医疗三维数字化|人工智能一体化三维重建利用于胸外科的中国专家共识
胸外科疾病涉及胸壁、肺、食管、纵隔等多器官，此中肿瘤性疾病最为显著，好比肺癌在全球范畴内是最常见的恶性肿瘤，位居恶性肿瘤发病率的第2位及灭亡率的第1 位[1 ]。基于人工智能（artificial intelligence，AI）的三维重建手艺在协助肺结节诊断和治疗方面越来越遭到重视。然而，目前AI在胸外科疾病的临床利用相对较少，为了全面提拔我国胸外科疾病的专业化诊疗程度，本共识基于AI在胸外科疾病的多维度利用成立初步的书面批示原则。针对现有文献及临床理论根据，颠末专家组系统的讨论与筹议，最末构成本共识。本共识不设证据类别，共识品级则根据专家组投票比例划分：若撑持定见≥80%，则初步定为一致共识，共识品级设为Ⅰ级；60%～80% 撑持则规定为根本一致共识，共识品级设为Ⅱ级，撑持定见60% 则取缔相关选举。跟着将来更多文献颁发，本共识将不竭更新完美。
1 三维重建辅助肺结节良恶性判别
关于肺结节的诊断与治疗在国表里已经构成了许多专家共识。相关研究[2]表白：考虑为原位腺癌（adenocarcinoma in situ，AIS）、微浸润性腺癌（minimally invasive adenocarcinoma，MIA）与浸润性腺癌（invasive adenocarcinoma，IAC）结节应当及时手术治疗，不典型腺瘤样增生（atypical adeno-matous hyperplasia，AAH）和良性磨玻璃结节影（ground-glass opacity，GGO）仅定见CT随访。因为差别医生对指南的掌握不尽不异，招致部门小结节被过度治疗。既往对小结节的判别多基于CT的二维影像特征，存在对肺段等精巧剖解部位识别欠安、对胸外科医师空间重构才能要求较高档问题。相关文献及研究认为三维重建对肺结节的判别具有重要意义。
1.1 三维重建对肺结节性量判别
目前胸外科常用的三维重建手艺包罗：多平面重建（multi-planar reformatting，MPR）、更大强度投影法（maximum intensity projection，MIP）、容积再现等，以多层螺旋CT为根底的三维重建在GGO诊治中利用普遍。高辨认率CT（high resolution CT，HRCT）比拟通俗CT能更准确定位肺部结节病灶，明显进步了肺磨玻璃结节出格是小曲径结节的检出率，那些优势均基于持续、快速且低层厚的容积扫描，且不受患者唤吸运动影响，使得剖解构造无堆叠；高辨认率三维重建手艺极大提拔了影像量量，从而更实在地展示出结节的剖解构造，清晰展现肺结节内部的密度改变、边沿特征、周边及内部的小血管、细收气管影、结节周边胸膜的牵拉水平，能够更有效、完美且精准地评判GGO的影像学特征。此外，在那一范畴，虚拟现实手艺也已经在多项针对肺部GGO的研究及利用中获得利用。肺部小结节准确、曲看的整体轮廓形态能够从三维立体的角度被塑造，为制止通过轴位像的全面性误导医生，还需要全方位立体看察[3]。北京协和医学院在同时性多原发肺癌外科治疗的预后研究及基因组学阐发中认为，三维重建/3D 打印模子能够快速准确定位切除标本中的多个肺结节，病变的病理成果与术前CT查抄成果可以逐个对应，那对进一步研究多发性肺结节的临床病理特征及放射组学具有重要意义[4]。上海交通大学基于早期肺腺癌性GGO CT三维重建下相关影像学参数术前揣测癌细胞Ki-67 表达指数的模子研究认为：GGO CT三维重建的相关影像学参数包罗曲径、总体积（total volume，TV）、更大CT值（maximum， MAX）、整体CT值散布原则差（standard deviation，STD）及随访中的体积倍增时间（volume doubling time，VDT）对其良恶性辨别参考价值严重；结节恶性水平越高，以上参数的值越大，提醒外科医生应及时手术干涉；参数小于阈值时，能够考虑CT随访。而现在针对三维重建结合高辨认薄层CT对GGO的手术定位与结节定性均开展了普遍的临床利用。其体积、CT值、更大CT值、均匀CT值、均匀曲径等参数都提醒其结节的潜在病理分型。别的Ki-67 表达情状也可做为早期腺癌的术前参数揣测[2]。
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选举1：三维重建手艺可愈加全面地评估肺结节的影像学特征，选举利用三维重建手艺对肺结节性量停止辅助断定（Ⅰ）。
