九峰医疗胸部数字X线摄影人工智能图像质量控制专家共识

2021-04-03中华医学会影像技术分会九峰医疗

中国医疗设备 2021年1期

中华医学会影像技术分会，九峰医疗

引言

近年来国家大力推行分级诊疗制度，实现基层首诊、双向转诊、急慢分治、上下联动，从而促进有序就医，合理控费。影像学检查作为疾病分诊、筛查和诊断评估的重要手段，是提升基层医疗机构服务能力的重要内容。在国内覆盖面最广的基层医疗机构是乡镇卫生院和社区卫生服务中心，影像工作流程一般是放射科技师完成摄影，影像通过网络传输至区域影像诊断中心，由具有资质的放射科医师进行诊断评估，诊断报告再通过网络传递至基层医疗机构交付到患者。由于基层医疗机构放射科技师水平参差不齐，在摄影质量无法保障的情况下，影像可能会造成误诊漏诊。以胸部数字X线摄影检查为例，在正常情况下，从拍片到出报告可以在30 分钟内完成，而一旦出现质量问题需要重新拍摄，检查时间可能数倍的延长。

越来越多的医院希望实现摄片质量实时自动分析，在患者尚未离开摄片室时即可提醒技师是否需要重新拍片，从而降低时间损耗，提升患者满意度。医疗质量控制部门，也希望能够实时、全面、客观、常态化地监测和评价医疗机构的影像学检查质量。在质控标准的指导下，切实可行的质控手段和工具，是实现上述目标的关键。

近年来，人工智能（Artificial Intelligence，AI）技术被越来越广泛地应用于医学领域，通过人工智能技术，有望实现医学影像质控的自动化、实时化、常态化，这将为整个行业带来突破性的进步。

1 目的

针对基层医疗常用的X线摄影术-胸部数字X线摄影，江西中科九峰智慧医疗科技有限公司（九峰医疗）在人工智能-图像质量控制方面，在中华医学会影像技术分会各位专家的指导下，已经取得研发突破，形成成果产业转化。本共识旨在建立九峰医疗临床应用系统-“胸部数字X线摄影人工智能图像质量控制算法”（JF CXR-QC，以下简称“系统”）的适用范围和所解决临床问题的定义，指导基层医疗卫生机构更好地使用新技术提升服务能力；同时，为医疗质量控制部门开展质控工作，提供参考和质控工具。

2 适用范围

本共识适用于JF CXR-QC系统人工智能算法的临床应用，内容包括中华医学会影像技术分会专家对基层胸部数字X线摄影常见图像质量问题的临床定义，以及JF CXRQC系统软件的功能实现等。

3 编制依据

《医疗器械使用质量监督管理办法》(国家食品药品监督管理总局令第18号)；

《国务院关于修改〈医疗器械监督管理条例〉的决定》；

《医学影像学（第8版）》；

《放射医学与防护名词》；

《计算机科学技术名词》 (第三版)；

《管理科学技术名词》；

WS/T 389-2012医学X线检查操作规程；

DB13/T 1283.1-2010 医学影像学诊疗技术标准；

YY/T 0796.1-2010医用电气设备数字X射线成像系统的曝光指数；

GB/T 24791.1-2009医疗X射线成像用屏/片系统的感光测定；

数字X线摄影检查技术专家共识[J].中华放射学杂志,2016,50(7):483-494.

4 术语和定义

（1）人工智能：解释和模拟人类智能、智能行为及其规律的学科。主要任务是建立智能信息处理理论，进而设计可展现近似于人类智能行为的计算机系统。

（2）深度学习：深度学习是通过构建深层网络结果进行特征学习的方法；让计算机从大量经验数据中获取知识特征、并根据层次化的概念体系来理解世界。

（3）数字X射线摄影：Digital Radiography，又称DR。利用数字化X射线探测器实现X线摄影的一种设备。其影像直接从影像接收器转换读出。通常由X射线发生装置、数字化X射线影像装置和辅助装置组成。

（4）X线胸部后前位：受检者取站立位，前胸壁贴紧探测器，该体位的X线成像为常规胸部正位片。

（5）DICOM协议：医学数字成像和通信（Digital Imaging and Communications in Medicine，DICOM）是医学图像和相关信息存储和传输的国际标准（ISO 12052）。

