论著
基于深度学习卷积神经网络的肺结核CT诊断模型效能初探
中华结核和呼吸杂志, 2021,44(5) : 450-455. DOI: 10.3760/cma.j.cn112147-20210108-00026
摘要
目的

评价基于深度学习卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)的肺结核CT辅助诊断模型在临床中的应用价值。

方法

收集2017年3月至2018年3月河北省胸科医院影像科菌阳并接受胸部高分辨率CT平扫检查的1 764例患者的病例资料,其中男937例,女827例,年龄17~73岁,平均年龄38.4岁。由4名影像科医师对含病变的20 139幅CT图像进行分类标注(17种影像特征),以此作为训练数据集,构建肺结核CT图像CNN诊断模型。训练数据集数量最多的前5种影像特征依次为:浸润型肺结核、空洞型肺结核、胸膜增厚、干酪性肺炎和胸腔积液。从已标注图像中随机抽取302幅图像作为测试数据集,以2名高级职称医师的诊断为“金标准”,比较CNN诊断模型和医师在肺结核CT诊断中敏感度和准确率的差异,统计CNN诊断模型分类错误的类型、数量,并绘制自由响应受试者工作特征(FROC)曲线,以测量该模型的最大诊断效能。

结果

CNN诊断模型对测试数据集中浸润型肺结核、空洞型肺结核、胸膜增厚、干酪性肺炎和胸腔积液的诊断准确率分别为:95.33%(10 982/11 520)、73.68%(2 151/2 920)、73.07%(1 128/1 544)、83.33%(1 020/1 225)和94.11%(814/865);CNN诊断模型的总体诊断敏感度和准确率分别为95.49%(339/355)和90.40%(339/375),医师的对应数值分别为:93.80%(348/371)和92.80%(348/375),CNN模型和医师诊断比较差异无统计学意义(敏感度χ2=1.022,P=0.312;准确率χ2=1.404,P=0.236);FROC曲线显示,当敏感度为78%,假阳性区域个数为2.48时,该模型诊断效能最大。CNN诊断模型诊断结核病变的分类错误主要集中于纤维条索灶、空洞型肺结核、干酪性肺炎与浸润型肺结核的混淆上。

结论

基于深度学习CNN的肺结核CT辅助诊断模型有较高的诊断敏感度和准确率,该模型可辅助影像科医师的肺结核诊断工作,值得在临床工作中推广应用。

引用本文: 吴树才, 王新举, 纪俊雨, 等.  基于深度学习卷积神经网络的肺结核CT诊断模型效能初探 [J] . 中华结核和呼吸杂志, 2021, 44(5) : 450-455. DOI: 10.3760/cma.j.cn112147-20210108-00026.
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我国是世界第二结核大国(占全球总数的9%),肺结核发病率居高不下,2018年新发病例约86.6万例,结核病防控与治疗形势十分严峻1。近年来人工智能(artificial intelligence,AI),尤其是其中的深度学习技术发展迅速2,其在乳腺结节3、肺结节检出诊断4等领域的应用已趋于成熟。很多学者建立了胸部X线平片(胸片)的肺结核AI诊断模型5, 6, 7, 8, 9,并达到较高的诊断准确度。胸片虽然可以用于肺结核的筛查,但敏感度、特异度较低;而CT在肺部局灶性微小病变、肺实质弥漫病变及纵隔淋巴结肿大的检出与定性中的敏感度要远高于胸片10,所以建立一种基于CT的肺结核AI诊断模型来辅助甚至替代胸片诊断模型是很有必要的。本研究拟将深度学习卷积神经网络(convolutional neural networks,CNN)模型应用于肺结核CT辅助诊断,并判断其临床应用价值。

 
 
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