膠囊內(nèi)鏡圖像篩選系統(tǒng)的臨床應(yīng)用

南京醫(yī)科大學(xué)附屬蘇州醫(yī)院 蘇州市立醫(yī)院消化內(nèi)科 （江蘇 蘇州 215000）

內(nèi)容提要：目的：評(píng)估膠囊內(nèi)鏡篩選系統(tǒng)在圖像判讀中的應(yīng)用價(jià)值。方法：回顧性分析2019年6月～2020年6月本院經(jīng)膠囊內(nèi)鏡檢查的患者共94例，收集所有患者的膠囊內(nèi)鏡檢查圖像及一般臨床資料，由臨床醫(yī)師對(duì)原始圖像及篩選系統(tǒng)處理后的圖像進(jìn)行判讀，統(tǒng)計(jì)所有病例的閱片時(shí)間、圖片數(shù)量、病灶檢出率及各篩選模式的病灶保留率；結(jié)果：94例受檢者中共發(fā)現(xiàn)病變46例，檢出率為48.94%。圖像篩選所需時(shí)間平均為（15.33±1.65）min，篩選后醫(yī)師判讀圖像所用時(shí)間與原來(lái)相比明顯降低[（34.13±6.17），（93.92±13.79）min，P＜0.001]，最終病灶保留率為98.48%。結(jié)論：圖像篩選系統(tǒng)可剔除大量無(wú)效圖片及相似圖片，在保留病灶的前提下極大地縮減閱讀圖片數(shù)量和閱片時(shí)間，減輕了臨床醫(yī)師工作壓力并提高了膠囊內(nèi)鏡檢查的效率。

膠囊內(nèi)鏡是新興的一種無(wú)創(chuàng)的消化道無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，目前主要用于不明原因消化道出血、克羅恩病及消化道腫瘤的診斷。但由于其檢查時(shí)間較長(zhǎng)及人工智能技術(shù)的限制，目前膠囊內(nèi)鏡采集的圖片數(shù)量巨大，人工閱片工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)、漏診率高，嚴(yán)重影響了膠囊內(nèi)鏡的普及和發(fā)展。本文擬評(píng)估內(nèi)鏡圖片篩選系統(tǒng)在臨床閱片中的應(yīng)用價(jià)值。

1.資料與方法

1.1 臨床資料

收集自2019年3月～2020年6月本院行膠囊內(nèi)鏡檢查患者的圖像資料共94例，其中男50例，女44例，平均年齡54.24歲（20～84歲）。行膠囊內(nèi)鏡檢查的原因包括：體檢15例，不明原因腹痛46例，不明原因消化道出血24例，懷疑小腸克羅恩病6例，不明原因消瘦、腹瀉3例。

儀器設(shè)備：國(guó)產(chǎn)OMOM膠囊內(nèi)鏡、診斷工作站及信號(hào)接收器。

1.2 方法

腸道準(zhǔn)備：所有患者檢查前禁食12h，檢查前4h口服聚乙二醇電解質(zhì)2L進(jìn)行腸道準(zhǔn)備?？诜z囊內(nèi)鏡2h后通過(guò)無(wú)線顯示器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)膠囊位置，若出現(xiàn)膠囊內(nèi)鏡胃內(nèi)治療的情況，需及時(shí)通過(guò)藥物或內(nèi)鏡處理。

收集所得原始數(shù)據(jù)為A組，同時(shí)將OMOM膠囊內(nèi)鏡系統(tǒng)篩選所得數(shù)據(jù)分為B組。然后由經(jīng)驗(yàn)豐富的臨床醫(yī)師（從事內(nèi)鏡工作3年以上）分別對(duì)2組圖像進(jìn)行判讀，統(tǒng)計(jì)各組閱片的總時(shí)間、病灶保留率。（病灶保留率=系統(tǒng)篩選后檢出的病灶/原始數(shù)據(jù)檢出病灶×100%）。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

本研究數(shù)據(jù)均使用SPSS24.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件計(jì)算各項(xiàng)觀察指標(biāo)的均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差。數(shù)據(jù)記錄采用，計(jì)量資料采用t檢驗(yàn)，計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)，當(dāng)P＜0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.結(jié)果

所有患者均完成膠囊內(nèi)鏡檢查，其中7例在吞服膠囊內(nèi)鏡2h后仍滯留在胃腔，2例予促動(dòng)力藥物30min后進(jìn)入十二指腸，5例經(jīng)胃鏡由圈套器直接送入十二指腸降部。最終88例膠囊成功到達(dá)回盲部，完成全小腸檢查，回盲部到達(dá)率約93.62%，平均小腸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為（279.63±72.5）min。所有膠囊內(nèi)鏡均在7d內(nèi)排出體外，無(wú)小腸滯留發(fā)生。46例患者膠囊內(nèi)鏡檢查結(jié)果陽(yáng)性，共發(fā)現(xiàn)病灶132處，其中多數(shù)為多發(fā)病灶，最多達(dá)11處。4例懷疑克羅恩病患者病灶較多，且病灶間界限不明，采用病變節(jié)段數(shù)統(tǒng)計(jì)。

