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Radiology—AI在心脏CT和MRI的应用:来自ESCR,RSNA,SCCT,SCMR的科学声明

Radiology—AI在心脏CT和MRI的应用:来自ESCR,RSNA,SCCT,SCMR的科学声明

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1.背景介绍;2.技术成熟度及谱系;3.伦理、法律及环境可持续;4.患者及影像检查选择(TRL1和2)5.最优扫描方案制定与工作流程优化(TRL1和2)6.图像采集和重建(TRL5-9)7.图像分析与解读(TDL5-9);8.非心脏病变的检测;9.AI在心脏CT和MR的挑战和前行方向;10.结论;
引用文献Mastrodicasa, Domenico et al. “Use of AI in Cardiac CT and MRI: A Scientific Statement from the ESCR, EuSoMII, NASCI, SCCT, SCMR, SIIM, and RSNA.” Radiologyvol. 314,1 (2025): e240516. doi:10.1148/radiol.240516
Key Results
1.种AI应用已在心脏CT和MRI工作流程的不同阶段中可用或正在开发中
2.大多数用于心脏CT和MRI的AI工具仍处于开发阶段,这表明在实现其临床护理的全部潜力之前,还有很长的路要走
3.广泛的AI临床部署应与解决伦理问题、提高成本效益和促进可持续性的努力同步进行
4.一个九级技术成熟度量表总结了AI工具从初步研发到临床部署的成熟度等级;
背景介绍
AI在简化影像工作流程、提升诊断性能方面已成为非常有利的应对工具,从欧洲和美国监管机构批准的心脏影像AI算法数量不断增加中可见一斑,优先考虑并确保患者安全与信任是在AI在临床开发和应用的必备一环因此必须仔细评估心脏影像中的AI工具,全面考量其带来的机遇与挑战,并重点关注其附加价值;本文概述了心脏CT和MRI中AI工具的现状,并重点讨论了伦理、法律、环境可持续性以及实际部署中的关键考虑因素。文章涵盖了心脏影像工作流程的各个阶段,从患者及影像检查的选择,到图像分析和预后评估;本文的每个主题均聚焦于临床相关性,剖析AI在心脏影像工作流程各阶段应对当前挑战的潜在作用
技术成熟度及谱系
TRL1-9 具备基本原理,具备技术概念和/或应用方案,分析与实验功能验证/概念验证,组件在实验环境中验证,组件在相关环境中验证,系统/子系统或原型在相关环境中演示,系统原型在临床环境中演示,系统完成、测试并在临床环境中演示,真实临床环境已验证通过
1.技术成熟度等级(TRL)量表最初由美国航空航天局(NASA)于20世纪70年代开发,此后被广泛应用于各行业,用以评估新技术在现实世界中部署的成熟度和就绪程度借鉴NASA的九级TRL量表,对心脏影像AI工具的发展阶段进行评定和传达,从而区分早期与更成熟的AI应用;
2.TRL量表为心脏影像AI工具的开发水平提供了标准化框架可帮助各利益相关方识别工作流程中已可临床落地的环节,以及仍需进一步研发才能实现转化的环节,借助这一体系,AI工具有望更快完成从概念到实用的跨越,提升创新效率,并放大其对患者照护的实际价值;但需兼顾各类本地因素,如具体临床环境的差异和与所在医疗系统或科室优先事项的相关度;
伦理、法律及环境可持续
AI如何帮助为特定患者选择最合适的心脏影像检查?(尚未真正落地)AI工具可从电子病历中提取信息,把结构化数据(如 ICD 编码)与非结构化数据(如出院记录)整合起来,协助接诊医生为特定患者开出最适宜的心脏影像申请单,临床决策支持系统中的自然语言处理模块,有望减少低价值、高成本的检查。大语言模型(LLM)能够根据临床表现和学会指南,识别恰当的心脏影像方案。聚焦于开发 AI 工具,为个体患者优化最佳心脏影像方案,整合电子病历数据与适宜性指南,同时尽可能减少辐射、对比剂用量及影像检查的环境负荷
最优扫描方案制定与工作流程优化(互操性欠缺)

AI 如何优化心脏影像工作流程?

