(原標題:Nature子刊收錄深睿醫療參與科研公關的在人工智慧顱內動脈瘤自動化檢測研究領域重要成果)
東部戰區總醫院放射診斷科張龍江教授、盧光明教授團隊,聯合深睿醫療、天津市第一中心醫院、連雲港第一人民醫院、南京腦科醫院共同科研攻關國家自然科學基金重點項目,在基於人工智慧的顱內動脈瘤自動化分割與檢測方向取得重要進展,科學研究成果被Nature Communications (IF 12.12)收錄。
中國人群顱內動脈瘤的發病率約為7%,其破裂導致蛛網膜下腔出血的24小時死亡率高達37%。早期精準檢出對顱內動脈瘤的臨床管理和預後有重要意義。CT血管成像(CT angiography,CTA)是一種無創、方便、可靠的顱內動脈瘤檢測手段,然而其診斷準確性受到多種因素影響,如設備、工作經驗等,導致了不同研究間診斷準確性出現較大差異。近年來,深度學習技術在基於醫學影像進行病變檢測方面顯示出了巨大潛力,利用深度學習有望提高CTA圖像上顱內動脈瘤的檢測效能並對臨床實踐產生積極的影響。深睿醫療致力於人工智慧技術在輔助病變檢測方向的科研探索,此次與國內知名機構的科研合作,將深度學習用於提高基於CTA圖像的顱內動脈瘤檢測效能。
No.1科研成果
研究成果以「A Clinically Applicable Deep Learning Model for Detecting Intracranial Aneurysm in Computed Tomography Angiography Images」(用於檢測CTA圖像中顱內動脈瘤的臨床應用型深度學習模型)為題,於2020年11月30日在線發表於Nature Communications (IF 12.12)。
該研究回顧性納入1177例經過腦血管造影「金標準」驗證的CTA圖像進行深度學習模型的訓練,在深度學習算法方面,設計了基於編碼器和解碼器結構的分割模型,並融合空間和通道注意力機制,使用全局語義特徵建模增強網絡對醫學圖像的分割效果,模型檢測顱內動脈瘤的敏感性達到97.3%。每個病例處理時間僅為17.6秒。在獨立內部驗證數據中其敏感性為94.4%,在外部數據集中敏感性也達到84.6%。
不同位置的動脈瘤被正確分割的示意圖。
第一列原始去骨圖像,
第二列是醫生標註結果,
第三列是算法分割結果。同時,該模型對於圖像質量的影響具有較高的容忍度。在和6名不同年資放射科醫生及2名高年資神經外科醫生的診斷對比實驗中,該模型顯示出了更高的診斷敏感性(敏感性平均提高12.8%)和更快的診斷速度(耗時平均減少7.5秒)。在CTA的另一常用臨床場景——急性缺血性腦卒中患者的驗證中,該模型也展示了卓越的篩查能力,由該模型診斷的動脈瘤陰性患者的準確性高達99.0%。
人機對比結果,算法在敏感性和召回等指標上要優於放射科醫師和神經外科醫生No.2學術觀點
東部戰區總醫院全軍醫學影像中心主任盧光明教授指出:「本研究針對顱內動脈瘤的CTA檢測問題設計了合適、新穎的基於深度學習的檢測模型,並且通過不同的臨床場景進行了全面綜合的驗證,結果均顯示了模型優越的效能,為顱內動脈瘤的精確檢測、廣泛篩查、進而優化臨床管理提供了有力的幫助。」
東部戰區總醫院放射診斷科張龍江教授指出:「本研究的最大亮點在於採用了大隊列腦血管造影金標準證實的CT血管成像數據進行模型訓練,並在不同的數據集和臨床場景下進行驗證,證實了該算法的臨床應用價值,克服了以往顱內動脈瘤智能化影像檢測研究的諸多不足,有很大的臨床轉化應用潛力。」
算法負責人深睿醫療聯合創始人/首席科學家俞益洲指出:「近幾年,基於人工智慧的醫學影像分析類醫療AI產品取得不俗的臨床效果。此項基於人工智慧技術的顱內動脈瘤自動分割與檢測的研究對於降低這種高危腦血管疾病的死亡率,提升倖存者生活質量具有重要意義。」
深睿醫療聯合創始人兼CTO李一鳴指出:「深睿醫療遵循以臨床先驗知識為指導,重視臨床實踐,促進研究成果快速地為臨床服務。通過海量專家標註數據訓練和測試, 這些最新科研成果將全面提升深睿醫療AI輔助診斷產品的臨床應用效果。」
No.3臨床轉化將這些優質的科研成果向臨床應用層面轉化,從而實現對現有疾病的診療的手段與流程的優化,體現科研真正的價值。深睿醫療頭頸CTA輔助診斷系統已經將顱內動脈瘤自動化分割與檢測方向科研成果應用其中,在對頭頸血管進行自動重建的同時,會對血管內斑塊進行自動檢出,並判斷狹窄程度。同時針對不同類型的顱內動脈瘤,對於不同位置的動脈瘤,在檢出動脈瘤的同時會給出明確的腫瘤定位。綜合上述參數為醫生提供精準量化的動脈瘤評估參數,同時結合人工智慧技術,會給出動脈瘤的破裂風險預測,為後續臨床治療以及隨訪策略提供多維度的參考。
深睿醫療頭頸CTA輔助診斷系統
該研究在較大程度上解決了顱內動脈瘤的自動化檢測問題,優化動脈瘤檢測流程,對患者及時處理和預後將產生積極的影響,對於頭頸血管疾病的早期診斷具有重要的臨床意義。