深度学习辅助评估直肠气体伪影对前列腺MRI癌症检出率的影响

《Insights into Imaging》：Prostate MRI cancer detection rate by deep learning-assisted image quality categorization: gas-induced susceptibility artifacts in diffusion-weighted imaging

本研究针对直肠气体导致的磁敏感伪影是否影响前列腺MRI癌症检出率(CDR)这一临床难题，利用深度学习模型对12,594例DWI序列进行图像质量分级，通过病例对照匹配分析发现，即使严重伪影组(≥30%前列腺被遮蔽)与最优质量组相比，CDR无显著降低(0.24 vs 0.26, p=0.58)。该成果为直肠准备方案优化提供了重要循证依据。

　　

前列腺癌是男性常见的恶性肿瘤，早期准确诊断对治疗决策至关重要。多参数磁共振成像(mp-MRI)已成为前列腺癌诊断的核心手段，其中扩散加权成像(DWI)对临床显著前列腺癌(csPCa)的检测具有特殊价值。然而，DWI序列极易受磁敏感伪影干扰，尤其是直肠气体产生的伪影可能遮蔽前列腺外周带——这正是70-80% csPCa好发的区域。尽管临床实践中普遍关注此类伪影的影响，但其对诊断准确性的实际影响程度一直缺乏量化证据。先前研究表明髋关节假体引起的严重伪影可使癌症检出率(CDR)降低74%，但更为常见的直肠气体伪影的临床影响尚不明确。这直接关系到是否需要常规实施直肠准备措施（如灌肠），因此具有重要的临床实践意义。

为解决这一难题，Nakai等研究人员开展了一项三中心大规模回顾性研究，成果发表于《Insights into Imaging》。研究团队创新性地结合深度学习技术与放射科医生评估，系统分析了2017-2022年间34,697例前列腺MRI检查中气体伪影与CDR的关联。研究首先由7名经验丰富的腹部放射科医生对1,595个DWI序列的伪影程度进行四分类（最优、轻度、中度、重度），以此为基础开发深度学习分类模型。随后将模型应用于12,594个未参与训练的DWI序列，最终通过病例对照匹配方法比较不同伪影程度组的CDR差异。

研究方法的核心在于多层次质量评估体系的建立。技术路线涵盖：①基于放射科医生标注的深度学习模型开发（使用3D EfficientNet-B0架构与五折交叉验证）；②大规模临床验证队列构建（排除已知前列腺癌病例及髋关节假体干扰）；③病例对照匹配分析（调整年龄、PSA值、活检史等混杂因素）；④分区域亚组分析（外周带与移行带肿瘤分别评估）。样本来源于美国三家医疗中心的临床常规检查数据，采用3T扫描仪且大多数未使用直肠线圈。

结果

图像质量分类模型的性能

七名放射科医生对37例样本的评估显示中等程度的一致性（多阅片者广义kappa=0.53）。深度学习模型与放射科医生评估之间具有高度一致性（加权kappa=0.64），特别是在最优质量类别中，模型预测与医生判断相符率达93%。最终数据集包含1,595例检查，其中6.0%被归类为重度伪影，8.5%为中度，21.0%为轻度，65.1%为最优质量。

癌症检出率比较

匹配后分析显示，不同伪影程度组与最优质量组的CDR无统计学差异：重度组CDR为0.24，最优组为0.26（p=0.58）；中度组0.25 vs 0.24（p=0.84）；轻度组0.25 vs 0.22（p=0.17）。异常解读率(AIR)、阳性预测值(PPV)等次要指标同样未见显著降低。

分区域亚组分析

尽管整体CDR无显著变化，但针对外周带肿瘤的亚组分析显示，随着伪影程度加重，CDR呈现下降趋势（重度组CDR比值=0.62），虽未达统计学意义（p=0.10），但提示该区域可能更易受伪影影响。相反，移行带肿瘤的CDR在不同伪影程度组间保持稳定。

影响因素分析

设施间差异分析表明，使用前后相位编码方向的机构（ Facility II）重度伪影比例显著高于使用左右方向的机构（99.7% vs 0.0-1.7%）。同时，实施排便指导的机构（ Facility III）伪影程度较轻，提示简单的直肠准备措施可能改善图像质量。

典型案例展示

研究特别展示了一例83岁患者的重度伪影病例（图6），尽管DWI上超过30%的前列腺被伪影遮蔽，但基于T2WI的显著发现（PI-RADS 5分）仍成功检测出Grade group 4级csPCa，印证了多序列互补诊断的价值。

讨论与结论

本研究通过严谨的大规模数据分析证明，直肠气体引起的DWI磁敏感伪影并未导致前列腺MRI癌症检出率的显著降低。这一发现可能源于两个关键因素：首先，T2WI和动态增强成像等其他序列对DWI诊断功能起到了有效补充作用，特别是在PI-RADS指南允许在DWI质量不佳时以外周带T2WI表现作为主导序列；其次，与髋关节假体相比，气体伪影对前列腺的遮蔽范围通常较小（重度组中78.1%病例遮蔽比例为30-40%），而假体伪影常遮蔽50%以上腺体。

研究结果对临床实践具有重要指导意义：一方面，这为简化直肠准备协议提供了依据，特别是在资源有限的环境中，可避免不必要的侵入性准备措施；另一方面，研究确认了相位编码方向选择（推荐左右方向）和排便指导等简单干预的有效性。深度学习辅助的图像质量评估框架为未来PI-QUAL评分系统的优化提供了新思路，即采用更量化的前列腺遮蔽比例作为伪影评价标准。

该研究的局限性包括未评估不同序列图像质量的交互影响，以及大多数最优质量图像未经人工复核。未来研究可进一步探讨不同直肠准备方案对CDR的直接影响，为临床协议标准化提供更强证据。

总之，这项研究为前列腺MRI质量控制提供了重要循证依据，表明在当前多序列诊断框架下，直肠气体伪影的临床影响可能被高估，这有助于优化临床工作流程并减少不必要的患者负担。