（6）热力图：以特殊高亮的形式显示重点区域的图示。

（7）医学放射技师：接受过医学辐射技术专门教育和培训，在医学辐射技术的一个或多个专业中受放射学执业医生的委派有能力开展各种放射学检查的专业人员。他们的能力通常是按正式的机制由国家对其进行评估，包括在该给定专业领域对其登记、委任或任职资格的认定。

（8）放射诊疗执业医师：接受过医用辐射专业教育和专门培训，并在给定专业领域有能力独立实施或指导实施涉及医学照射程序的专业人员。这些人员的能力通常是按正式的机制由国家对其进行评估，这包括在该给定专业领域(例如放射诊断、放射治疗、核医学、牙科、心血管科等)对其登记、委任或任职资格的认定。在尚未建立这样机制的国家，需要对许可证持有者所建议的作为放射学执业医生的任何个人的教育、培训和能力进行评估，并基于国际标准或国家标准(如存在)的要求来决定是否这样的个人在所需要的专业领域能够承担放射学执业医生的职务。

（9）物联网：唯一地标识和识别每一个实体对象的虚拟网络化结构。

（10）PDCA循环：由美国质量管理专家戴明(W.Edwards Deming)首先提出的全面质量管理所应遵循的科学程序，即按照计划、实施、检查、处置的顺序往复循环进行改进的科学程序。

5 常见的基层DR胸片图像质控问题定义

基于行业调研和相关应用实践，以下是基层DR胸片的常见图像质量问题：

（1）图像模糊：对比明显的锐利边缘移行幅变大，胸部以膈肌隆顶较为敏感。理论上移行幅大于0.2 mm即为模糊，实践上可根据观测效果确定，建议参考右侧膈肌中部较好。

（2）部位不全：图像上边缘应包括第七颈椎，需有直接曝光区，左右边缘应包括两侧肋骨、胸壁，下界包括两侧肋膈角。

（3）曝光过度：肺野内低像素值形成大片连同区域，肺纹理消失，与肺外直接曝光区像素值一致，像素值差别消失范围超过5 cm，双侧都是。

（4）曝光不足：纵隔范围内气管、脊椎影像未显示，心脏、膈肌影像范围肺纹理消失，高像素值形成大片连同区域。

异物：常见以衣物/饰物为主。

6 影响DR胸片影像质量的因素

（1）焦点：在X线管负荷允许的原则下，尽量采用小焦点，以提高X线图像的清晰度。

（2）源—像距离与物—像距离：摄影时胸部应尽量贴近探测器，并且与探测器平行。摄影部位与探测器不能贴近时，根据X线机负荷相应增加源—像距离，同样可收到放大率小、清晰度高的效果。不能平行时，可运用几何学投影原理尽量避免影像变形。

（3）中心线：水平方向通过第6胸椎垂直射入探测器。

（4）滤线设备：按照摄片部位的大小和源—像距离选用合适的照射野。体厚超过15.0 cm或管电压超过60 kV时，需加用滤线器，并按滤线器使用的注意事项进行操作（尤其是滤线栅焦距）。

（5）探测器、X线管的固定：探测器、X线管对准摄影部位后，锁止各向固定，防止X线管移动。

（6）曝光条件：摄影前需要了解受检者的病史及临床需要，根据摄影部位的密度和厚度等具体情况，选择较合适的曝光条件，有电离室自动曝光控制（AEC）的，尽可能使用该模式曝光。婴幼儿及不合作的受检者应尽可能选用大毫安短时间曝光。

（7）呼吸控制：深吸气后屏气，用于肺部及膈上肋骨摄影，这样可使肺内含气量加大，对比鲜明，同时膈肌下降，能够良好的显示肺野及膈上肋骨。

（8）照射野：尽量缩小照射野，但应包全受检部位。胸部，采用高电压、低毫安秒、高滤过，可减少X线辐射剂量，提高影像分辨率。

7 DR胸片后前位摄影规范

摄影规范：受检者面向摄影架站立，两足分开与肩等宽，使身体站稳，头稍后仰，前胸贴紧探测器。

（1）受检者面向摄影架站立，两足分开，使身体站稳，头稍后仰，前胸贴近探测器，两手背放于髋部，双肘内旋弯曲，尽量向前，两肩内转并放平，人体正中矢状面对正探测器中线。

