IJE 国际内分泌学杂志 1687 - 8345 1687 - 8337 Hindawi 10.1155 / 2021/6616069 6616069 研究文章 不同外观的胸部CT图像的2型糖尿病患者和NDM COVID-19肺炎基于人工智能定量方法 https://orcid.org/0000 - 0001 - 9849 - 216 x 陆 山 1 https://orcid.org/0000 - 0003 - 2695 - 9183 兴 智恒 2 https://orcid.org/0000 - 0003 - 1982 - 0044 赵 羽 1 https://orcid.org/0000 - 0003 - 4611 - 6001 孟 香 1 https://orcid.org/0000 - 0002 - 3406 - 0955 杨 Juhong 1 https://orcid.org/0000 - 0003 - 0823 - 7304 丁 Wenlong 2 https://orcid.org/0000 - 0001 - 8221 - 5168 王 济钢 2 https://orcid.org/0000 - 0003 - 3307 - 6872 黄 Chencui 3 https://orcid.org/0000 - 0003 - 1079 - 7378 徐 Jingxu 3 https://orcid.org/0000 - 0002 - 6674 - 6644 常 宝成 1 https://orcid.org/0000 - 0002 - 8881 - 9189 沈 小君 2 山 彭范 1 NHC荷尔蒙和发展重点实验室(天津医科大学) 天津代谢疾病的重点实验室 天津医科大学楚Hsien-I纪念医院和天津内分泌学院 天津 中国 tijmu.edu.cn 2 海河医院 天津大学 天津理工学院的呼吸道疾病 天津 中国 tju.edu.cn 3 研究协作部门,研发中心 北京Deepwise &博士联盟科技有限公司 北京 中国 2021年 14 3 2021年 2021年 7 12 2020年 6 2 2021年 23 2 2021年 14 3 2021年 2021年 版权©2021山陆et al。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

COVID-19肺炎是一种新的冠状病毒感染和死亡的风险COVID-19糖尿病患者健康的人的四倍。目前尚不清楚是否有差异在胸部CT图像与2型糖尿病(T2DM)病人体内non-diabetes (NDM) COVID-19糖尿病患者。本研究的目的是探讨胸部CT图像的差异之间的2型糖尿病患者和NDM COVID-19基于人工智能的定量方法。总共有62 COVID-19肺炎患者进行回顾性登记和分成A组(2型糖尿病COVID-19肺炎组, n= 15)和B组(NDM COVID-19肺炎组, n= 47)。两组的临床和实验室检查信息收集。定量特性(体积阴影的整合和磨砂玻璃阴影,比例的整合的影子(或磨砂玻璃的影子)叶体积,总体积,总比例,和数量)的胸部螺旋CT图像提取使用智慧@Pneumonia博士软件。26日之间的结果表明,CT图像的特性,两国肺总量和比例合并的影子在A组比那些在B组( P = 0.031 和0.019,分别);没有显著差异的总量和比例两组之间的双边肺磨玻璃密度阴影( P > 0.05 )。在A组中,血糖水平与整合的体积阴影和整合阴影的比例对中部叶体积,和高于患者组b .总之,肺部的炎症渗出物COVID-19糖尿病患者比非糖尿病患者更严重的基于人工智能的定量方法。此外,血糖水平呈正相关COVID-19患者肺部炎性渗出物。

 1。介绍

COVID-19是一个快速传播疾病,已达到大流行,影响着全世界100多个国家。迄今为止,流行已席卷200多个国家和地区。新冠状病毒感染的人数已经超过681万,累积的死亡人数已经超过039.6万。2020年1月30日,世卫组织(世界卫生组织)宣布流行国际关注的突发公共卫生事件。2020年3月11日,世卫组织艾滋病大流行疾病的特征。

COVID-19肺炎羽毛与聚合的特点,更有可能影响老年男性有潜在疾病和造成严重甚至致命的呼吸道疾病( 1, 2]。据报道,糖尿病(DM)是一个主要age-independent COVID-19肺炎的严重程度(风险因素 3]。新型冠状病毒肺炎DM患者的死亡风险是健康的人的4倍 4]。是否有胸部CT图像上的差异与2型糖尿病(T2DM)病人体内nondiabetes (NDM) COVID-19糖尿病患者仍然是未知的。在这项研究中,一个人工智能定量方法被用来评估胸部CT图像的差异之间的2型糖尿病患者和NDM COVID-19肺炎。