1.通过分析历史数据,预测就诊高峰或可能爽约的门急诊患者,使科室提前调配资源或对高风险患者加强提醒。此外,AI算法还能综合患者偏好、既往数据、其他临床预约及病情优先级,智能优化排班和提醒策略。通过解析AI用于流程优化的关键特征,可精准定位瓶颈并持续改进;相关方案需同时覆盖住院与门诊场景,兼顾转运物流、跨科室协同及医院个性化要求,强调必须在真实临床环境中测试和验证AI应用,而非仅停留在严格受控的研究阶段;已有研究显示,借助AI工具调整工作列表优先级,可缩短急性肺栓塞等心外病变的诊断时间;
AI如何优化心脏MRI与CT的扫描方案选择?
2.AI工具可将患者的生物特征与病史整合,为个体化临床指征推荐最合适的扫描方案。有研究显示,基于自然语言处理的机器学习分类器在方案制定上的准确率已可与亚专科放射科医师媲美。此外,AI还可在半自动流程中提供推荐协议选项,进一步简化人工选择;需要大规模、多样化数据集来训练模型,以确保在不同人群和临床场景中的普适性,且CT与MRI的技术迭代常伴随厂商特定的协议更新下一步的重点发展方向,应聚焦于把 AI 协议工具深度整合,实现更个性化、更高效的患者照护
图像采集与重建仍面临诸多现实挑战AI重建模型的可泛化性与可解释性
AI如何改善心脏影像的采集与重建?
1.通过自动定位技术,AI可实现更一致的体位摆放和更精确的中心定位,从而降低了辐射剂量、提升了图像质量,并缩短了摆位时间,低剂量心脏CT,信噪比会下降,但多数图像仍具诊断价值;AI重建算法可快速、高效地对低剂量扫描进行重建,在抑制噪声的同时保留空间分辨率但有细微病变未显示的可能,CCTA的初步结果显示,AI降噪技术有望改善血管壁及冠脉支架的显示,且不同AI算法还能消除运动伪影
2.AI辅助的心脏MRI自动定位可将扫描采集从纯手动操作转变为受监督的自动化流程,有望把心脏MRI的全球可及性扩展到非专科中心。心脏触发(使MRI采集与心动周期特定点同步)以及多次屏气需求会延长扫描时间,增加伪影风险并降低患者舒适度。目前已有多种加速MRI采集的技术进展,在重建环节集成AI模型,可进一步缩短采集时间,并通过补偿加速序列和低场强(<1.5 T)技术带来的信噪比损失来提升图像质量,借助AI模型,即使在对各向同性分辨率要求极高的场景(如冠状动脉MRI血管成像)中,也能对欠采样的k空间数据实现更快重建
图像分析与解读
AI如何重新定义CCTA分析?(TRL5-9)
1.辅助CCTA评估,AI可自动识别并量化管腔狭窄程度,并按CAD-RADS分级对患者进行分类,应用始于非增强CT的冠状动脉钙化积分,多款商用AI软件已上市,与人工评分一致性高AI还可自动分割并量化CCTA上的斑块负荷与成分,显著缩短时间、减少变异;AI自适应阈值技术能根据不同管电压、对比剂强度及图像质量自动校正,精准量化各斑块组分,现有半自动斑块量化软件与组织学或血管内超声对照一致性好,可重复性高;AI 算法量化非钙化斑块体积并识别高危特征,可在管腔狭窄基础上进一步提高对主要不良心脏事件的预测价值AI 还能在随访CT中评估斑块进展或消退,评价药物治疗效果并指导决策AI斑块量化仍受限于:缺乏统一参考标准、空间分辨率不足,以及时间分辨率、运动伪影、对比剂注射等因素对图像质量的影响;
2.基于AI的CT-FFR【单独使用或与计算流体力学(CFD)联合】可提供功能学信息,其价值优于单纯的管腔狭窄评估,CT-FFR 能够无创评价冠状动脉病变的血流动力学意义,有望减少侵入性FFR的需求,从而指导后续治疗与干预;
AI工具如何提升心脏MRI定量分析?(TRL5-9心功能分析软件较成熟
1.AI分割工具可自动提取关键临床参数:心房/心室容积、心室功能及左心室质量等,大量研究证实,与人工勾画相比,自动或半自动功能评估在准确性及省时方面均表现优异,即使对先心病患者也然;不过,左心室参数的精度仍优于右心室多款双心室功能评估商用软件已投入临床,可达TRL8–9水平得益于英国生物银行等高质量公开数据集
2.最新AI工具正逐步应对更复杂的任务:心肌应变、延迟钆增强(LGE)及参数图谱的量化,但在左心室肥厚等人群中,AI与手动测量的一致性仍有限AI可在二维及三维LGE-MRI上自动量化瘢痕,其结果与专家手动测量高度一致;
3.最新的AI自动分割与分析工具在T1、T2图上已与手动测量结果高度一致,心脏 MRI“指纹”技术是一项新兴高效方案,可单次扫描同时获得多参数图谱,但仍易受心跳与呼吸运动干扰;借助 AI 工具后,其鲁棒性系统、模型或算法在面对各种干扰、异常或变化时,仍能保持性能稳定、结果可靠的能力显著提升;除心功能分析外,其余MRI定量AI研发仍处于较早阶段
偶然发现的检测
AI如何在心脏CT和MRI中识别有临床意义的非心脏病变?(TRL6-9)
1.心脏CT和MRI的扫描视野通常涵盖部分胸部和上腹部,可能捕捉到具有临床意义的非心脏异常。例如通过腹部CT发现骨密度流失等多种疾病,随着心脏影像在合并多种疾病的老年患者中应用增加,识别这些可能影响治疗决策和预后的非心脏病变显得尤为关键,AI工具的“顺带”筛查有助于疾病的早期发现与预防;借助AI自动检测并判读多种非心脏异常,包括肺结节、肝脂肪变性和肌少症
AI如何在没有做心脏扫描的影像里发现心脏疾病?(TRL7-9)
2.非心电门控的胸部CT上自动检测并量化冠状动脉钙化(CAC)。最新AI工具已把这种“顺带”钙化积分扩展到所有非门控胸部 CT,包括每年大批量的肺癌筛查低剂量CT,这让无症状动脉粥样硬化患者的早期预防成为可能,AI随机性筛查CAC量化与专家人工判读高度一致;不过真正商用的AI工具仍屈指可数,且大多只给半定量结果;
结论
AI整合进心脏CT与MRI的前景广阔。除个别例外,大多数AI工具仍停留在开发阶段,距离在临床照护中全面兑现潜力尚需巨大投入;但随着AI算法持续涌现,必须持续对其进行严苛评估,确保其真正满足心脏影像工作流程的核心需求。要让AI的变革性承诺充分落地,关键在于缩小“创新”与“实用、可及、稳健的医疗解决方案”之间的鸿沟;其大规模部署必须以提升成本效益与可持续性为前提

参考文献

Mastrodicasa, Domenico et al. “Use of AI in Cardiac CT and MRI: A Scientific Statement from the ESCR, EuSoMII, NASCI, SCCT, SCMR, SIIM, and RSNA.” Radiologyvol. 314,1 (2025): e240516. doi:10.1148/radiol.240516

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