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成果名称：开发和验证一种基于深度学习的全自动算法，用于TAVR术前CT评估主动脉瓣复合体及检测解剖风险因素：一项回顾性多中心研究
发表形式：《电子生物医学》[eBioMedicine，IF（2022）：11.1]
通讯作者：吴永健
第一作者：王墨扬
主要作者单位：中国医学科学院阜外医院
作为人工智能+TAVR领域样本量最大、解剖结构最复杂、验证最全面的研究，本研究成功开发和验证了一种基于深度学习的全自动算法，用于TAVR术前CT评并检测解剖风险因素。该算法极大程度提高了评估的效率和精度，极具科研和临床价值。
这项研究是全球首个基于人工智能的TAVR术前CT影像评估及解剖风险因子检测方法开发与验证的大规模、多中心研究，该研究成果有望为结构性心脏病介入治疗的策略制定、风险评估和质量控制提供一种全新的智能化决策模式。
本研究依托国家重点研发计划项目——老年瓣膜性心脏病标准评估体系及优化治疗路径研究，发挥临床经验、海量数据、算法科学所形成的合力，经过反复优化打磨和近乎苛刻的测试验证，力求实现术前评估全场景、自动分析全链条，解剖分型全覆盖。
本项目连续入组参与研究的20家国内顶尖中心的1352名患者的主动脉根部CT影像数据，经预处理、多目标高精度解剖结构数据标注后构建模型训练集、验证数据集并进行二阶段nn-Unet深度学习模型开发和训练。在高精度分割模型的基础上开发解剖结构定位测量算法，实现包括主动脉瓣环、左室流出道、窦管交界、瓦氏窦、升主动脉、冠脉开口高度、主动脉角度、钙化量等参数的TAVR术前CT评估全量数据全自动精确测量。
为了确保人工智能算法的可靠性研究者设计了多层次验证方法，首先，在研究团队的高年资医生之间，进行手动测量评估的一致性验证，确保高年资医生之间的一致性；其次，研究首创了特定解剖结构目标空间坐标和全量几何参数测量值双重验证机制，即算法计算的目标定位坐标和测量值与高年资医生手动定位的坐标和测量值进行对比验证；第三，对中国患者常见的复杂解剖结构设计了亚组对比验证以确保算法的鲁棒性；第四，研究验证了算法、低年资医生与高年资医生的一致性，结果表明算法与高年资医生评估结果的一致性更强；第五，研究验证了算法和高年资医生对各种解剖风险因子的检出具有极高的一致性。
该算法实现了全自动TAVR术前CT全量数据评估的功能，经过多中心大样本量的多重验证后可以确认其具有出色的可靠性、鲁棒性和稳定性，具有较高的科研价值和临床价值。
该研究“Development and validation of a deep learning-based fully automated algorithm for pre-TAVR CT assessment of the aortic valvular complex and detection of anatomical risk factors: a retrospective, multicentre study”2023年9月发表于《柳叶刀》子刊《电子生物医学》（IF 11.1）。
吴永健教授：TAVR手术作为在射线引导下的介入手术有别于传统的开胸直视下的外科瓣膜置换术。术前CT影像评估是手术策略制定的金标准，是一台成功的TAVR手术的前提。现有的评估方法速度慢、对评估者经验要求高、评估一致性差、软件操作繁复等问题。我们希望通过这项研究能够开发一款基于人工智能技术的全自动TAVR术前评估系统，彻底解决TAVR术前影像评估的难题，并为未来TAVR精准治疗打下坚实的技术基础。
作为中国最早开展TAVR手术的团队和最早开展TAVR术前CT影像评估研究的团队，我们历时12年的时间完成了数据的积累和临床经验的积累，并在此过程中上完成了算法的功能需求设计、高精度多目标解剖结构数据标注、人工智能分割模型和定位测量算法的开发、测量结果的一致性验证。该研究凸显出以下亮点：
1. 覆盖面广，样本量大，解剖结构极具代表性、多样性和复杂性。研究覆盖全国20家中心、1352名主动脉瓣膜病患者，样本量远超于同类型研究，凸显中国患者人群主动脉瓣解剖结构复杂、二叶瓣多发及钙化严重的特点。