 2。材料和方法

COVID-19肺炎患者在天津海河医院从2020年2月到2020年4月回顾性登记,根据是否新型冠状病毒肺炎患者2型糖尿病,他们被分成A组(COVID-19 2型糖尿病组)和B组(COVID-19 NDM组)。两组的临床和实验室检查信息收集。

包含和排除标准,提供图 1。

这项研究的纳入和排除标准。

 2.1。检测设备和方法

螺旋CT扫描仪(Otawara Aquilion ' 128年,佳能医疗系统,日本)目前在天津海河医院被用来执行薄片CT扫描从肺尖到肾上腺在一个完整的灵感。CT扫描参数如下:管电压120 kV,管电流500 mAs,层间距0.8毫米,层厚度1毫米。混合迭代重建算法(AIDR 3 d)使用。窗口水平是在400年,胡锦涛和窗口宽度40。

 2.2。数据特征提取

CT特征提取使用智慧@Pneumonia博士软件(北京Deepwise &联盟博士科技有限公司,中国)。肺叶分割、肺部感染和标签,体积计算是由商用深学习算法为肺肺炎。分割网络是基于U-Net架构,拥有pseudo-3D卷积作为它的基本块。多个CT片被用来形成三维输入。老牌U-Net用作感染建筑架构细分。有效利用3 d autocontouring上下文信息的可能的感染区域,在我们的研究中,取而代之的是三维卷积层两层二维卷积。使用这种pseudo-3D卷积层,该模型获得3 d环境建模的能力,如图 2。提取的图像特征参数包括磨砂玻璃的体积阴影和整合的影子,肺叶的比例,总体积,总比例,和数量。

肺部感染和标签和体积计算被用来确定肺部炎症的体积。

 2.3。统计分析

使用统计软件(R操作)。测量数据是正态分布表示为平均值±标准偏差( x ¯ ± 年代 )。计数数据表示为频率和百分比(%)。临床和影像学指标的比较A组和B组之间,卡方检验是用于计算数据, t以及用于测量数据和计算数据,和多元线性回归分析是用来分析成像指标与临床特征的相关性,在A组的血糖。 P < 0.05 被定义为具有统计学意义。

 3所示。结果 3.1。组成的临床数据

在这项研究中,67例(36岁男性和31岁女性)COVID-19肺炎了,包括与2型糖尿病和51 NDM 16个病人。一个患者2型糖尿病患者COVID-19肺炎和4 NDM COVID-19肺炎没有成像或临床信息和被排除在外。在A组有15例(42 - 78岁,61±11岁),包括9男6女,和47名患者在B组(43 - 89岁、60±12岁),其中包括18个男性和29岁的女性。没有显著差异在两组之间的年龄或性别。

 3.2。临床资料和实验室检查指标在A组和B组之间

结果显示无显著差异在性别、年龄、热状态、进气温度、血常规检查后,水平等。 P > 0.05 ),如表所示 1。

比较A组和B组间的临床特点。

A组 B组 P
性别(男/女) 9/6 18/29 0.146
年龄(年) 61±11 60±12 0.813
发烧(例) 93.3% (14/15) 80.9% (38/47) 0.252
干咳(例) 66.7% (10/15) 44.7% (21/47) 0.138
恶心(例) 6.7% (1/15) 6.4% (3/47) 0.969
头痛(例) 0% (0/15) 4.3% (2/47) 0.417
腹泻(例) 13.3% (2/15) 12.8% (6/47) 0.954
进气温度(°C) 37.2±1.2 36.9±0.7 0.401
承认心率(次/分钟) 85.5±13.9 84.8±16.6 0.967
白细胞计数(×10<年代up>9/ L) 5.3±2.8 5.4±2.4 0.981
嗜中性粒细胞计数(×10<年代up>9/ L) 3.8±2.7 3.6±2.1 0.745
淋巴细胞计数(×10<年代up>9/ L) 1.0±0.5 1.2±0.5 0.189
CRP(毫克/升) 37.6±27.5 22.4±35.3 0.100
肺动脉栓塞(毫克/升) 0.8±0.8 0.6±0.4 0.177
CK (U / L) 89.4±95.2 134.5±284.5 0.109
LDH (U / L) 556.3±198.0 547.1±182.3 0.338
单核细胞计数(×10<年代up>9/ L) 0.5±0.3 0.6±0.4 0.433
血小板(×10<年代up>9/ L) 175.2±83.5 191.1±51.8 0.621
PCT (ng / ml) 0.05±0.03 0.05±0.03 0.827
水平(U / L) 8.1±3.4 11.1±15.8 0.234
3.3。图像特征提取

