ESC 2023|李妍教授团队解读DASE-AI研究:人工智能助力超声检测主动脉瓣狭窄——临床医生的助手,瓣膜病人的福音

李妍 杨振宇

空军军医大学唐都医院

研究背景

重度主动脉瓣狭窄(AS)患者的预后之差已被人们熟知,然而2019年的一项长期随访显示,中等程度的AS患者的预后情况也不容乐观。同时受性别和临床症状对医生主观判断的影响,大量存在瓣膜介入干预指征的患者在诊断环节被忽视。基于此类情况,Geoffrey Strange等设计并开展了DASE-AI研究,旨在利用人工智能自动警报系统(AI-AAS)辅助临床医生,通过消除诊断时的各类选择偏倚来提高主动脉瓣狭窄的检出率。

研究设计

DASE-AI研究是一项多中心、回顾性的患者队列研究。研究纳入澳大利亚两家三级转诊医院共21749名完成超声检查的患者,剔除了既往瓣膜置换术的患者、非经胸超声心动图的患者和人工智能分析基础数据不足的患者后,共有9189名患者进入研究队列。研究者基于人工智能自动警报系统(AI-AAS)对重度AS的自动识别,比较了传统人工诊断和EchoSovl心脏病筛查系统诊断的差异及后续临床管理路径的不同。

图1. 研究流程图及诊断结果和临床路径选择结构

研究结果

在9189名患者中,有218(2.4%)名患者和376(4.1%)名患者分别被传统人工和AI-AAS系统判定为重度AS。其中,204(2.2%)名患者的人工诊断和AI-AAS判定一致,另有66(0.72%)名患者虽然存在重度AS表现但根据指南被诊断为非重度AS,108(1.18%)名患者存在中等AS风险。AI-AAS组依据指南诊断为重度AS的患者平均压差为38.3±16.9mmHg,最大流速为3.77±0.85m/s,瓣口面积为0.78±0.29cm²;高度AS风险组的患者平均压差为22.8±8.30mmHg,最大流速为3.00±0.58m/s,瓣口面积为1.14±0.09cm²;中度AS风险的患者平均压差为19.0±8.31mmHg,最大流速为2.71±0.66m/s,瓣口面积为1.21±0.19cm²;低AS风险的患者平均压差为5.16±3.88mmHg,最大流速为1.42±0.42m/s,瓣口面积为2.78±0.80cm²。

在患者的后续临床路径选择上,经AI-AAS判定为重度AS的患者中有171(45.5%)名接受了介入干预,56(14.9%)名接受药物治疗;高度AS风险组有12(18.2%)名患者接受介入干预,14(21.2%)名接受药物治疗;中度AS风险组有11(10.2%)名患者接受介入干预,26(24.1%)名接受药物治疗。

在550名AI-AAS判定中等风险以上AS的患者中有218名被人工诊断为重度AS,两组的血流动力学特征(平均跨瓣压差,瓣口面积)存在差异,同时男性患者重度AS的诊断率也高于女性患者,而两组患者的左室功能和其他基线数据没有明显差别。

图2. 人工判读队列患者特征比较

图2续. 人工判读队列患者特征比较

在AI-AAS队列中,低风险组的年龄和血流动力学特征(最大流速、平均跨瓣压差和瓣口面积)均与其他三组有明显差异。

图3. AI-AAS队列不同诊断组患者特征比较

在根据后续临床路径选择进行的分组比较中,瓣膜介入干预组与药物干预组未表现出明显差异。

图4. 不同临床路径选择组患者特征比较

在根据指南诊断为重度AS的患者中有149名未明确后续临床路径的选择,其中33%的患者存在可能的合并症或干预禁忌症。

图5. 未明确临床路径选择的重度AS患者基线特征比较

研究发现,在376名AI-AAS判定重度AS的患者中有172名患者最初并未被在传统人工诊断中被确定,女性(92/169,54.4%)比例高于男性(80/207,38.6%),女性根据指南被准确诊断为重度AS的可能性比男性低79%(adjust OR 0.21,95% CI 0.10-0.45;p<0.001),而EchoSovl系统将为2.1倍的女性和1.6倍的男性的明确治疗提供诊断依据。

研究结论

当AI用于辅助传统人工诊断时,额外发现了72%的高度AS风险的患者。总体而言,女性患者被准确诊断的可能性比男性低66%(指南定义的重度AS诊断准确性低79%),在调整禁忌症和合并症的队列中,AI识别可能使67%的患者通过及时干预而受益,这可能与AI消除了性别、血流动力学特征和临床症状的选择偏倚有关。

专家点评

杨振宇 医师

DASE-AI作为Geoffrey Strange团队在心血管领域AI诊断的又一重大研究,无疑会对心血管疾病的诊断和治疗发展产生巨大影响。上半年其团队发表了基于人工智能决策支持算法(AI-DSA)的临床队列研究成果,证实了人工智能在识别低生存率相关的AS超声心动图特征方面的优势。本次ESC Congress发表的DASE-AI研究在之前的成果上进一步探索了人工智能对临床决策的影响,完成了从诊断辅助到治疗辅助的跨步。同时研究还发现了在传统人工诊断偏倚中起重要作用的几个因素,在提升AI辅助的作用的同时也为目前仍占主流地位的传统人工诊断指明了进步的方向。

李妍 教授

DASE-AI研究基于全球最大的与死亡率相关的超声心动图数据库——澳大利亚国家超声数据库(NEDA),充分利用人工智能在控制偏倚方面的优势,提高了重度主动脉瓣狭窄的准确度和检出率。这也使得更多患者能够更早接受瓣膜置换或药物干预,对瓣膜病患者的管理产生了深远影响。研究还创新性地将AI判定与后续临床路径选择进行了比较,进一步肯定了AI辅助在治疗方案制定的重要作用。在常规临床实践中应用AI辅助还将加快AS病例的识别速度,从而对从诊断-转诊-治疗-瓣膜管理的一系列临床环节提高便利。我们期待DASE-AI研究后续能产生更加丰富的成果,但同时也注意到了此研究对入选病人的一些选择限制,以及AI-AAS在研究中仍处于辅助地位而非独立决策。希望未来能出现大规模的前瞻性队列研究来对AI在心血管领域的作用进行更可靠的评估,使AI能够替代部分重复性机器性工作,将临床医生的时间解放出来为更多的病患提高治疗服务。


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