所有病例的攝片總量平均約為（55207.32±5389.47）張，經(jīng)圖像篩選系統(tǒng)處理后剩余圖像（26792.12±2854.07）張，刪除率約51.47%。圖像篩選的平均時(shí)間為（15.33±1.65）min，經(jīng)處理后圖像的閱片時(shí)間由原來(lái)的（93.92±13.79）min降低至（34.13±6.17）min（P＜0.001）。132處病灶經(jīng)系統(tǒng)處理后，有2處病灶（均為小腸非特異炎癥灶）被錯(cuò)誤篩除，病灶保留率為98.48%。

3.討論

目前臨床使用的各型膠囊內(nèi)鏡工作原理基本相同，其圖像采集系統(tǒng)每秒拍攝2幀圖像，總體檢查時(shí)間約8～10h，最終每例患者在完整檢查后約采集到6萬(wàn)張腸道圖片[1]。由于腸道準(zhǔn)備效果、燈光照射及腸道蠕動(dòng)等方面的影響，其中夾雜有大量的重復(fù)圖片集無(wú)效圖片，而臨床醫(yī)師需對(duì)其進(jìn)行逐張判讀并從中找出實(shí)體病灶，這一過(guò)程枯燥、耗時(shí)，即使是有經(jīng)驗(yàn)的臨床醫(yī)師也需2h完成[2]。隨著膠囊內(nèi)鏡的普及，目前其檢查數(shù)量在逐漸增加，臨床醫(yī)師的工作量也在與日俱增，長(zhǎng)期保持高度的注意集中極易造成精神疲勞，最終出現(xiàn)漏診可能，影響膠囊內(nèi)鏡的檢查效果[3]。

目前膠囊內(nèi)鏡工作站可提供一些的圖像回放和基本的相似圖像處理功能，但處理過(guò)后遺留的圖片數(shù)量仍然巨大，如何合理降低醫(yī)師的閱片時(shí)間減輕工作量是膠囊內(nèi)鏡技術(shù)的主要發(fā)展方向之一。受限于技術(shù)原因，人工AI直接對(duì)圖片進(jìn)行分析和診斷的方法目前正處于研究階段，但通過(guò)程序篩選剔除無(wú)效圖片和相似圖片的技術(shù)已初步應(yīng)用于臨床[4-6]。

該技術(shù)采用無(wú)監(jiān)督聚類學(xué)習(xí)的方法，根據(jù)相鄰區(qū)間內(nèi)顏色、紋理、形狀等特征表現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別相似圖片，然后挑選同類圖片中最能代表該類別的關(guān)鍵幀圖像（KF），刪除其他相似圖片。其優(yōu)勢(shì)在于：①聚類依據(jù)的特征是符合人眼判定的顏色、紋理、形狀等，此類篩選方法與人眼識(shí)別刪除效果相同；②可解釋性強(qiáng)，有別于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類學(xué)習(xí)算法的黑匣子模型；③為機(jī)器學(xué)習(xí)無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)算法，不依賴于標(biāo)注數(shù)據(jù)，不需要大量的人工標(biāo)注；④適應(yīng)性強(qiáng)，對(duì)于未見(jiàn)過(guò)的圖像類型可根據(jù)特征識(shí)別相似圖像。

葉山亮等[5]通過(guò)此技術(shù)對(duì)50例患者進(jìn)行分析，結(jié)果顯示在最大限度的保留病灶圖片的前提下，≤60%的篩除比例下可有效減少醫(yī)師閱片數(shù)量，將平均閱片時(shí)間降低至15.62min。本研究中，設(shè)定的刪除比列約51.47%（篩除效果見(jiàn)圖1），最終病灶保留率98.48%，這與既往結(jié)果相似。2處誤刪病灶如圖2所示，2者均為非特異性腸道炎癥，病灶表面可見(jiàn)較多膽汁或殘?jiān)趽?，裸露部分不明顯，這可能是系統(tǒng)誤刪的原因，由此推測(cè)提升腸道準(zhǔn)備質(zhì)量可提高篩除系統(tǒng)最終的病灶保留率。

圖1.小腸息肉圖像篩選前后效果對(duì)比

圖2.圖B糜爛灶遭殘?jiān)趽躏@露較少，被作為圖A相似圖片而誤刪

綜上所述，本研究認(rèn)為，圖像篩選系統(tǒng)可剔除大量無(wú)效圖片及相似圖片，在保留病灶的前提下極大地縮減閱讀圖片數(shù)量和閱片時(shí)間，在減輕臨床醫(yī)師工作壓力的同時(shí)也提高了膠囊內(nèi)鏡檢查的效率。提高腸道準(zhǔn)備清潔度可能可以提高系統(tǒng)篩選后的病灶保留率，其有效性有待進(jìn)一步研究證實(shí)。