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

(整期优先)网络出版时间:2021-05-08
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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。