在这项研究中,提取26成像特性。有显著差异的总量和比例之间的双边肺癌合并A组和B组( P = 0.031 和0.019,分别),两国的总数量和总比例整合在A组大比B组,如图 3。没有显著差异的成像指标两组间的磨砂玻璃不透明( P > 0.05 ),如表所示 2。

胸部CT发现COVID-19患有2型糖尿病和NDM。(一)男,49岁,常见COVID-19, 10年历史的2型糖尿病。斑片状阴影中可以看到多叶的肺,当地的整合可以看到中间叶的肺,和空气支气管内可以看到迹象。(b)男,41岁,常见类型COVID-19 NDM。两肺斑片状阴影出现在多个叶,与当地整合在中间叶的肺。

比较A组和B组之间的成像特性。

整合 A组 B组 P
影子 上部叶lung_volume 52.3±97.6 12.8±52.7 0.152
肺上叶对lung_proportion叶 7.7±15.1 1.2±4.6 0.121
lung_volume下叶的权利 299.5±330.1 108.4±259.4 0.054
下叶肺的对lung_proportion叶 27.6±29.9 10.4±20.0 0.051
中部叶lung_volume 2.5±8.9 3.6±17.3 0.752
中部叶的lung_proportion肺叶 1.4±5.2 0.5±2.0 0.513
上部叶lung_volume离开了 18.3±55.3 25.1±57.2 0.686
肺上叶左lung_proportion叶 1.7±4.6 3.1±7.4 0.385
叶的离开lung_volume低 183.6±199.5 99.8±212.1 0.176
下叶肺的左lung_proportion叶 20.0±24.2 11.6±21.5 0.236
总体积 556.1±447.4 249.7±462.0 0.031
总比例 25.0±18.4 11.3±17.2 0.019
数量 2.5±18.4 2.0±1.3 0.211
磨砂玻璃 上部叶lung_volume 8.1±16.6 4.3±17.6 0.452
肺上叶对lung_proportion叶 0.8±1.5 0.4±1.2 0.299
lung_volume下叶的权利 14.4±29.2 22.7±97.2 0.606
下叶肺的对lung_proportion叶 1.3±2.6 1.5±5.3 0.884
中部叶lung_volume 2.2±3.7 3.3±15.0 0.652
中部叶的lung_proportion肺叶 0.4±0.6 0.7±3.0 0.518
上部叶lung_volume离开了 37.6±110.5 0.8±1.7 0.219
肺上叶左lung_proportion叶 2.7±7.4 0.1±0.2 0.190
叶的离开lung_volume低 26.2±58.4 12.5±59.9 0.440
下叶肺的左lung_proportion叶 2.4±5.1 0.9±3.7 0.328
总体积 88.4±162.5 43.7±158.4 0.360
总比例 2.2±3.1 1.8±4.2 0.730
数量 2.3±1.8 1.8±1.4 0.390
3.4。成像指标与临床指标的相关性,在A组的血糖

结果表明,血糖是一个重要因素影响整合的总量和比例的影子。整合的影子的总量与血糖显著相关,中性粒细胞,心痛,CRP。的比例整合阴影与血糖显著相关,头痛,IDH、发烧。整合的总量和比例的影子在DM患者262.12 ( P = 0.011 )和13.63 ( P < 0.001 )高于在没有糖尿病的患者,如表所示 3。

影响因素的多元回归分析整合功能 ∗ 。

成像特性 因素 系数( β) Std.错误 标准化系数 95%可信区间 P 价值
总体积 血糖 261.12 99.00 0.24 62.87 - -459.36 0.011
中性粒细胞 70.69 21.42 0.33 27.80 - -113.59 0.002
头痛 1058.267 237.59 0.40 582.50 - -1534.03 < 0.001
总比例 c反应蛋白 5.03 1.42 0.36 2.18 - -7.88 0.001
血糖 13.63 4.45 0.32 4.72 - -22.55 0.003
头痛 42.78 10.89 0.42 20.97 - -64.59 < 0.001
IDH 0.034 0.01 0.34 0.01 - -0.06 0.002
发烧 12.29 5.23 0.25 1.82 - -22.77 0.022

∗ 调整个人和临床特点列在表中 1。 F= 17.95, P < 0.001 调整后 R平方= 0.350; F= 9.206, P < 0.001 调整后 R平方= 0.526。