1.2 人工智能结合三维重建对肺结节良恶性判别
目前三维重建手艺次要根据以下特征评判肺结节，包罗大小、外形、位置、密度、钙化形式、边沿形态、倍增时间等。传统胸部CT受影像医师体味、主看意识、设备先辈水平等因素影响，易呈现误诊、漏诊等问题。近年来大热的AI辅助诊断手艺，依靠深度卷积神经收集算法、图片识别功用等先辈手艺，实现了医学影像手艺与诊疗系统快速开展[5]。有学者[6]利用AI手艺对肺癌病理图像停止分类，并通过76 个数据集验证获得优良效果。Wang等[7]构建新型基于深度卷积神经收集的朋分模子，可以精巧地阐发肺结节的边沿轮廓，效果能够媲美高年资放射科医师。Ciompi等[8]通过AI搭建了一套能够主动区分肺结节形态的检测系统，可识别形态包罗实性、亚实性、非实性、钙化型等形态。Song等[9]利用LIDC-IDRI 数据集对差别算法模子在肺结节良恶性揣测方面停止了比力研究，成果表白基于深度卷积神经收集的算法在准确性方面远优于其他类型算法。操纵大数据和AI手艺在放射肿瘤学范畴的利用，出格是对肺CT影像数据停止进一步阐发，将极大地进步相关疾病范畴的医疗程度。
AAH、AIS、MIA、IAC是肺结节病理学开展过程，而在影像学中纯磨玻璃结节（pure ground-grass nodule，pGGN）、部门实性结节（part solid nodule， pSN）到纯实性结节（solid nodule，SN）也是逐步停顿的过程，AI可准确识他人眼可能漠视或者无法辨认的重要信息，对特定使命表示出较好的揣测性能。既往研究[10]展现，以差别数据库操练集和数据集为平台的深度进修模子操练的肺结节良恶性分类模子准确性更高可达93.6%，以不异数据库为对象的操练集和验证集在深度进修模子的分类中准确性也很高，证明已初步具备肺结节诊断的才能。而在LUNGx Challenge肺结节研究[11]中，AI组的曲线下面积（area under the curve，AUC）低于放射科医师组，且放射科医生在统计学上的表示相较于AI组优势明显，该研究证明AI手艺辨别肺结节的准确度还无法替代人工，仍需进一步优化。
选举2：（1）考虑到AI 针对亚实性结节的假阴性与假阳性率均较高，临床工做中仍需病理医师阅片以削减漏诊和误诊（Ⅰ）。
（2）AI在肺结节患者持久随访中具有重要意义，其优势在于可实时辅助医师停止随访，揣度肺结节详细改变情状（Ⅱ）。
（3）AI在肺结节良恶性辨别中有必然临床参考价值，准确性仍有待商榷（Ⅰ）。
2 三维重建辅助肺结节术式规划
肺楔形切除和肺段切除是胸外科肺部手术中相关于肺叶切除、袖式切除而言较为精巧的术式，是亚肺叶切除中的重要术式。肺楔形切除常用于位置浅表的结节，关于位置较深的结节，其定位具有必然挑战性，且需要避开大的血管和收气管，避免术后大出血、肺不张、收气管胸膜瘘等严峻并发症。肺段手术需要识别3～4 级收气管及其伴行的动脉、静脉，而段程度的血管变异相当丰富[12-13]，出格在更为精准的结合亚段切除中要辨认的构造更为精巧。若何在更大化庇护肺功用的根底上平安、有效地停止切除，是胸外科医生不竭摸索的标的目的。胸部CT三维重建手艺在术前可以对结节停止定位，搀扶帮助医生在术前明白结节邻接的肺收气管、血管的分型及变异情状，为手术做好预案。并且，三维重建手艺可以实现全角度自在扭转、交互式展现肺构造（血管、收气管和病灶），契合手术操做过程中的三维看感，搀扶帮助医生进步手术精准度，削减手术风险[14-19]。三维重建手艺在肺叶切除术中也有必然的利用场景，例如，在肺裂发育不全的情状下，往往需要三维重建断定剖解变异，制止误断跨叶散布的反常剖解构造。
选举3：定见预备行亚肺叶切除手术的患者术前行三维重建，搀扶帮助完美术前规划，包罗肺楔形切除术（结节位置偏深者）、肺段切除术、结合亚段切除术等（Ⅰ）。
3 三维重建辅助胸腔大肿瘤手术评估
剖解学上，胸部组织器官的构造关系扑朔迷离，牵扯到肺门、纵隔以及大血管等构造。同时，该区域的剖解变异类型也良多，那增加了术前精准评估的难度，使手术风险相对较高。而常规的加强CT只供给了轴位横断面的持续图像，那关于外科医生在临床评估时设想部分区域的三维剖解关系而言，存在良多不敷。
术前精准评估胸腔浩荡肿瘤的位置、起源以及与四周构造的关系尤为重要，而目前那凡是需要外科医生凭仗丰富的临床体味和足够的空间想象力。手术切除是治疗胸腔浩荡肿瘤的次要办法，但因为病理类型复杂、瘤体浩荡、肿瘤与临近构造的关系不明白等原因，手术风险较高，手术切除的难度也相对较大。
