高,若于恶性肿瘤间两两鉴别则错判率可降低（错判率最低为HCC与MET,约11.67%）。结论基于CT图像的纹理分析可以作为肝脏实性局灶性病灶鉴别诊断的辅助手段,尤其是FNH与HEM、良性病灶与恶性病灶、恶性病灶间的两两鉴别;其中基于三期增强扫描的纹理分析较基于平扫图像者效果更优。