AI追踪肺部纤维化进展:一年内评分上升4个百分点或是危险信号

| 输入:

首尔峨山医院与三星首尔医院分析748名特发性肺纤维化患者:死亡或肺移植风险升至2.78倍

AI在一名75岁特发性肺纤维化患者的CT中用颜色标示纤维化区域。纤维化评分从首次检查的11.66%在1年后升至15.77%,上升4.11%个百分点。橙色为网状影,粉色为蜂窝样影。 图片来源:首尔峨山医院
AI在一名75岁特发性肺纤维化患者的CT中用颜色标示纤维化区域。纤维化评分从首次检查的11.66%在1年后升至15.77%,上升4.11%个百分点。橙色为网状影,粉色为蜂窝样影。 图片来源:首尔峨山医院

一项新研究提出,可借助人工智能(AI)将特发性肺纤维化导致肺部逐渐变硬的进展程度量化,并据此为评估未来病程提供参考标准。

首尔峨山医院放射科崔周爱教授、呼吸内科金浩哲教授与三星首尔医院放射科李浩然教授组成的联合研究团队3日介绍,团队利用AI分析胸部计算机断层扫描(CT)影像后发现:若1年内肺纤维化评分上升达到或超过4.05%个百分点,死亡或接受肺移植的风险将增加。相关成果已于5月24日刊登在国际学术期刊《美国呼吸与危重症医学杂志》网络版。

研究团队先在首尔峨山医院患者数据中确定该阈值,随后再用三星首尔医院患者数据进行验证,观察是否同样成立。该研究为基于既往病历记录的回顾性研究。

肺功能检查可能遗漏的变化,可通过CT确认

特发性肺纤维化是一种在缺乏明确病因的情况下,正常肺组织像疤痕一样发生改变的疾病。“特发性”意为原因不明;“纤维化”指原本柔软的组织变得像疤痕一样增厚、变硬的变化。

随着疾病进展,肺会变得僵硬,难以深吸气;肺向血液输送氧气的能力也会下降。由于已受损部位难以恢复到原状,尽早掌握进展速度尤为重要。

目前主要通过肺功能检查观察疾病进展。用力肺活量是指在尽可能深吸气后,用力呼出所能呼出的空气量;一氧化碳肺弥散量检查则反映肺将氧气等气体传递到血液中的能力。

这两项检查有助于把握全肺功能的变化,但难以判断肺的具体哪个部位硬化到何种程度。此外,测量值还可能因患者配合程度或检查当时的呼吸状态而变化。

CT可以直接观察肺内部,但仅凭肉眼对比细微变化并不容易。不同阅片者的判断可能存在差异,也难以用精确数字呈现与1年前相比硬化范围扩大了多少。

将网状影与蜂窝样影变化合并计算纤维化评分

研究团队使用AI软件自动计算CT影像中“网状影”和“蜂窝样影”所占范围。

网状影是指在CT上细线条像网一样交织的表现;蜂窝样影则是指在损伤加重的肺内,小气囊呈多层聚集的表现。研究团队将两种征象在全肺中所占比例相加,作为“纤维化评分”。

研究团队首先分析了首尔峨山医院524名被诊断为特发性肺纤维化患者的资料。这些患者在首次检查及约1年后的随访检查中均接受了CT与肺功能检查。

随后,研究团队将该标准应用于同样满足条件的三星首尔医院224名患者,以验证在一家医院得出的阈值是否同样适用于另一家医院的患者。

对748名患者的首次CT与1年后影像进行对比后发现,纤维化评分越高,肺功能检查也显示病情越趋恶化。

当用力肺活量减少5%时,纤维化评分平均上升2.72%个百分点;当一氧化碳肺弥散量下降10%时,纤维化评分平均上升4.52%个百分点。

一年内上升4.05%p,死亡·移植风险升至2.78倍

在区分死亡或肺移植风险方面,最能起到区分作用的阈值为4.05%个百分点。与首次检查相比,1年后纤维化评分上升达到或超过该阈值的患者,死亡或接受肺移植的风险更高。

在三星首尔医院患者资料中也观察到相同趋势。即便在考虑年龄、性别及既往肺功能等可能影响因素后,纤维化评分上升4.05%个百分点以上的患者,死亡或接受肺移植的风险仍高出2.78倍。若将观察期限定为3年,该风险为2.88倍。

这一数值并不意味着某位患者个人的死亡概率简单提高到2.78倍,而是指在研究期间发生死亡或肺移植事件的相对速度更快。

论文中介绍的一名75岁患者,纤维化评分在1年内从11.66%升至15.77%,同期肺活量与肺弥散量也一并下降。

研究团队在基于性别、年龄与肺功能评估病程的既有评估方法基础上,加入首次CT的纤维化评分及1年内变化量。结果显示,区分死亡或肺移植风险的能力得到提升。

由此可见,AI分析可作为辅助指标,将仅靠肺功能检查难以把握的影像变化以数值形式呈现。

(从左至右)首尔峨山医院放射科崔周爱教授、呼吸内科金浩哲教授、三星首尔医院放射科李浩然教授。 图片来源:首尔峨山医院
(从左至右)首尔峨山医院放射科崔周爱教授、呼吸内科金浩哲教授、三星首尔医院放射科李浩然教授。 图片来源:首尔峨山医院

仅凭纤维化评分决定治疗仍为时尚早

不过,将4.05%个百分点这一阈值直接作为调整治疗的依据仍为时尚早。该研究为回顾性观察研究,且在另一家医院用于验证结果的患者也仅有224名。即便CT设备与扫描方式、AI程序发生变化,是否仍可适用同一阈值,仍需进一步研究。

也不能仅凭本研究就判断所有患者都应每年接受CT检查,因为反复CT拍摄会带来辐射暴露。

因此,不应仅凭纤维化评分一项就更改治疗方案。应综合评估肺功能与症状、反映血液氧合程度的血氧饱和度,以及CT变化。

患者在诊室可询问自己的纤维化评分较去年变化了多少个百分点。同时,确认两次CT是否在相近条件下拍摄、肺功能是否也朝同一方向变化,同样重要。

崔周爱教授表示:“本研究提出了具有临床意义的纤维化评分变化阈值,显示未来在特发性肺纤维化患者的定期随访观察与治疗策略制定中,CT定量分析技术可作为辅助指标加以应用。”

金浩哲教授指出:“特发性肺纤维化一旦造成肺部损伤便难以恢复,因此早期诊断与治疗至关重要。本研究建立了客观评估特发性肺纤维化疾病进展程度的标准,并确认其未来有望作为影像生物标志物用于临床试验中验证治疗效果,意义重大。”

影像生物标志物是指将CT或磁共振成像(MRI)等影像中出现的变化进行量化,用于判断疾病进展或治疗效果的指标。

×