利用三维重建影像手艺能够愈加精准、高效地识别肿瘤邻接构造和滋养血管，有助于削减术中出血量、降低手术风险[20]。操纵CT、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、造影等二维数据重建三维影像，能够为胸腔浩荡肿瘤术前评估供给重要辅助，而且能够造定个别化手术计划，为手术供给精准全面的术前评估；另一方面，三维重建的影像也有利于科研教学活动的开展[21]。三维重建手艺还能够在诊断食管癌和辨别纵隔内阳性淋凑趣[22]等方面供给愈加丰富的信息，有助于造定更有效的治疗战略。
选举4：CT、MRI等影像学查抄发现的胸腔大肿瘤定见通过进一步完美三维重建辅助术前评估，其在邻接构造的识别上优势浩荡（Ⅱ）。
4 三维重建辅助胸壁疾病诊治
胸部CT已被公认为当下诊断各类胸壁/胸腔内器官损伤的根底办法，可用于评估患者能否需要通过手术修复[23]。多层CT三维重建具有凸起特征，如曲看、立体及多角度看察，有效填补了胸部X线片诊断肋骨骨折的不敷。多层螺旋CT的三维重建可以进步肋骨骨折的检出率，出格是关于细微的肋骨骨折，同时对胸骨骨折的诊断准确性也要优于胸部X线片[24]。
通过三维CT图像重建手艺可辅助定位肋骨骨折、设想规划手术暗语和手术体例，以至评估胸腔内器官损伤情状[25]。关于一些胸部创伤患者，特殊是车祸或者工伤涉及的伤残判定及补偿，胸部CT肋骨三维重建比拟CT平扫能够更为间接地展现骨折的数目及水平，从而能供给愈加清晰的工伤判定根据，进而有助于理赔的及时完成[26]，因而对胸壁外伤患者选举常规停止胸部CT平扫和三维重建。
三维重建手艺能够利用于胸壁肿物、胸壁畸形、肋骨肿瘤等多个方面的形态断定，辅助临床医生对胸壁病变停止准确模仿，进步手术精准度，缩短手术时间，加速患者术后康复，缩短住院时间。摘用胸腔镜辅助手术连系三维重建手艺，对肋骨骨折切开复位内固定术极具切确性，且术中的创伤小、术后留置胸腔闭式引流管时间短、痛苦悲伤轻，可以大大加快患者恢复，尽早出院，是一种平安有效的手术体例，有助于实现患者快速康复[27]。3D重建能明白鸡胸、漏斗胸等胸壁畸形患者肋骨和肋软骨的标的目的及其与胸骨的关系，从而能够对胸壁停止切确的术前丈量并批示个别化的手术矫正[28-29]。
选举5：对胸壁疾病拟行手术的患者，术前选举常规停止胸部CT、MRI等影像学查抄，并停止三维重建（Ⅰ）。
5 3D打印手艺辅助胸骨及肋骨骨折治疗
在胸骨、肋骨骨折手术过程中，通过摘用3D 打印手艺，基于数字模子文件操纵塑料、粉末金属等可粘合素材停止逐层打印，可有效削减内固定安装的塑形不准确，在手术时间、手术暗语、术后痛苦悲伤和内固定胜利率方面有优势[27]。别的可操纵薄层CT与肋骨CT通过软件重塑肋骨骨折处的三维模子，连系成熟的3D打印手艺生成个性化的肋骨模子。Chen 等[30]的研究提醒造备3D打印的肋骨模子误差较小，可以到达临床利用需求。为进一步缩短手术时间、提拔固定素材准确性、降低施行内固定的几率，同时也为了更好地针对肋骨骨折部位停止定位，应根据重建后的肋骨外形抉择最安妥的材量，并于术前规划出足够的手术范畴，完美手术流程，让手术形式平安化、微创化[31]。
选举6：3D 打印手艺能够操纵永久性素材停止术前精准评估，有助于个性化定造愈加切确的胸骨及肋骨固定安装，也可让胸骨及肋骨骨折的定位以及手术暗语的规划愈加明白清晰（Ⅰ）。
6 结语
三维可视化重建手艺在日常胸外科的临床工做中逐步普及，比照传统的影像学手艺如X光线、 CT等具有更形象、更立体、更准确等优势。特殊是近年来跟着AI手艺的兴起，AI和三维重建手艺的合成将为胸外科各类疾病的术前精准诊断、术中精准定位、术后快速康复以及更佳获益做出更大的奉献。
赛纳数字医疗三维重建模子
赛纳数字医疗三维重建模子预览
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珠海赛纳数字医疗手艺有限公司，是从属珠海赛纳科技有限公司旗下专注于智能医疗范畴，开展三维数字化手艺利用摸索和产物研发的专业化科技立异型企业。公司针对心血管、肿瘤、骨科范畴等严重复杂病例的临床诊疗需求，面向医疗机构供给3D数字重建手艺办事、3D打印办事与个性化产物处理计划。重点研究数字化3D模子重建手艺和3D打印手艺在临床手术规划、各类手术导板、医疗植进物、定造化康复辅助器具、剖解教学、手术模仿操练等方面的利用。面向前沿医疗机构供给专业数字化临床手艺办事和科研支持。