神州醫療助力南方醫院在Frontiers in Bioengineering and Biotechnology發表重大科研成果

2021-01-12 神州醫療DCHealth


研究數據來源於2020年1月1日至2020年3月18日之間,從洪湖和南昌的醫院回顧性收集了408例確診的COVID-19患者的初步CT圖像。神州醫療聯合南方醫院將洪湖市人民醫院的303例患者的數據作為訓練數據,將南昌大學第一附屬醫院的105例患者的數據作為測試數據。開發並驗證了使用多實例學習和殘差卷積神經網絡(ResNet34)的基於深度學習的模型。分別使用接收器工作特性曲線和混淆矩陣評估模型的判別能力和預測準確性。



圖1.本研究中介紹的多實例學習框架的概述。構建了從重新採樣的CT數據中裁剪出來的補丁以進行訓練,並通過最大合併所有屬於同一補丁的補丁來執行患者級別的預測。


基於深度學習的模型的曲線下面積(AUC)為0.987(95%置信區間[CI]:0.968–1.00),在訓練集中的準確性為97.4%,而AUC為0.892 (0.828–0.955),測試集中的準確度為81.9%。在入院時非嚴重COVID-19的患者的亞組分析中,該模型在洪湖和南昌亞組中分別獲得0.955(0.884–1.00)和0.923(0.864–0.983)的AUC,準確度分別為97.0和81.6%。 


結論:我們基於深度學習的模型可以使用CT成像準確預測COVID-19患者的疾病嚴重程度和疾病進展,為指導臨床治療提供依據。


表1:洪湖和南昌人群的人口統計學和基線特徵



圖2.基於CT圖像的深度學習模型的培訓和驗證過程,用於疾病嚴重度預測任務。(A)交叉熵損失和(B)準確性針對100個訓練迭代作圖。交叉熵損失接近0.03,最終驗證準確性為87%。



圖3.接收機工作特性(ROC)曲線和混淆矩陣,用於預測訓練和測試集中的疾病嚴重程度。嚴重程度的預測結果通過ROC曲線顯示。(A)在訓練集中,多實例學習模型的曲線下面積(AUC)為0.987(CI:0.967-1.00);(B)在測試集中,模型的AUC為0.892(CI:0.828-0.955)。混淆矩陣指示針對(C)訓練和(D)測試數據集的多實例學習模型分類的預測質量。



圖4.預測洪湖和南昌亞組疾病進展的受試者工作特徵(ROC)曲線和混淆矩陣。通過ROC曲線顯示疾病進展的預測結果。在洪湖和南昌隊列中入院時表現出非嚴重症狀的患者分別被分為洪湖和南昌亞組。(A)在洪湖亞組中,多實例學習模型的曲線下面積(AUC)為0.955(CI:0.884–1.00);(B)在南昌亞組中,模型的AUC為0.923(CI:0.864–0.983)。混淆矩陣指示(C)訓練和(D)的多實例學習模型分類的預測質量 測試數據集。



建議確診COVID-19患者入院後應立即進行CT篩查


採用深度學習方法MIL,使用定量CT數據準確預測COVID-19的疾病嚴重程度。通過利用廉價且廣泛可用的測試,模型可用於識別疾病早期階段處於疾病進展高風險的患者,這對於進行早期幹預,預防疾病進展和降低死亡率具有重要的實際意義。因此,我們建議確診的COVID-19患者入院後應立即進行CT篩查,以便醫生可以使用我們的模型來確定發生嚴重疾病的風險。如果結果表明患者病情可能惡化,則應在疾病嚴重程度增加之前考慮更緊密的監測和早期幹預。


準確獲得重症患者的數據,探尋現象與數據間的聯繫,研究現象與數據背後蘊含的意義,是神州醫療進行醫療大數據工作最重要的基礎。COVID-19的蔓延讓神州醫療更加堅定了「深度挖掘數據價值 更好服務醫患群體」的信念。神州醫療將以高質量的大數據為基礎,繼續面向醫院、政府、藥企、保險公司等提供基於醫療大數據、雲平臺、藥企大數據、精準醫療、影像及AI的全方位、全周期的數位化解決方案,服務臨床科研、助力公共決策、推動人工智慧在醫療健康領域的進一步落地,為更好地實現健康中國戰略提供技術支撐。


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版權聲明:本文是神州醫療與南方醫科大學南方醫院合作的科研成果,如需轉載請後臺留言,經本平臺同意後註明轉載來源。

       

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