上海交通大學(xué)顧勁揚(yáng)教授、俞章盛教授等團(tuán)隊(duì)合作建立肝惡性腫瘤影像診斷深度學(xué)習(xí)新模型
肝惡性腫瘤包括肝細(xì)胞癌(HCC)、肝內(nèi)膽管細(xì)胞癌(ICC)和轉(zhuǎn)移性肝癌等，是常見(jiàn)且預(yù)后極差的惡性腫瘤。影像學(xué)診斷為治療決策和預(yù)后判斷提供了不可或缺的支持，然而不同肝惡性腫瘤通過(guò)影像學(xué)診斷常有誤診。臨床上不同肝惡性腫瘤的治療策略差異巨大，醫(yī)生在手術(shù)、靶向、免疫等治療前對(duì)患者腫瘤類別的準(zhǔn)確診斷至關(guān)重要。2021年9月26日，醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院顧勁揚(yáng)教授團(tuán)隊(duì)、生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院俞章盛教授團(tuán)隊(duì)、杭州市第一人民醫(yī)院徐驍教授團(tuán)隊(duì)、醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院劉穎斌教授團(tuán)隊(duì)合作在國(guó)際血液病學(xué)和腫瘤學(xué)知名期刊Journal of Hematology & Oncology上發(fā)表了題為“Deep learning for differential diagnosis of malignant hepatic tumors based on multi-phase contrast-enhanced CT and clinical data”的研究成果，提出了一種運(yùn)用深度學(xué)習(xí)基于患者術(shù)前多期造影增強(qiáng)CT和臨床數(shù)據(jù)對(duì)肝臟惡性腫瘤進(jìn)行判別的智能診斷系統(tǒng)，達(dá)到與資深放射科醫(yī)生相當(dāng)?shù)呐袆e水平。更可喜的是，在該系統(tǒng)輔助下，放射科醫(yī)生診斷準(zhǔn)確率得以提升，結(jié)果在多中心數(shù)據(jù)中得到驗(yàn)證。該系統(tǒng)可以作為輔助診斷工具，指導(dǎo)醫(yī)生鑒別肝惡性腫瘤，有望為醫(yī)療欠發(fā)達(dá)地區(qū)提供強(qiáng)有力的影像學(xué)診斷支持，并提高三甲醫(yī)院放射科的診斷準(zhǔn)確率，為肝癌患者制定最佳治療方案，促進(jìn)肝癌的精準(zhǔn)治療。
研究者提出的STIC模型以多期造影增強(qiáng)CT和臨床特征作為輸入，最后輸出每類肝惡性腫瘤的分值，其框架包含四個(gè)不同的模塊。SpatialExtractor模塊利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)提取CT的空間特征，TemporalEncoder模塊使用門(mén)控循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RNN)挖掘不同期CT之間的變化模式，Integration模塊將提取到的影像特征與臨床特征融合，Classifier模塊通過(guò)softmax激活函數(shù)實(shí)現(xiàn)分類任務(wù)。
圖一 研究設(shè)計(jì)的流程圖
該智能診斷系統(tǒng)對(duì)于三類肝惡性腫瘤的判別在測(cè)試集上達(dá)到72.6%的準(zhǔn)確率，與高年資放射科醫(yī)生的共識(shí)診斷水平(70.8%)相當(dāng)。在系統(tǒng)輔助下，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)三位高年資醫(yī)生的診斷水平均優(yōu)于醫(yī)生共識(shí)診斷，判別準(zhǔn)確率平均提高8.3%，對(duì)ICC診斷的敏感性平均提高26.9%。在來(lái)自中心2的外部測(cè)試集中，智能診斷系統(tǒng)達(dá)到82.9%的準(zhǔn)確率，驗(yàn)證了模型的泛化能力。
圖二?肝惡性腫瘤智能診斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖
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之前已有研究利用深度學(xué)習(xí)對(duì)肝腫瘤進(jìn)行初步鑒別，但大多聚焦于良惡性分類，對(duì)肝惡性腫瘤缺乏精準(zhǔn)的細(xì)分，尤其對(duì)ICC的診斷精度較低。本研究構(gòu)建的智能系統(tǒng)運(yùn)用深度CNN和門(mén)控RNN，整合包含患者術(shù)前多期造影增強(qiáng)CT和臨床特征的多模態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)HCC、ICC和轉(zhuǎn)移性肝癌的有效鑒別，具有與經(jīng)驗(yàn)豐富的醫(yī)生相當(dāng)?shù)脑\斷水平，并且在不同中心驗(yàn)證中表現(xiàn)出良好的泛化能力。
此次發(fā)表論文的第一作者為上海交通大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院”致遠(yuǎn)榮譽(yù)計(jì)劃“博士研究生高瑞恬，共同第一作者為醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院趙帥博士、克德?tīng)杹啞ぐ浇T士研究生、蔡浩博士以及生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院博士研究生魏婷。醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院顧勁揚(yáng)教授、生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院俞章盛教授、杭州市第一人民醫(yī)院徐驍教授、醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院劉穎斌教授為共同通訊作者。該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、上海申康“三年行動(dòng)計(jì)劃”重大臨床研究專項(xiàng)、上海交通大學(xué)“醫(yī)工交叉研究基金”等項(xiàng)目資助。
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原文鏈接：https://jhoonline.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13045-021-01167-2
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