2. 真正意义上实现了TAVR术前主动脉根部CT影像的全自动全量数据评估。相较于既往同类研究，该研究成果真正做到了无需人工干预、无需手动验证确认，仅需导入CT影像即可获得TAVR术前主动脉根部评估所需的全量评估结果。
3. 研究设计全面缜密，验证完备充分，统计数据翔实。该研究基于庞大的数据集，独创了特定解剖结构目标空间坐标和全量几何参数测量值双重验证机制，首次实现人工智能算法与高年资医生、低年资医生对主动脉根部CT评估在精度与效率上全面科学验证和统计分析。
4. 创造性地引入解剖风险因子的理念并加以验证。该研究综合临床指南、专家共识及众多临床研究成果，总结提炼包括五类异常解剖结构的特征作为风险因子，通过对解剖风险因子的检出，从而间接起到对与之相关的术中并发症风险的提示作用。
北京协和医学院长聘教授，中国医学科学院阜外医院冠心病中心主任，中华医学会心血管病分会委员，中华医学会心血管病分会动脉粥样硬化与冠心病学组副组长，中国医师协会心血管病医师分会常务委员，中国医师协会心血管病医师分会结构性心脏病学组组长，北京医学会心血管病专业委员会副主任委员，世界中联心脏康复专业委员会主任委员，中国医师协会中西医结合医师分会心脏康复专业委员会主任委员，美国心脏病学会Fellow (FACC)，欧洲心脏病学会Fellow (FESC)，美国心血管造影和介入学会年度科学会议Fellow (FSCAI)，中华心血管病杂志，中国循环杂志，英国 《HEART》 杂志等编委。荣获2020年教育部科技进步奖一等奖，荣获2020年中华医学科技进步奖二等奖，荣获2022年北京市科学技术奖科学技术进步奖一等奖（老年主动脉瓣疾病新型微创诊疗技术体系的建立发展和应用推广）。擅长复杂冠心病的介入治疗，在国内率先开展OCT、FFR、旋磨技术、准分子激光消蚀手术（ELCA）等。吴永健教授是我国最早开展不用开胸经导管进行主动脉瓣膜置换的专家之一。承担国家和省部级科研课题12项，横向课题10项，2020年科技部国家重点研发计划专项（老年瓣膜性心脏病标准评估体系及优化治疗路径研究）任首席专家；已完成经导管主动脉瓣膜置换（TAVR）1000 余例。从零开始探索我国TAVR 体系，参与研发我国首个临床应用的商业化人工瓣膜Venus-A，参与研发多款其他瓣膜（VitaFlow、TaurusOne、Silara 和SinoCrown)，获专利30 余项；参与制定我国首个《经导管主动脉瓣置换术中国专家共识》，打造国内首个TAVR 影像学核心实验室；国际上首次提出CT“多平面评估体系”，推广标准化TAVR体系在全国100 多家医院应用。
中国医学科学院阜外医院心内科副主任医师，医学博士，纽约大学朗格尼医学中心访问学者。长期从事冠心病、心脏瓣膜病以及急重症心脏病治疗，特别擅长复杂冠心病以及经导管瓣膜病治疗。为阜外医院瓣膜核心实验室年独立分析瓣膜病影像评估超过1000例，首创性提出诸多瓣膜病介入领域评估方法及规范化流程，培训并指导全国超过100家中心开展瓣膜病介入工作。作为主要参与者开展国家科技支撑计划、国家重点研发计划、医科院创新工程、首都特色等多项基金支持研究。作为主要核心成员主笔《中国TAVR临床路径2018及2021版》等行业指南，作为副主编编纂《中国结构周病例集萃》等著作，参与翻译多本医学著作。在术前影像学综合评估领域发表SCI及国内外核心期刊20余篇学术论文，并多次于EuroPCR、CSI、TVT、CIT、CHC等国际心血管病会议进行专题演讲。
阜外医院吴永健教授团队是全国最早开展TAVR技术且手术量最大的团队之一，在该领域率先提出了“极简式”TAVR及“多平面测量技术”，团队主导多款国产瓣膜临床研究并研发设计多个新型器械，获得国内外专利多项，主导撰写国内多部TAVR领域专家共识及指南，在国际顶尖会议多次进行专题演讲，具有较高国际声誉。我团队TAVR影像核心实验室是全国第一个瓣膜病专业核心实验室，具有丰富的评估经验，尤其在多模态影像评估和人工智能结合方面处于国内领先水平。
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