（2）照射野包括整个胸部。

（3）源—像距离为180 cm。

（4）中心线水平方向通过胸椎射入探测器中心。

（5）深吸气后屏气曝光。

（6）常规采用高千伏摄影。

滤线栅焦距180 cm，附加铜片滤过0.2 mm左右。

8 影像评价标准

（1）胸部图像位于正中，两侧对称，肩部软组织影上留3～5 cm空曝光区。

（2）肩胛骨应投影于肺野之外，双侧胸锁关节对称，双侧锁骨对应位置等高趋于水平。

（3）DR胸片上气管、主支气管清楚显示。

（4）心影外缘呈锐线状。

（5）能清晰分辨肺野、纵隔、胸壁及软组织的层次，与心脏重叠的肺纹理可见，膈下肋骨、肺纹理可见。

（6）无体外异物伪影。

9 设计原则

本系统算法设计在中华医学会影像技术分会专家指导下，通过建设基于人工智能深度学习技术的影像质控及拍片示教，能够在基层专业人员短缺和短期无法弥补的现状下，对基层DR胸片进行实时图像质控，对摄影能力进行提升。

为实现上述目标，系统建设过程遵循如下的性能和原则：

（1）兼容性：该系统是一个相对开放的系统，与影像存储、处理和报告信息化系统间应有相对的标准接口，为满足各系统之间的对接或联调需要，设计应以符合国际标准或国际流行标准为原则。

（2）先进性：整个系统与其他基于人工智能深度学习技术的医学影像类产品发展趋势相吻合，保证系统整体的先进性、技术寿命及后期维护的可延续性。

（3）实用性：系统着重解决基层医疗的主要实际问题，力求实用，做到操作简单直观，维护方便，高质量、低成本。

（4）可靠性：系统从组网架构、算法成熟度、技术先进性等多方面保证系统运行稳定可靠。

（5）模块化：系统满足在扩充及更换部分设备时的通用性及可替换性。

（6）扩展性：系统的设备配置及选型，允许再扩容，而且做到随着技术和形势的发展扩容升级简便。

10 系统的功能实现

10.1 九峰AI质控算法所解决的临床问题

（1）图像模糊：自动检测图像模糊程度。

（2）部位不全：自动检测第七颈椎、肺尖是否包全，以及左下肋膈角、右下肋膈角是否包全。

（3）曝光过度/不足：自动判别图像是否曝光过度/不足。

（4）异物检测：自动检测拍摄图像中肺部检查区域是否存在异物。

10.2 基于九峰AI质控算法的功能结果

（1）系统智能分析影片是否为正位胸片，非正位胸片提示“其他部位”，从而实现为其他异常征象和疾病类的AI算法进行拍摄部位分类的目的。

（2）对正位胸片提供AI质控分析，对图像模糊、部位关键点、曝光异常、异物等提供概率分值，基于分值进行AI质控通过与否的提示：a.图像模糊：模糊算法阈值分数达到或高于50分，予以“AI质控不通过”的提示；b.部位不全：根据基层的实际情况，当第七颈椎检测算法阈值低于50分（即算法未检测到第七颈椎），但肺尖、左肋膈角和右肋膈角检测算法阈值达到或高于50分（即算法检测到肺尖、左肋膈角和右肋膈角），予以“摄影不规范”的提示；对肺尖检测算法阈值，或左肋膈角检测算法阈值，或右肋膈角检测算法阈值其中任何一项低于50分导致肺部解剖结构不完整的影像，予以“AI质控不通过”的提示；c.曝光过度/不足：曝光过度或曝光不足算法阈值分数达到或高于50分，予以“AI质控不通过”的提示；d.异物：异物算法阈值分数达到或高于50分的，予以“AI质控不通过”的提示。

（3）除上述AI质控是否通过的分类提示外，通过热力图形式显示具体质控识别点的位置和范围。