人工智能定量参数预测直径≤2 cm 磨玻璃密度肺腺癌浸润程度

谢玉海，李小虎，侯唯姝，顾晓艳，钱银锋，高续，胡东，游利东

1.安徽省太和县人民医院 皖南医学院附属太和医院放射影像科，安徽 太和 236600；2.安徽医科大学第一附属医院医学影像科，安徽 合肥 230032；*通信作者 李小虎 lixiaohu@ahmu.edu.cn

肺癌居我国癌症新发病例数和死亡病例数的首位[1]，其中腺癌是最常见的组织病理类型，根据肿瘤生长阶段不同分为原位癌（adenocarcinomainsitu，AIS）、微浸润腺癌（minimally invasive adenocarcinoma，MIA）和浸润性腺癌（invasive adenocarcinoma，IAC）。AIS和MIA患者术后10年无复发率均为100%[2]，且在不影响术后5年总生存率的情况下，楔形切除术后并发症明显低于肺段切除和肺叶切除[3]；而IAC术后复发风险较高，常采用肺叶切除[4]，对于更高复发风险的病理亚型需要采用术后辅助治疗。因此，术前准确评估肺癌的浸润性有助于指导临床制订精准的个体化诊断方案。AIS、MIA与IAC的CT影像征象存在一定重叠，且人为因素影响较大，鉴别困难。基于深度学习人工智能（artificial intelligence，AI）的发展和应用对肺结节的检出和良恶性判断具有较高的诊断效能[5-7]。根据密度不同，肺结节分为磨玻璃结节和实性结节，前者又分为纯磨玻璃结节（pure ground glass nodule，pGGN）和混合磨玻璃结节（mixed ground glass nodule，mGGN）。磨玻璃结节是早期肺癌的主要表现形式。本文拟探讨基于AI定量参数对直径≤2 cm磨玻璃密度肺腺癌浸润程度的评估价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析太和县人民医院2019年3月—2022年4月经术后病理证实的80例患者90个磨玻璃密度肺结节的临床资料，以术后病理为“金标准”，根据IAC与AIS、MIA的手术切除方式、术后复发率以及是否需要术后辅助治疗的不同，本研究将IAC设为研究组，AIS及MIA设为对照组。所有患者术前均行胸部CT检查，其中男25例，女55例，年龄23～80岁，平均（55.6±12.1）岁。患者检查前均签署CT检查知情同意书。本研究经本院医学伦理委员会批准（2022-08）。

1.2 纳入及排除标准 纳入标准：①CT图像层厚1 mm；②CT检查磨玻璃结节直径≤2 cm；③有完整的病理资料且病理诊断为AIS、MIA和IAC。排除标准：①CT检查前无穿刺活检及放化疗史；②有弥漫性肺疾病CT表现；③图像不清晰，有呼吸移动伪影干扰等；④术后病理诊断为不典型腺瘤样增生的磨玻璃结节。

1.3 CT设备及扫描参数 使用飞利浦Brilliance 256i CT（30例）、飞利浦Brilliance 64 CT（45例）、飞利浦MX 16 CT（5例）进行胸部CT扫描。患者取仰卧位，头先进，嘱患者深吸气后屏气，扫描范围从肺尖至肺底。3台机器扫描参数：管电压120 kV，有效毫安秒120～350 mAs，螺距0.6，层厚5 mm，薄层重建层厚为1 mm，重建间隔0.7 mm。窗宽窗位：肺窗（窗宽1 500 Hu，窗位400 Hu）、纵隔窗（窗宽400 Hu，窗位40 Hu）。

1.4 图像分析 将胸部CT肺窗薄层图像导入人工智能肺结节辅助诊断系统（Dr.Wise Lung Analyzer，版本号V3.2.4.20023，杭州深睿博联科技有限公司），经软件自动分析得到肺结节的定量参数，包括体积、三维长径、最大面面积、最大CT值、最小CT值、平均CT值。磨玻璃密度为肺内半透明密度增高影，其内可见穿行的血管或支气管影。含有磨玻璃密度的结节为磨玻璃结节，如果磨玻璃密度内无实性成分为pGGN，含有实性成分为mGGN[8]。

1.5 统计学方法 采用SPSS 22.0软件。符合正态分布的计量资料以±s表示，采用独立样本t检验，非正态分布的计量资料以M（Q1，Q3）表示，采用Mann-WhitneyU检验；计数资料以例数表示，组间比较χ2检验；对两组间差异有统计学意义的定量参数进行二元Logistic回归分析，诊断价值采用受试者工作特征（ROC）曲线进行分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组一般资料 90个磨玻璃密度结节中，pGGN 33个、mGGN 57个，术后病理诊断研究组48个结节，其中pGGN 9个，mGGN 39个，男15个，女33个；对照组42个结节（AIS 8个，MIA 34个），其中pGGN 24个，mGGN 18个，男12个，女30个，研究组pGGN结节占比低于验证组，差异有统计学意义（χ2=14.218，P＜0.001），两组性别差异无统计学意义（χ2=0.077，P=0.782）。研究组CT检查与肺结节手术时间间隔为（7.688±7.008）d，对照组为（7.452±6.872）d，两组差异无统计学意义（t=-0.160，P=0.873），见图1、2。

