9月，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院盧潔教授團(tuán)隊(duì)在Nature子刊《Nature Communication》在線發(fā)表了題為《Rapid vessel segmentation and reconstruction of head and neck CTA using 3D convolutional neural network》的研究論文。該研究首次利用3D卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)可實(shí)現(xiàn)頭頸CTA血管分割的后處理系統(tǒng)，自動(dòng)完成頭頸CTA血管重建，通過人工智能（AI）自動(dòng)去骨，在提高精準(zhǔn)度的同時(shí)，避免二次掃描，降低患者輻射劑量。論文第一作者為傅璠博士、通訊作者為盧潔教授。

目前，臨床完成頭頸CTA的圖像后處理主要依賴于技師手動(dòng)勾畫重建，平均一個(gè)病人的后處理時(shí)間約20-30分鐘。隨著頭頸CTA檢查數(shù)量的不斷增多，后處理重建技師的工作壓力逐漸增大。同時(shí)，由于頭頸血管走形迂曲且與顱骨關(guān)系密切，對(duì)人工智能的算法也提出了更高要求。本研究利用基于生理解剖結(jié)構(gòu)分區(qū)的3D神經(jīng)卷積網(wǎng)絡(luò)，分別對(duì)主動(dòng)脈弓、頸動(dòng)脈及顱內(nèi)動(dòng)脈進(jìn)行精準(zhǔn)分割提取，結(jié)合連通性生長預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)（CGPM），完成頭頸CTA血管重建。

圖1：CerebralDoc系統(tǒng)的骨分割和血管分割流程圖。a: 3D ResU-Net結(jié)構(gòu)單元實(shí)現(xiàn)頭頸CTA中骨和血管的自動(dòng)分割；b: 全系統(tǒng)流程圖，ResU-Net 1和ResU-Net 2用于實(shí)現(xiàn)骨分割，ResU-Net 3 實(shí)現(xiàn)血管分割，最后CGPM生長網(wǎng)絡(luò)用于血管斷裂處的連接，完成圖像后處理。本研究納入多中心共18766例行頭頸CTA檢查的患者（9370例男性和9396例女性，平均年齡63.2歲）進(jìn)行模型構(gòu)建，算法評(píng)價(jià)指標(biāo)戴斯相關(guān)系數(shù)、血管加權(quán)分?jǐn)?shù)和召回率均達(dá)到90%以上。之后前瞻性納入152例CTA圖像進(jìn)行AI重建與技師手動(dòng)重建的比較，AI重建的合格率為92.1%，且與手動(dòng)重建相比，AI重建VR圖像的血管邊界更光滑、最大密度投影重建（MIP）圖像的去骨效果更佳。本文同時(shí)總結(jié)分析了2019年7月-11月該系統(tǒng)在宣武醫(yī)院的應(yīng)用情況。該系統(tǒng)將圖像的平均后處理時(shí)間由14.22±3.64min減至4.94±0.36min，技師點(diǎn)擊次數(shù)由115.87±25.9下減至4下。

圖2：AI重建和手動(dòng)重建圖像質(zhì)量的比較。第一列可見AI 重建圖像血管管壁更加光滑，分支顯示更遠(yuǎn)；第二列可見手動(dòng)去骨受掃描的影響較大，g圖可見血管周圍大量骨殘留影響其觀察，對(duì)同一病例AI通過增強(qiáng)掃描完成去骨，去骨效果良好，同時(shí)避免進(jìn)行二次掃描。

本研究報(bào)道的人工智能頭頸CTA后處理重建是目前國內(nèi)首個(gè)針對(duì)頭頸血管分割提取的大規(guī)模研究，研究結(jié)果不僅體現(xiàn)了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)學(xué)圖像后處理的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，而且反映了人工智能后處理重建系統(tǒng)在臨床的應(yīng)用價(jià)值和潛力。未來人工智能有望繼續(xù)為推進(jìn)疾病精準(zhǔn)診斷，優(yōu)化醫(yī)療服務(wù)流程，提高醫(yī)療服務(wù)效率做出更大貢獻(xiàn)。

通訊作者

盧潔，教授、主任醫(yī)師、博士研究生導(dǎo)師，國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金獲得者、國家萬人計(jì)劃科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才、中華醫(yī)學(xué)會(huì)放射學(xué)分會(huì)杰出青年、北京市科技新星、北京市“百”層次衛(wèi)生人才、北京市衛(wèi)生系統(tǒng)高層次衛(wèi)生技術(shù)人才、第六屆北京優(yōu)秀醫(yī)師。現(xiàn)任首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院副院長，放射科主任、核醫(yī)學(xué)科副主任，首都醫(yī)科大學(xué)核醫(yī)學(xué)系常務(wù)副主任，磁共振成像腦信息學(xué)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。專業(yè)方向?yàn)橛跋襻t(yī)學(xué)與核醫(yī)學(xué)，擅長神經(jīng)系統(tǒng)疾病影像診斷，主要從事腦疾病功能與分子影像學(xué)研究，主持國家科技部十三五重點(diǎn)專項(xiàng)、國自然、北自然等10余項(xiàng)課題，發(fā)表SCI文章70余篇，代表作發(fā)表在Neuron、PLOS Biology、Nature Communications、Theranostics、European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging等國際權(quán)威期刊，參編（譯）著13部。主要學(xué)術(shù)任職有中華醫(yī)學(xué)會(huì)放射學(xué)分會(huì)磁共振學(xué)組委員、北京醫(yī)學(xué)會(huì)放射學(xué)分會(huì)副主任委員、北京醫(yī)師協(xié)會(huì)放射醫(yī)師分會(huì)副會(huì)長、北京神經(jīng)內(nèi)科學(xué)會(huì)神經(jīng)影像專業(yè)委員會(huì)主任委員等。擔(dān)任中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)雜志常務(wù)編委、NeurosciBiobehav Rev、JAD、Bioed Environ SCI等雜志審稿專家。

第一作者

傅璠，首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射科，博士研究生，主要研究方向?yàn)槿斯ぶ悄茉谏窠?jīng)系統(tǒng)疾病的應(yīng)用研究，以第一作者發(fā)表SCI論文5篇，中文核心期刊3篇，參與北京市自然重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金等3項(xiàng)課題。