劉晶哲：AI為放射學插上騰飛翅膀
2023年伊始，以深度學習為內核的ChatGPT引燃了人工智能（AI）引領的全球科技革命。在醫藥衛生領域，AI在很大程度上重塑了醫療格局，改善了臨床診斷、鑒別診斷及治療策略等輔助的醫學科學基礎研究以及臨床醫生和患者的體驗。
回眸過去的一年，放射學科也產生了許多令人矚目的進展。由于傳統的醫學圖像分析處理等方法需要醫生手動提取和分析圖像特征，耗費醫學影像學醫技人員的時間和精力。2023年，AI在醫學圖像分析處理和放射醫學數據處理兩方面對放射學發展作出了重要貢獻。
整體而言，在醫學影像學中，AI不僅可以提高診斷的準確性和效率，還有望在精準醫學、輔助治療等方面發揮重要作用。
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劉晶哲（作者供圖）
AI輔助檢測軟件“遍地開花”
2023年，通過國家藥品監督管理局批準的放射學相關AI軟件多達19項，主要包括肺結節CT圖像輔助檢測軟件4項、冠脈CT造影圖像血管狹窄輔助評估軟件4項、肋骨骨折CT圖像輔助檢測軟件2項，以及肝臟局灶性病變MR圖像輔助分診軟件、乳腺X射線圖像輔助檢測軟件、缺血性卒中CT圖像輔助評估軟件、顱內出血CT圖像輔助分診軟件、磁共振圖像輔助評估軟件、缺血性卒中CT圖像輔助評估軟件、關節置換手術模擬軟件、兒童手部X射線圖像骨齡輔助評估軟件、頭頸CT血管造影圖像輔助評估軟件各1項。
從應用情況看，主要集中在肺結節CT圖像輔助檢測和冠脈CT造影圖像血管狹窄輔助評估這兩個方面。
肺結節是廣大民眾十分關注的一個病癥，指肺部CT影像上各種大小、邊緣清楚或模糊、直徑≤30mm的局灶性圓形或類圓形密度增高影。肺結節按數量可分為孤立性肺結節（單個病灶）、多發性肺結節（2個及以上）；按病灶大小可分為微小結節（直徑＜5mm）、小結節（直徑為5~10mm）、肺結節（直徑≤30mm）；按結節密度可分為實性肺結節和亞實性肺結節，后者包括純磨玻璃結節和部分實性結節。可以說大多數疾病都會導致肺結節的形成。
按照肺結節的基本疾病特性，可將肺結節的病因分為良性病變和惡性病變。其中，良性病變包括肺結核、肺曲霉病、細菌性肺炎、甲流等；惡性病變包括肺癌和轉移瘤等。各研究機構和醫院的科研工作者及醫技人員通過AI技術，輔助醫學影像醫技人員判斷肺結節的部位、形態、數量，最終對肺結節的良惡性進行預評估。這也是2023年諸多科學家為解決臨床主要問題，著力對肺結節CT圖像輔助檢測技術進行研究并使相關軟件獲批及服務于臨床所邁出的堅實一步。
此外，國家批準多項冠脈CT造影圖像血管狹窄輔助評估軟件應用于臨床，也是基于兩點原因。一是該研究成果趨于成熟，二是冠心病發病率較高且需要對冠脈血管狹窄程度進行客觀評估，用以指導臨床精準診斷和治療。這些軟件的臨床應用，有望輔助醫學影像診斷醫生更準確地評估冠脈血管狹窄程度，讓更多患者得到及時有效的精準診斷與治療。
此外，肝臟局灶性病變、乳腺病變、缺血性卒中、顱內出血、肋骨骨折等相關AI軟件也是2023年放射學領域較為引人注目的科研成果。
重建算法激活新一代MRI技術
2023年，世界各地學者對重建算法（AIR Recon DL）的臨床科研潛力表現出極大的關注。
集成弛豫定量成像（MAGiC）可同時獲取多對比度及多種定量信息，在兒童腦發育研究中具有重要價值。然而，兒童解剖結構小，保證圖像質量需要較長的掃描時間，而掃描時長的增加又會提升運動的風險。但AIR Recon DL能很好地解決這一難題。AIR Recon DL應用于快速MAGiC序列，無論是對比圖像還是定量圖像，其圖像質量均與常規MAGiC序列相當，定量結果也與常規序列保持一致，而掃描時間卻縮短了42%。
在腹盆臟器中，尤其是肝臟、前列腺等檢查中，AIR Recon DL能顯著提高肝臟磁共振擴散加權成像（DWI）的圖像質量，且相應表觀擴散系數（ADC）值與常規DWI獲取的ADC值對于惡性病變的診斷效能一致。在前列腺DWI成像中獲得了類似的結論，使用AIR Recon DL后，掃描時間縮短了39%，但ADC值仍保證了很好的一致性。
在骨肌關節磁共振（MRI）成像中，AIR Recon DL可在維持原有空間分辨率的條件下，通過減少采集次數和增加并行采集加速因子，將成像時間縮短50%以上，且所獲得的圖像質量及解剖結構銳利度優于傳統重建圖像。
心臟電影成像是評估描述心功能的“金標準”。為準確獲取心功能參數，基于AIR Recon DL的超快速心臟電影成像（Sonic DL）能顯著提高成像速度，同時保證圖像質量穩定。對電影成像序列進行12倍加速，對兒童青少年患者采用自由呼吸進行采集并使用基于深度學習的重建技術，與常規序列對比發現，雖然成像時間從3分鐘左右縮短到50秒左右，但圖像質量及心室功能的定量與常規序列幾乎一致。
此外，對于心肌延遲強化（LGE）成像，信噪比對于是否強化及強化面積的判定至關重要。而AIR Recon DL可在掃描時間不變的情況下，顯著提高LGE的信噪比，增加診斷信息。
光子計數 CT 高分辨、低輻射
2023年歐洲放射學大會（ECR）聚焦于AI創新、效率提升和環境友好。光子計數CT（PCCT）與傳統能量積分CT（EIDCT）相比，PCCT可以提高空間分辨率，具有更高的碘對比度、對比噪聲比以及更低的輻射劑量。與EIDCT 相比，PCCT進行胰腺導管腺癌（PDAC）可切除性評估的診斷性能。隨著血管受累評估準確性的提高，PCCT 可優先用于手術規劃。
“AI+MRI”發展趨勢引人注目
2023年的國際磁共振醫學學會（ISMRM）成為了展示最新科技成就的舞臺，尤其在AI與MRI的結合領域，我們見證了三個引人注目的發展趨勢。一是AI和MRI技術的深度融合，這不僅體現在技術層面，更在臨床應用上展現出巨大潛力。二是生成式AI技術的發展引起了廣泛關注，尤其是在醫學影像領域中前景可期。三是關于提升患者體驗和更為環保的MR技術的研發不斷探索深入。高效的心血管磁共振、PCCT和AI的應用是心臟成像的重點關注領域，早期篩查、AI、超快和參數磁共振成像技術是這一類別的發展趨勢。
綜上所述，2023年度放射學科的研究進展體現在AI研究與應用、技術創新以及跨學科合作等多個領域的深入和廣泛的發展。多項放射學創新技術在放射學科的前沿研究中取得了突破，為未來的放射學科發展奠定了堅實的基礎，帶來了無限的可能。
（作者系清華大學第一附屬醫院放射影像科主任、中國人體健康科技促進會腫瘤醫學影像專委會主任委員）
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