综述:人工智能在牙科 X 光片中检测颈动脉钙化的系统评价和荟萃分析

【字体: 时间:2025年05月20日 来源:BMC Medical Imaging 2.9

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  本综述聚焦人工智能(AI)在牙科 X 光片检测颈动脉钙化的应用。通过系统检索及荟萃分析发现,AI 算法在锥形束计算机断层扫描(CBCT)和全景 X 光片中,检测敏感性达 0.92 [95% CI 0.81-0.97]、特异性 0.96 [95% CI 0.92-0.97],有望成为早期筛查工具。

  

研究背景与目的


脑卒中是全球第三大死亡原因,颈动脉粥样硬化斑块是其重要风险因素。颈动脉钙化作为心血管健康的重要标志物,传统检测依赖超声、CT 等有创且昂贵的技术。牙科 X 光片(如全景 radiograph、CBCT)常被用于口腔检查,其偶然发现的颈动脉钙化可辅助早期心血管风险筛查。人工智能(AI),尤其是深度学习中的卷积神经网络(CNN),在医学影像分析中展现出超越人类的精准度。本研究通过系统评价和荟萃分析,评估 AI 算法在牙科 X 光片中检测颈动脉钙化的准确性,验证其作为辅助筛查工具的潜力。

研究方法


文献检索与筛选


遵循 PRIOR、PRISMA-DTA 及 PRISMA-AI 标准,在 PubMed、Scopus 等数据库检索截至 2024 年 11 月 11 日的相关研究,关键词结合各数据库语法规则。初筛获得 1430 篇文献,经去重、标题 / 摘要筛选后,14 篇进入全文评审,最终 9 项研究纳入定性分析,5 项用于定量分析。

数据提取与质量评估


由两名独立研究者提取研究特征,包括 AI 算法类型、影像模态(CBCT 或全景 radiograph)、样本量、敏感性、特异性等。采用 QUADAS-2 工具评估偏倚风险,多数研究显示低偏倚风险,部分研究在患者选择、指标测试等领域存在 unclear 或 high 风险。

统计分析


提取真阳性(TP)、真阴性(TN)等数据,采用随机效应模型进行荟萃分析,绘制森林图和受试者工作特征曲线(SROC),评估异质性(Cochran Q 检验、I2 统计量)及发表偏倚(Egger’s 和 Begg’s 检验)。

研究结果


纳入研究特征


9 项研究中,3 项使用 CBCT,6 项使用全景 radiograph;发表年份跨度为 2018-2024 年,AI 算法以 CNN 为主,包括 Faster R-CNN、U-Net、Inception 等架构,部分研究采用迁移学习(如 ResNet、EfficientNet 预训练模型)。例如,Yoo 等开发的级联深度学习网络(CACSNet)结合 EfficientNet-B4,在全景 radiograph 中分类准确率达 98.5%,敏感性 98.0%,特异性 98.8%。

诊断性能


  • 敏感性与特异性:纳入研究的敏感性范围为 0.67-0.98,特异性 0.85-0.99。荟萃分析显示,仅考虑每项研究的一种 AI 方法时,合并敏感性为 0.92 [95% CI 0.81-0.97],特异性 0.96 [95% CI 0.92-0.97]。
  • 影像模态比较:全景 radiograph 组异质性较低,合并诊断比值比(DOR)为 517.80 [95% CI 179.27-1495.64];CBCT 组异质性较高,DOR 为 71.85 [95% CI 1.95-2642.27],但两组差异无统计学意义(P=0.30)。
  • 异质性与偏倚:整体异质性较高(I2=90.81%),可能与影像分辨率、临床场景差异有关。发表偏倚检验显示无显著偏倚(Egger’s p=0.332,Begg's p=1.0)。

讨论


AI 技术的优势与挑战


AI 模型在牙科 X 光片中检测颈动脉钙化展现出高准确性,显著优于传统方法(如支持向量机检测率约 50%-93.6%)。卷积神经网络通过自动提取图像特征,结合迁移学习可提升小数据集性能。然而,CBCT 研究间性能差异较大,可能与数据特征和模型架构有关,如 Ajami 等的 Inception V3+U-Net 在 CBCT 中敏感性 94%、特异性 97%,而 Nelson 等的 CNN 仅 67% 敏感性,提示需优化模型适配三维影像。

临床应用潜力与局限


牙科 X 光片具有普及性和低辐射剂量(全景 radiograph 约 0.02 mSv)的优势,尤其适用于老年人群的心血管风险筛查。AI 系统可辅助 dentists 快速识别潜在风险,结合超声或 CT 进一步确认,有助于早期干预。但研究存在以下局限:① 金标准不统一,多数研究依赖放射科医生标注,而非数字减影血管造影等更权威方法;② 纳入研究数量较少,尤其 CBCT 数据有限;③ 临床转化需解决 AI 系统与现有牙科软件的兼容性及操作便捷性。

未来方向


需开展更大样本、多中心研究验证 AI 模型的泛化能力,标准化诊断金标准。开发用户友好的 AI 接口,整合至牙科工作流,并探索 AI 在培训年轻牙医中的教育价值。此外,需区分颈动脉钙化与其他结构(如甲状软骨钙化),避免误诊。

结论


本系统评价和荟萃分析表明,AI 算法在牙科 X 光片(尤其是全景 radiograph 和 CBCT)中检测颈动脉钙化具有高敏感性和特异性,有望成为心血管疾病的新型筛查工具。尽管存在异质性和方法学差异,AI 的潜力为早期识别脑卒中及动脉粥样硬化相关风险提供了新途径,需进一步研究推动临床应用。

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