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【鼓楼心法⑯】人工智能在超声内镜诊断胰腺疾病中的应用进展

2024-06-18作者:论坛报小塔资讯
原创

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上期回顾

【鼓楼心法⑮】EUS-PD在胰腺疾病中的应用进展




AI在超声内镜诊断胰腺疾病中的应用进展

阅读要点提示

随着辅助器械和操作技术的进步,超声内镜(Endoscopic ultrasonography, EUS)越来越广泛应用于胰腺良恶性疾病的诊断中。然而,超声内镜的诊断水平依赖于丰富的操作经验和专业的背景知识,但我国尚缺少规范的超声内镜培训认证体系,这导致内镜医生总体诊断水平仍有待提高,不同医生之间异质性极大。近年来,人工智能(Artificial intelligence, AI)技术飞速发展,其在超声内镜诊断领域的应用已逐渐展现出广阔的前景,为提高超声内镜下胰腺疾病的诊断水平提供了新的技术手段



AI技术在胰腺良性病变超声内镜诊断中的应用


在胰腺良性病变超声内镜诊断方面,已有一些研究将AI技术应用到了多种胰腺良性疾病的辅助诊断中,这为AI赋能胰腺良性病变精准诊断提供了新的机遇。


Marya等使用EUS图像和操作视频,基于ResNet50 V2机构的算法,建立了自身免疫性胰腺炎诊断模型;结果显示,该模型能从正常胰腺、胰腺恶性肿瘤及慢性胰腺炎中准确识别出自身免疫性胰腺炎,其敏感性为90%~99%,特异性为71%~98%,从而能够为早期高效诊断自身免疫性胰腺炎提供了有效的辅助工具。


Nguon等使用EUS图像,基于ResNet50算法开发了胰腺黏液性囊性肿瘤和胰腺浆液性囊性肿瘤鉴别模型,该模型能够准确率可达82.75%,与经验丰富的内镜医生相当。


Vilas-Boas等使用5505张EUS图像,基于Xception架构,构建了胰腺黏液性囊性病变识别模型,该模型准确率、敏感性和特异性为98.5%、98.3%和98.9%。


胰腺导管内乳头状黏液性肿瘤(Intraductal papillary mucinous neoplasm of the pancreas, IPMN)是一种潜在恶性肿瘤,目前普遍认为胰腺IPMN是胰腺癌的癌前病变。Kuwahara等使用50例IPMN患者(27例良性、23例恶性)的3970张EUS图像,基于ResNet50算法构建了IPMN良恶性识别模型,结果显示,该模型识别恶性IPMN的敏感性可达95.7%,特异度达92.6%,准确率为94.0%,显著优于临床医生诊断水平(56.0%)。


这些研究表明,AI在胰腺良性病变超声内镜辅助诊断中具有极为广阔的应用前景


AI技术在胰腺恶性病变超声内镜诊断中的应用


胰腺恶性病变超声内镜诊断中,AI技术也能够发挥重要作用。


Norton等人于2001年利用简单的神经网络模型,通过学习图像灰度变化和亮度等特征,实现了高达80%的准确率,初步证明了AI在EUS图像分析中的可行性。


随后,Zhang等人在2010年利用支持向量机(SVM),基于29个特征构建的人工智能模型,在胰腺癌的诊断上取得了94.32%的灵敏度和99.45%的特异度,准确率高达97.98%。


此外,Udristoiu等人结合EUS灰度图、多普勒成像、谐波造影增强图像和弹性成像数据,基于卷积神经网络和LSTM算法构建了AI模型,使得胰腺癌的诊断准确率达到了97.61%。


EUS-FNA/FNB技术通过获取细胞或组织病理样本,为胰腺肿块的性质提供了进一步的明确依据。而AI技术的引入,不仅提高了病理医师的诊断效能,还增强了EUS-FNA/FNB在胰腺疾病鉴别诊断中的作用。


Momeni-Boroujeni等人在2017年首次将多层感知神经网络应用于胰腺EUS-FNA细胞病理学的诊断,其模型展现出了80%的灵敏度和75%的特异度,证明了AI在辅助提高病理诊断效能方面的潜力。


Naito等人则利用EfcientNet算法构建的AI模型,在胰腺FNB病理切片全景图中检测胰腺癌病灶,取得了93.02%的灵敏度、97.06%的特异度和94.17%的准确率。


快速现场病理评估(ROSE)能够在穿刺过程中即时评估病变性质,但受限于病理医师的现场参与,增加了检查费用和操作流程的复杂性。


而Zhang等人基于UNet算法构建的CNN模型,在协助进行ROSE时,其识别胰腺癌的灵敏度、特异度和准确率均达到了与病理医师相当的水平,并优于经过训练的内镜医师。AI在实时病理评估中的应用,不仅节约了病理医师资源,还因其不依赖于评价者的经验水平,提供了稳定客观的评估结果,具有极高的应用价值。


AI技术还被广泛应用于EUS规范化扫查和培训中。Zhang等人使用ResNet算法开发了名为BP MASTER的胰腺扫描系统,专门设计用于EUS胰腺规范化扫查和培训。该系统能够准确识别EUS扫查中的关键站点,在内部和外部验证中,该模型的准确率分别为94.2%和82.4%,与经验丰富的内镜医生水平相当。EUS技术的学习需要大量时间和实践,以及经验丰富的专家指导。该模型还可以缩短新手医生的学习曲线,该研究对8名没有接受过EUS操作培训的学员进行了前瞻性测试,该系统能够显著提高学员胰腺癌诊断水平。


Bonmati等人利用语音标注替代传统的手工图像标注,建立了包含五个解剖位点的AI识别模型,准确率可达76%,该模型在提高标注效率的同时,能够加快EUS的学习过程,并提高诊断质量。


小结


这些研究表明,AI在胰腺疾病EUS诊断领域应用广泛,特别是在提高辅助诊断水平、加速培训过程和质量控制方面具有显著价值。当然,现有的研究大多仍是回顾性、小样本研究,未来还需要更多的前瞻性、多中心、大样本研究来进一步验证AI在胰腺疾病EUS诊断中的辅助价值


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下期预告

【鼓楼心法⑰】EUS-FNA门脉血CTC在预测胰腺癌肝转移中的应用


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