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“锐影”随行|上海长征医院联合复星杏脉使用多任务学习与深度影像组学对于肺部CT磨玻璃结节浸润性进行预测
2022-05-27

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5月20日,复星杏脉肺结节CT影像辅助检测软件(“锐影”),正式获批中国国家药品监督管理局医疗器械三类证。产品上市的背后离不开专家的大力支持与强大的科研合作。中华医学会放射学分会主委单位上海长征医院刘士远教授团队联合复星杏脉合作研发了肺部磨玻璃结节不同病理分型的人工智能分类技术,课题成果“Predicting the invasiveness of lung adenocarcinomas appearing as ground-glass nodule on CT scan using multi-task learning and deep radiomics”发表在国际权威医学期刊《Translational Lung Cancer Research》 (影响因子6.5,JCR Q1区)。

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不同肺腺癌分型的磨玻璃结节

难以通过CT进行判断

肺癌是最常见的癌症,也是癌症相关死亡的主要原因。近年来随着CT筛查肺癌的普及,肺结节的检出率越来越高。根据国际肺癌研究协会、美国胸科学会和欧洲呼吸科学学会(IASLC/ATS/ERS)2011年对肺腺癌的多学科分类,肺腺癌在病理学上可分为四个亚型,即非典型腺瘤性增生(AAH)、原位腺癌(AIS)、微浸润性腺癌(MIA)和浸润性腺癌(IAC),其中AAH和AIS 被认为是侵袭前病变。临床上对于不同病理分型的呈现为磨玻璃结节的肺腺癌需要应用不同的治疗手段,然而这些不同类型的磨玻璃结节难以通过术前CT的影像学特征进行判别。

基于病理金标准,人工智能初显身手

随着人工智能技术在医学影像领域应用的迅速发展,AI识别医学影像上细微特征的强大学习能力得到了研究者们的重视。在这项研究中,我们利用人工智能强大的学习能力,尝试对于CT影像上的磨玻璃结节进行病理分型的分类。我们纳入了来自长征医院的794个带有病理结果的肺结节病人胸部CT影像数据,按病人随机划分为训练、验证与测试集,构建了三种不同的人工智能分类模型,分别是1)基于影像的端到端深度学习分类模型XimaNet、2)同时进行结节分类与结节分割的深度学习多任务模型XimaSharp以及3)融合影像组学提取特征方法与深度学习网络的分类模型Deep-RadNet。我们使用测试集数据对于这三种不同的人工智能模型的分类表现进行了相关验证与讨论。考虑到临床需求,我们关注了模型进行以下分类任务的能力:1)区分AAH/AIS与MIA;2)区分MIA与IAC;3)区分浸润性与非浸润性的磨玻璃结节,即AAH/AIS/MIA与IAC。

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杏脉人工智能+影像组学特征提取

能够准确预测磨玻璃结节是否具有侵润性

我们发现,对于AAH/AIS与MIA的分类任务,Deep-RadNet、XimaNet和XimaSharp模型分类的AUC(ROC曲线下面积)指标分别达到了0.891,0.841和0.779;对于MIA与IAC的分类任务,三种模型的AUC指标分别能达到0.889,0.785与0.778;对于区分AAH/AIS/MIA与IAC,三种模型的AUC指标分别达到0.941,0.892和0.827。比较三种模型的表现,发现Deep-RadNet显著优于另外两种模型(p小于0.05)。 通过此项研究复星杏脉自主突破的人工智能算法,特别是Deep-RadNet,能够准确地评估磨玻璃结节是否为具有浸润性的病理分型,证明了相关算法对于肺癌临床诊断的理论可行性及应用价值。

复星杏脉将通过“锐影”精准定性、分型分级

继续推进肺癌筛查规范化、优质化

我国肺癌年龄标化5年生存率在2003—2015年间略有上升,但仍不超过20.0%,总体5年生存率偏低。肺癌患者的生存时间与其临床诊断发现的早晚密切相关。通过人工智能辅助LDCT不仅仅可以进行磨玻璃结节(GGN) 的检出,同时结合影像组学特征提取,从放射学的角度进一步进行评估磨玻璃结节是否为具有浸润性的病理分型,筛选出高危患者,为下一步精准诊断及治疗提供强有力的帮助。 2015年-2022年,国家发布了一系列政策强调并鼓励人工智能技术在医疗健康领域的应用,智慧医疗已经逐步发展为国家战略。AI在医学影像中针对疾病检出、医学多维测量、精准诊断、术前设计和疗效评估有明显优势。 复星杏脉“锐影”已用于肺部CT影像的显示、处理、测量和肺结节的病灶识别,通过自动处理胸部CT扫描影像,以及定量分析和分诊建议,协助医生在治疗和管理肺部磨玻璃结节,并对肺部磨玻璃结节(GGN)的定性与分级,可对医师阅片进行有效辅助,辅助用于为肺癌早期筛查及风险评估,优化医疗系统的资源分配,推进我国肺癌筛查服务的规范化、均质化和优质化。

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复星杏脉作为复星旗下首个独立孵化的人工智能企业,自2017年成立以来一直保持高速发展的趋势,截至目前180人的公司已积累超过40种AI疾病模型储备,与全国500多家医疗机构达成合作。成熟应用已上线放射科、检验科、病理科、呼吸科、骨科、心内科、神经科等多个科室。复星杏脉作为复星“创新驱动”战略尖兵与医疗人工智能产业核心平台进行布局发展,通过“匠心+创新”,不断加大科技研发投入。 同时,复星杏脉深入医疗机构与基层健康服务场景探索真实需求,积极完善分级诊疗的核心场景服务能力如疾病早筛、远程诊疗、精准医疗等,致力于全面解决不同的临床痛点和公卫难题。通过独树一帜的“AI+X”产品形态,有效赋能远程诊疗体系建设,形成了促进我国分级诊疗与精准医疗落地的有效解决方案。

参考文献:《中国肺癌筛查与早诊早治指南》(2021,北京)

注:本文内容仅供专业人士学术交流之用

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