ROC曲線在影像學(xué)設(shè)備中的應(yīng)用概述

ROC曲線在影像學(xué)設(shè)備中的應(yīng)用概述發(fā)布時(shí)間：2019-08-09（原創(chuàng)2019-08-08CMDE中國(guó)器審）

一、ROC曲線簡(jiǎn)介

1.什么是ROC曲線

ROC曲線即受試者工作特征曲線（receiveroperatorcharacteristiccurve,ROC）,又稱為感受性曲線（sensitivitycurve），是反映靈敏度和特異度連續(xù)變量的綜合指標(biāo)，通常被用來直觀地確定某一種診斷方法（診斷試劑、診斷設(shè)備）的最優(yōu)診斷界值，即取靈敏度和特異度之和最大的截點(diǎn)，盡量靠近曲線左上方的點(diǎn)。也可以用來對(duì)同一種疾病兩種以上的診斷方法的臨床應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行粗略的比較評(píng)價(jià)。

傳統(tǒng)的ROC曲線解決的是“是”或“否”的問題，可以根據(jù)醫(yī)師對(duì)讀片結(jié)果類型的不同，分成二分類法和多等級(jí)法?？紤]到在影像學(xué)中的應(yīng)用，除了判斷是不是病灶，還要考慮病灶所在的位置，以及是單發(fā)病灶還是多發(fā)病灶，需要對(duì)病灶進(jìn)行定性、定位、定量診斷，因此衍生出LROC（location-responseoperatingcharacteristic）、FROC（free-responseoperatingcharacteristic）、AFROC（alternativeFROC）。

2.ROC曲線的繪制

由于醫(yī)師自身的學(xué)習(xí)背景、工作經(jīng)驗(yàn)等多方面存在差異，對(duì)影像學(xué)設(shè)備成像的讀片也有自己的尺度，即不同的醫(yī)師會(huì)有不同的診斷界值。根據(jù)不同的診斷界值對(duì)多幅影像做出診斷，并與金標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)照，可分別計(jì)算出靈敏度和特異度。根據(jù)診斷界值從低到高取若干個(gè)截?cái)帱c(diǎn)（至少5組），逐個(gè)計(jì)算相應(yīng)的靈敏度（真陽(yáng)性率）、特異度（真陰性率），以靈敏度為縱坐標(biāo)，1-特異度（假陽(yáng)性率）為橫坐標(biāo)，標(biāo)出各工作點(diǎn)，然后連接各點(diǎn)繪制而成的曲線。一般情況下，ROC曲線均處于（0,0）和（1,1）連線的上方，選取的工作點(diǎn)越多，曲線越平滑。

3.ROC曲線的應(yīng)用

ROC曲線主要有三方面應(yīng)用。首先，ROC曲線可以直觀地反映診斷方法的靈敏度和特異度；其次，也是最常用的，通過計(jì)算ROC曲線下面積（areaunderroccurve,AUC），對(duì)多個(gè)器械的臨床應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行比較，是一個(gè)客觀直觀的指標(biāo)。如下圖的B-E四種影像設(shè)備的ROC曲線，E的AUC最大，臨床應(yīng)用價(jià)值最高。ROC曲線下面積的計(jì)算通?？梢圆捎秒p正態(tài)參數(shù)法和非參數(shù)法進(jìn)行計(jì)算，這兩種方法計(jì)算的曲線下面積及其方差十分相近，所以在實(shí)際應(yīng)用中不必過分要求數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布。最后，是曲線下部分面積，當(dāng)兩個(gè)器械的ROC曲線并不像圖中那樣，而是出現(xiàn)交叉時(shí)，由于曲線下面積不能反映某一范圍內(nèi)的靈敏度與特異度優(yōu)劣，甚至可能會(huì)得出相反的結(jié)論，所以利用曲線下部分面積進(jìn)行比較，才能反映真實(shí)情況。

圖：不同設(shè)備ROC曲線圖二、ROC曲線在影像學(xué)設(shè)備中的應(yīng)用

ROC曲線在影像學(xué)設(shè)備中應(yīng)用很多。

第一，可以根據(jù)曲線選擇診斷界值，達(dá)到最優(yōu)的靈敏度和特異度，使器械發(fā)揮最佳的效果，也可以通過曲線下面積判斷設(shè)備的成像質(zhì)量，通常0.9及以上的成像效果佳，0.7～0.9成像效果中等，0.5～0.7成像效果較低。這一應(yīng)用多體現(xiàn)在產(chǎn)品生命周期的設(shè)計(jì)開發(fā)階段，如深度學(xué)習(xí)輔助決策AI影像學(xué)軟件在設(shè)計(jì)開發(fā)過程中通過不同診斷界值的選擇，使軟件達(dá)到最優(yōu)的靈敏度特異度組合，發(fā)揮最大臨床應(yīng)用價(jià)值。

第二，是通過AUC來評(píng)判器械的變更。如某一影像設(shè)備在做影響到臨床應(yīng)用的許可事項(xiàng)變更時(shí)，對(duì)于臨床應(yīng)用價(jià)值變化或成像質(zhì)量的判斷，可以通過變更前和變更后的各自AUC進(jìn)行比較。若AUC變大，或變化在科學(xué)合理的范圍內(nèi)，則可以判定該許可事項(xiàng)變更臨床應(yīng)用相關(guān)部分是合格的。

第三，對(duì)不同影像設(shè)備的成像質(zhì)量進(jìn)行比較。通過計(jì)算AUC的大小，來評(píng)價(jià)兩種或多種同類型影像設(shè)備的臨床應(yīng)用價(jià)值的大小或成像質(zhì)量的優(yōu)劣。通過計(jì)算曲線下部分面積，也可以判斷在某一靈敏度、特異度范圍內(nèi)不同影像設(shè)備的臨床應(yīng)用價(jià)值或成像質(zhì)量。

除以上應(yīng)用外，ROC曲線還可以評(píng)價(jià)不同診斷醫(yī)師的診斷效能。值得注意的是，在應(yīng)用ROC曲線時(shí)，病例的選擇和干擾因素的控制關(guān)系到是否能得到客觀真實(shí)的結(jié)論。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫軍,陳峰,鄭凱爾.ROC曲線分析在放射學(xué)中的應(yīng)用[J]