图1 女，60岁，IAC。CT肺窗示右肺中叶pGGN（箭，A），术后病理诊断为IAC（B）；IAC为浸润性腺癌，pGGN为纯磨玻璃结节

图2 男，55岁，AIS。CT肺窗示左肺上叶前段pGGN（箭，A），术后病理诊断为AIS（B）； AIS为原位癌，pGGN为纯磨玻璃结节

2.2 两组AI定量参数单因素分析及二元Logistic回归分析 两组年龄、体积、三维长径、最大面面积、最大CT值和平均CT值差异有统计学意义（P＜0.05），最小CT值差异无统计学意义（P＞0.05），见表1。二元Logistic回归分析发现，结节三维长径和最大CT值是直径≤2 cm磨玻璃密度肺腺癌侵袭性的独立影响因子，三维长径每增加1 mm、最大CT值每增加1 Hu，为IAC的风险分别提升1.020倍和0.008倍。由三维长径和最大CT值建立的回归方程如下：Logist（P）=3.781+0.703X1+0.008X2，其中X1代表三维长径，X2代表最大CT值，见表2。

表1 研究组与对照组的AI定量参数比较

表2 二元Logistic回归分析结果

2.3 两组AI定量参数ROC曲线分析 AI定量参数判断直径≤2 cm磨玻璃密度肺腺癌的诊断效能从低到高依次为平均CT值（AUC=0.707）、最大CT值（AUC=0.829）、最大面面积（AUC=0.841）、体积（AUC=0.851）、三维长径（AUC=0.860），最大CT值结合三维长径的联合指标可提高其诊断效能（AUC=0.901），见图3。根据约登指数，当联合指标取最佳阈值2.432时，其预测直径≤2 cm磨玻璃密度肺腺癌为IAC的敏感度和特异度分别为93.75%和71.43%，见表3。

表3 两组AI定量参数的ROC曲线分析

图3 预测直径≤2 cm磨玻璃结节为IAC的CT定量参数ROC曲线

3 讨论

AI是一种基于深度学习的辅助诊断系统，其量化参数比人工测量更精准，且重复性高，既往利用AI定量参数对早期肺癌浸润程度的研究多是对直径≤3 cm的磨玻璃结节[9-10]，而本研究基于AI定量参数对直径≤2 cm磨玻璃密度肺腺癌的浸润程度进行评估。

3.1 CT值预测直径≤2 cm磨玻璃密度肺腺癌浸润的价值 CT值可以反映肺结节的病理类型和侵袭性，pGGN病理类型主要为AIS和MIA，而异质性GGN和mGGN病理类型主要为IAC[11]。本研究结果表明，两组平均CT值和最大CT值有显著差异，最小CT值无显著差异，与既往研究结果一致[12-13]。本研究最大CT值诊断IAC的AUC为0.829，高于平均CT值的0.707，通过二元Logistic回归分析得出最大CT值是预测肺腺癌侵袭性的独立影响因子，与Ichinose等[14]的结论相符，但与周小君等[15]的研究结果不符，后者认为平均CT值是预测侵袭性的独立影响因子，其原因可能与纳入结节的大小和不同磨玻璃密度结节的占比有关。实性成分含量的变化是诊断AIS到微浸润癌、再到IAC渐变过程的病理基础，其在胸部CT图像上表现为密度的改变。因此，本研究认为最大CT值较平均CT值能更准确地反映结节内实性成分含量的变化，对预测肺腺癌侵袭性的价值更高。

3.2 肺结节大小指标预测直径≤2 cm磨玻璃密度肺腺癌浸润的价值 本研究结果显示，三维长径是预测IAC的独立影响因子，诊断IAC时具有较高的AUC，与张正华等[16]的研究结果一致，表明肺结节的大小与肺癌的发生密切相关，直径越大，恶性概率越高[17-18]，侵袭性越强[19]。但虞梁等[20]及韩丽珠等[21]采用人工测量结节最大横截面长径鉴别IAC与MIA的诊断效能均低于本研究，代平等[22]认为最大横截面长径与磨玻璃结节侵袭性无关。上述研究结果的差异与肿瘤的异质性有关，由于肿瘤朝各个方向生长速度不同以及瘤周血管支气管等对肿瘤的阻碍导致肿瘤存在空间上的异质性，与最大横截面长径相比，三维长径更能体现结节空间的异质性，对早期磨玻璃结节肺腺癌浸润性的预测价值更高。此外，本研究发现两组肺结节的体积和最大面积有显著差异，且预测肺腺癌侵袭性的诊断效能较高，表明上述指标与磨玻璃结节的侵袭性有关[23]，该结果与周小君等[15]和郑旻等[24]的结果一致。

3.3 联合指标预测直径≤2 cm磨玻璃密度肺腺癌浸润的价值 本研究通过二元Logistic回归分析发现结节的三维长径和最大CT值为预测直径≤2 cm早期肺腺癌侵袭性的独立危险因素。ROC曲线分析显示结节的三维长径和最大CT值联合预测IAC的AUC、敏感度和特异度分别为0.901、93.75%和71.43%，其预测效能优于任何单一定量参数。

3.4 本研究的局限性 ①为回顾性分析，且纳入的磨玻璃结节包含pGGN和mGGN；②纳入标准为在CT最大横截面图像上测量结节直径≤2 cm，导致样本量较小。有待进一步行前瞻性、多中心、大样本量研究。

总之，AI定量参数对直径≤2 cm磨玻璃密度肺腺癌侵袭性具有较高诊断效能，尤其是三维长径和最大CT值的联合模型诊断效能最高，为临床开展精准医疗提供一定参考价值。