基于潰瘍性結(jié)腸炎內(nèi)窺鏡圖像的DNUC開發(fā)及其準(zhǔn)確性得到前瞻性驗證

東京醫(yī)科大學(xué)11月29日宣布，它已經(jīng)開發(fā)了一個基于潰瘍性結(jié)腸炎內(nèi)窺鏡圖像的計算機圖像支持系統(tǒng)(DNUC;基于內(nèi)窺鏡圖像的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng))。 這項研究是與東京大學(xué)胃腸病學(xué)系的Kento Takenaka助理教授、該大學(xué)高級研究學(xué)院的Mamoru Watanabe特聘教授、該大學(xué)醫(yī)院光學(xué)醫(yī)學(xué)系的Kazuro Otsuka教授以及索尼公司領(lǐng)導(dǎo)的小組合作進行。 該研究結(jié)果已發(fā)表在《柳葉刀胃腸病學(xué)和肝臟病學(xué)》上。

潰瘍性結(jié)腸炎是一種慢性炎癥性腸病，與頻繁的緩解和加重有關(guān)，強烈影響日常生活的質(zhì)量。 最近的治療進展不僅使控制癥狀成為可能，也使控制炎癥本身成為可能。 然而，為了控制炎癥，不僅要實現(xiàn)癥狀緩解，而且要實現(xiàn)粘膜愈合，通過下消化道內(nèi)鏡評估內(nèi)鏡和組織學(xué)緩解是非常重要的。

然而，這種評估需要對疾病的知識和經(jīng)驗，而且是主觀的，會有變化。 此外，內(nèi)鏡下的粘膜活檢需要進行組織學(xué)緩解評估，這既費錢又復(fù)雜。

人工智能(AI)技術(shù)的進步已經(jīng)導(dǎo)致了醫(yī)療領(lǐng)域一系列計算機輔助設(shè)備的發(fā)展。 在這項研究中，我們旨在通過使用一種稱為深度學(xué)習(xí)的人工智能技術(shù)，開發(fā)一個基于潰瘍性結(jié)腸炎內(nèi)窺鏡圖像的計算機化圖像支持系統(tǒng)(DNUC)，并前瞻性地測試其準(zhǔn)確性。

內(nèi)窺鏡緩解的準(zhǔn)確率為90.1%，組織學(xué)緩解的準(zhǔn)確率為92.9

首先，我們回顧了2014年1月至2018年3月期間在東京醫(yī)科大學(xué)醫(yī)院對潰瘍性結(jié)腸炎患者進行的下消化道內(nèi)窺鏡圖像和粘膜活檢，并收集了被認(rèn)為適合AI學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)(2,012名患者，40,758張圖像，6,885份粘膜活檢)。 然后由專科醫(yī)生對所有數(shù)據(jù)進行UCEIS和Geboes的評分。 該研究將UCEIS評分為0定義為 "內(nèi)鏡緩解"，將Geboes評分為3.0或以下定義為 "組織學(xué)緩解"。 使用這個數(shù)據(jù)集作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，在索尼的幫助下開發(fā)了DNUC。

根據(jù)輸入的圖像，DNUC輸出UCEIS評分以及 "內(nèi)鏡緩解 "和 "組織學(xué)緩解"。 2018年4月至2019年4月，在東京醫(yī)科大學(xué)醫(yī)院就診的875名患者中前瞻性地驗證了所開發(fā)的DNUC的準(zhǔn)確性。 結(jié)果顯示，DNUC對 "內(nèi)窺鏡緩解 "的準(zhǔn)確性為90.1%，對 "組織學(xué)緩解 "的準(zhǔn)確性為92.9%。

對875名患者進行了為期一年的下消化道內(nèi)鏡檢查后的臨床過程(預(yù)后)的研究。 他們發(fā)現(xiàn)，經(jīng)DNUC評估為內(nèi)鏡或組織學(xué)緩解的患者，其復(fù)發(fā)、使用類固醇、住院和手術(shù)的發(fā)生率明顯較低。 當(dāng)用危險比計算DNUC的預(yù)后能力時，它與潰瘍性結(jié)腸炎專家對所有預(yù)后的預(yù)測相當(dāng)。

病理結(jié)果的預(yù)測靈敏度為97.9%，特異性為94.6

接下來，開發(fā)的人工智能系統(tǒng)被調(diào)整為內(nèi)窺鏡視頻。 從視頻中實時選擇適當(dāng)靜止圖像的算法是與索尼公司合作開發(fā)的。 因此，現(xiàn)在可以通過將內(nèi)窺鏡設(shè)備連接到配備DNUC的PC上，進行 "實時組織學(xué)評估 "和 "恒定內(nèi)窺鏡分?jǐn)?shù)計算"。 此外，從2019年4月到2020年3月，將在東京醫(yī)科大學(xué)醫(yī)院和四家附屬醫(yī)院進行一項多中心前瞻性研究，以驗證該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。 在 "實時組織學(xué)評估 "方面，DNUC的結(jié)果與180名臨床緩解期的潰瘍性結(jié)腸炎患者的活檢組織的病理學(xué)結(jié)果進行了比較。

結(jié)果顯示，DNUC能夠預(yù)測81.0%的活檢的病理情況，其敏感性和特異性分別為97.9%和94.6%。 對于 "恒定內(nèi)鏡評分計算"，在590名潰瘍性結(jié)腸炎患者中比較了潰瘍性結(jié)腸炎專家計算的UCEIS評分和DNUC。 對于分?jǐn)?shù)的計算，專家和DNUC之間的相關(guān)性為0.927，根據(jù)該研究，這是一個非常高的一致性。

DNUC計劃研究DNUC在臨床應(yīng)用中的實際可行性

DNUC不僅可以高度準(zhǔn)確地評估 "內(nèi)鏡緩解"，還可以計算內(nèi)鏡評分以及潰瘍性結(jié)腸炎專家。 研究人員說，由于內(nèi)窺鏡評估是主觀的，而且在不同的醫(yī)生之間會有差異，與以前公布的潰瘍性結(jié)腸炎的內(nèi)窺鏡評估結(jié)果相比，該系統(tǒng)的準(zhǔn)確性足夠高。 此外，由于DNUC總是從同一視頻中輸出相同的內(nèi)窺鏡評估結(jié)果，所以同一內(nèi)窺鏡評估可以 "隨時"、"隨地 "和 "由任何人 "進行。 因此，在未來，DNUC將成為評估疾病嚴(yán)重程度和治療效果的一個標(biāo)準(zhǔn)。

此外，DNUC可以通過內(nèi)窺鏡視頻進行實時組織學(xué)評估。 以前，組織評估需要收集粘膜活檢，但DNUC能在內(nèi)窺鏡手術(shù)中進行組織評估，有可能減少所需的粘膜活檢數(shù)量，并消除與活檢相關(guān)的成本和風(fēng)險。

該研究小組說："我們堅信DNUC將在臨床實踐中被需要，我們的目標(biāo)是使其在臨床上適用。 我們將繼續(xù)探索它在臨床實踐中的可行性，并希望將來它能改變?nèi)澜鐫冃越Y(jié)腸炎內(nèi)鏡評估的方法和標(biāo)準(zhǔn)。