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學者研發(fā)基于全肺吸氣相定量CT的慢阻肺篩查工具
作者：朱漢斌      來源：中國科學報
山東拓普生物工程有限公司  http://www.jlkcpj.cn
近日，由中國工程院院士鐘南山、廣州醫(yī)科大學教授盧文菊團隊牽頭，聯(lián)合東軟醫(yī)療影像技術(shù)團隊，使用低劑量螺旋CT（LDCT）圖像成功研發(fā)了基于全肺吸氣相定量CT（QCT）的高效能慢阻肺篩查模型（AutoCOPD），為社區(qū)及醫(yī)院潛在慢阻肺患者的風險評估提供了可靠工具。相關(guān)成果在線發(fā)表于《電子臨床醫(yī)學》（eClinicalMedicine）。
慢阻肺的診斷不足是一個全球性問題。中國成人肺部健康研究顯示，我國慢阻肺患者人數(shù)約1億，其中60.2%的慢阻肺患者沒有典型癥狀，并且只有12%的慢阻肺患者在調(diào)查前接受過肺功能檢查，說明慢阻肺早期癥狀隱匿、公眾知曉率不足、診斷率低下。晚期患者又因治療效果不佳導致生活質(zhì)量差，病死率高，增加社會經(jīng)濟與醫(yī)療負擔。
近40年來，盡管慢阻肺的診治水平明顯提升，但仍缺乏疾病早期防控的有效工具。隨著國內(nèi)外LDCT肺癌篩查的廣泛開展，利用胸部CT圖像進行慢阻肺篩查，有助于顯著提高慢阻肺檢出率，從而大幅提高醫(yī)療資源利用率，減輕宏觀經(jīng)濟和醫(yī)療保健體系的負擔。
前期，東軟醫(yī)療與廣州呼吸健康研究院通過科研攻關(guān)，研發(fā)出胸部QCT影像處理軟件NeuLungCARE-QA。該軟件基于胸部平掃CT影像，能快速定量評估肺實質(zhì)CT值（低衰減區(qū)百分比LAA%）與支氣管相關(guān)形態(tài)學參數(shù)（包括氣道管壁面積百分比WA%、氣道管壁厚度WT、氣道管腔直徑LD），已取得國家藥品監(jiān)督管理局批準�；�于此，研究團隊通過大樣本、多中心的跨學科合作，利用調(diào)查問卷、QCT、結(jié)構(gòu)化CT文本數(shù)據(jù)訓練了七種模型。
為了減少模型過擬合風險并便于臨床使用，團隊首先將方差為零或接近零的特征排除。其次，使用不同單模態(tài)方案（調(diào)查問卷、QCT和結(jié)構(gòu)化CT文本）中的所有剩余特征擬合初始XGBoost模型，然后分別提取依據(jù)沙普利加性解釋值排名的前10個變量來訓練最終的XGBoost模型。初始多模態(tài)模型由構(gòu)成最終單模態(tài)模型的特征組合組成，而最終的多模態(tài)模型由這些組合中選出的前10個特征組成。模型超參數(shù)基于10折交叉驗證的貝葉斯優(yōu)化算法進行調(diào)整。此外，用對數(shù)損失函數(shù)評價模型性能，并選擇具有最高AUC的模型。
接著，將模型在內(nèi)部驗證隊列中進行驗證。使用AUC、靈敏度、特異度、準確率、陰性預測值、陽性預測值和F1分數(shù)進行評價。用2000次分層自助復制計算AUC的95%置信區(qū)間，并使用DeLong檢驗計算所有模型AUC的顯著性，結(jié)合整體性能篩選最佳模型。同時，使用上述指標在外部驗證隊列中評價最佳模型。使用lowess函數(shù)繪制模型校準曲線，并使用Brier評分和Hosmer-Lemeshow檢驗對模型校準度進行評估。使用決策曲線分析對模型的潛在臨床效用進行評估，并在不同亞組人群中對模型進行公平性分析。
最終，團隊創(chuàng)新地提出了AutoCOPD模型。該模型僅基于10個QCT特征即可在由高度異質(zhì)性和多種族人群組成的數(shù)據(jù)集中準確識別慢阻肺，并且在不同的亞組人群中均有良好的篩查性能。與此同時，基于該模型構(gòu)建了一個免費、用戶友好、功能豐富的在線web應用，與臨床篩查模式高度兼容（https://lwj-lab.shinyapps.io/autocopd/）。
該創(chuàng)新成果為慢阻肺早期防控提供了新思路和新方法。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.eclinm.2025.103166
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