 4所示。讨论

COVID-19涂是一种βRNA病毒广泛存在于哺乳动物和鸟类。它属于同一亚属SARS和一些蝙蝠冠状病毒。基因组测序分析显示COVID-19和SARS病毒序列之间的相似性为79% ( 5- - - - - - 8]。COVID-19和SARS病毒都绑定到血管紧张素转换酶2 (ACE2)受体的宿主细胞表面的受体结合域的关键组件S蛋白;然而,的亲和力COVID-19 ACE2的宿主细胞表面蛋白是10到20倍的SARS病毒( 9]。COVID-19进入人类细胞通过绑定到ACE2受体在呼吸道和肺组织,引发一系列的呼吸道反应。

COVID-19感染后,两肺的主要病理表现是增厚的小叶间的隔膜和渗出性肺泡的变化,反映在胸部CT显示多个毛玻璃密度或细网格阴影分布的一个或两个的胸膜下肺。当intralobular隔的增厚是类似于肺泡渗出物,主要是表现为磨砂玻璃透明度,这可能是结节状,片状,甚至很大程度上小叶;当intralobular隔的增厚程度更严重比肺泡渗出物,它显示多个细网格在磨玻璃密度阴影,阴影显示碎石路的迹象。新型冠状病毒肺炎的影像学表现包括光环,anti-halo迹象,血管增厚,和支气管扩张的迹象。肺泡渗出物严重时,磨玻璃密度阴影可以坚实的阴影。当有一个明显的大整合的影子,我们应该高度警惕可能的病人的病情迅速恶化。

DM患者免疫细胞减少,NKT细胞活性下降,免疫功能异常,和低免疫反应。其并发症可能包括身体的多个器官。因此,糖尿病患者是各种急性或慢性感染的高危人群( 10]。黄等人回顾性分析41例患者冠状病毒感染在武汉,其中32%的患者并发症,20%是复杂与DM与高血压,15%是复杂的,这表明DM患者可能会额外容易冠状病毒( 11]。一些研究表明,在COVID-19 DM患者的比例是10.1% - -20.0%,危重患者的22.2% ( 2, 11, 12]。进一步调查表明,严重的COVID-19 DM患者可能会更高,这是符合张JJ的研究成果,发现严重率和死亡率COVID-19糖尿病患者高于那些没有并发症( 13]。

几个临床回顾性研究的数据进行分析,发现高血糖和糖尿病也有类似的基因结构和他们死后SARS感染的独立危险因素( 14- - - - - - 16]。我们的研究结果表明,在体积或总量没有区别的磨玻璃密度阴影在每个肺叶两组之间;然而,整合的总体积和总容积的整合/总量的肺叶COVID-19糖尿病组高于COVID-19 NDM组( P < 0.05 )。这些结果表明,新型冠状病毒肺炎DM患者比那些NDM炎症状态;,他们比那些NDM肺炎是更严重的,和他们的严重程度相关的肺部CT上参与他们的疾病的严重程度。这些结果进一步表明,新型冠状病毒肺炎患者DM严重疾病的发病率较高,这与上面的结果一致。它可能与免疫紊乱和代谢紊乱在糖尿病患者中,从而降低机体清除病毒的能力和快速感染COVID-19后疾病进展。

先前的研究已经发现,ACE2也表示在胰腺内分泌组织除了呼吸道和肺部组织。SARS病毒可以入侵并破坏胰岛细胞通过绑定到这个功能的受体。因此,COVID-19,类似于非典和有相同的受体,也可能入侵胰岛组织与受体结合,直接或间接地损害胰岛 β细胞加快发展DM ( 17]。COVID-19感染也可以增加器官的负担,免疫功能障碍,炎症风暴,和内分泌失衡进一步促进糖尿病的发展和它们之间的交互,形成一个恶性循环。在这项研究中,血糖水平呈正相关,整合的体积在中间叶的肺和整合的体积在中间的叶肺/体积的中间叶的肺。这些结果并不能解释为什么血糖水平与肺炎的严重程度有关,和更严格的实验设计和一个更大的样本容量需要进一步探索。

总之,这项研究表明COVID-19肺炎患者复杂糖尿病患者有更高的比那些没有糖尿病肺部炎性渗出物;即COVID-19肺炎患者复杂糖尿病患者可能有严重疾病的比率较高,建议临床医生应该更加注意COVID-19肺炎患者的治疗复杂的糖尿病患者。本研究进一步证实血糖水平呈正相关的肺部炎症渗出物COVID-19肺炎患者,但并不表明,血糖水平与COVID-19肺炎的严重程度相关。本研究仍存在一些局限性。COVID-19结合糖尿病患者的数量相对较少,结论需要进一步探讨和验证了一个更严格的实验设计和一个更大的样本量。

 数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

 作者的贡献

山陆和智恒兴了同样的工作。

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