9月，首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院盧潔教授團隊在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卷積神經網絡設計開發(fā)一個可實現(xiàn)頭頸CTA血管分割的后處理系統(tǒng)，自動完成頭頸CTA血管重建，通過人工智能（AI）自動去骨，在提高精準度的同時，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勾畫重建，平均一個病人的后處理時間約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，由于頭頸血管走形迂曲且與顱骨關系密切，對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構分區(qū)的3D神經卷積網絡，分別對主動脈弓、頸動脈及顱內動脈進行精準分割提取，結合連通性生長預測網絡（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結構單元實現(xiàn)頭頸CTA中骨和血管的自動分割；b: 全系統(tǒng)流程圖，ResU-Net 1和ResU-Net 2用于實現(xiàn)骨分割，ResU-Net 3 實現(xiàn)血管分割，最后CGPM生長網絡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）進行模型構建，算法評價指標戴斯相關系數(shù)、血管加權分數(shù)和召回率均達到90%以上。之后前瞻性納入152例CTA圖像進行AI重建與技師手動重建的比較，AI重建的合格率為92.1%，且與手動重建相比，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。本文同時總結分析了2019年7月-11月該系統(tǒng)在宣武醫(yī)院的應用情況。該系統(tǒng)將圖像的平均后處理時間由14.22±3.64min減至4.94±0.36min，技師點擊次數(shù)由115.87±25.9下減至4下。

圖2：AI重建和手動重建圖像質量的比較。第一列可見AI 重建圖像血管管壁更加光滑，分支顯示更遠；第二列可見手動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，對同一病例AI通過增強掃描完成去骨，去骨效果良好，同時避免進行二次掃描。

本研究報道的人工智能頭頸CTA后處理重建是目前國內首個針對頭頸血管分割提取的大規(guī)模研究，研究結果不僅體現(xiàn)了卷積神經網絡在醫(yī)學圖像后處理的應用優(yōu)勢，而且反映了人工智能后處理重建系統(tǒng)在臨床的應用價值和潛力。未來人工智能有望繼續(xù)為推進疾病精準診斷，優(yōu)化醫(yī)療服務流程，提高醫(yī)療服務效率做出更大貢獻。

通訊作者

盧潔，教授、主任醫(yī)師、博士研究生導師，國家自然科學基金優(yōu)秀青年基金獲得者、國家萬人計劃科技創(chuàng)新領軍人才、中華醫(yī)學會放射學分會杰出青年、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)生技術人才、第六屆北京優(yōu)秀醫(yī)師。現(xiàn)任首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院副院長，放射科主任、核醫(yī)學科副主任，首都醫(yī)科大學核醫(yī)學系常務副主任，磁共振成像腦信息學北京市重點實驗室副主任。專業(yè)方向為影像醫(yī)學與核醫(yī)學，擅長神經系統(tǒng)疾病影像診斷，主要從事腦疾病功能與分子影像學研究，主持國家科技部十三五重點專項、國自然、北自然等10余項課題，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等國際權威期刊，參編（譯）著13部。主要學術任職有中華醫(yī)學會放射學分會磁共振學組委員、北京醫(yī)學會放射學分會副主任委員、北京醫(yī)師協(xié)會放射醫(yī)師分會副會長、北京神經內科學會神經影像專業(yè)委員會主任委員等。擔任中國醫(yī)學影像技術雜志常務編委、NeurosciBiobehav Rev、JAD、Bioed Environ SCI等雜志審稿專家。

第一作者

傅璠，首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院放射科，博士研究生，主要研究方向為人工智能在神經系統(tǒng)疾病的應用研究，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研發(fā)項目、國家自然科學基金等3項課題。