تم تحديد 31 حالة تشخيص خاطئ من بين 20 ألف حالة. أخذت أكاديمية علي بابا دامو زمام المبادرة في إطلاق "التصوير المقطعي المحوسب البسيط + النموذج الكبير" لفحص سرطان البنكرياس

على الرغم من أن الطب يتطور بوتيرة سريعة، إلا أن الناس لا يزالون يشعرون بالخوف عندما يتحدثون عن كلمة "سرطان". ومن بين هذه الأمراض، يعد سرطان البنكرياس صعب العلاج بشكل خاص بسبب ظهوره الخفي ومدة بقائه على قيد الحياة قصيرة. لم يتمكن وو زونيو، كبير علماء الأوبئة في المركز الصيني لمكافحة الأمراض والوقاية منها، وستيف جوبز، مؤسس شركة أبل، من الهروب من "براثن" سرطان البنكرياس. ومن بينها، يعد سرطان القناة البنكرياسية (PDAC)، الذي يشكل 95% من حالات سرطان البنكرياس، أحد أكثر أنواع السرطان فتكًا بين جميع الأورام الصلبة، ويُعرف باسم "ملك السرطان". وفقًا لبيانات عام 2020، يتسبب سرطان البنكرياس في وفاة ما يقرب من 466000 شخص سنويًا.

أشارت منظمة الصحة العالمية إلى أن ثلث حالات السرطان يمكن علاجها من خلال الكشف المبكر. ومع ذلك، هناك عدد قليل من العلامات الواضحة لسرطان البنكرياس في المراحل المبكرة، حيث يختبئ البنكرياس في أعماق الجسم. إن اختبارات التصوير الأساسية مثل الموجات فوق الصوتية في البطن والتصوير المقطعي المحوسب العادي تجعل من الصعب تحديد الآفات المبكرة بسبب انخفاض تباين الصورة. إن التصوير المقطعي المحوسب المعزز وغيره من تشخيصات التصوير ليست مناسبة للفحص المبكر على نطاق واسع لسرطان البنكرياس لأنها تتطلب حقن مواد التباين، ولها دورات فحص طويلة، وهي مكلفة.

وفيما يتعلق بالفحص المبكر والعلاج المبكر لسرطان البنكرياس،طورت أكاديمية علي بابا دامو نظام الكشف عن سرطان البنكرياس باستخدام الذكاء الاصطناعي (PANDA) استنادًا إلى التعلم العميق بالتعاون مع مؤسسات طبية محلية وأجنبية مثل معهد شنغهاي لأمراض البنكرياس، والمستشفى التابع الأول لكلية الطب بجامعة تشجيانغ، ومستشفى شينغجينج التابع لجامعة الصين الطبية.، من خلال "المسح العادي بالأشعة المقطعية + الذكاء الاصطناعي" لإجراء فحص مبكر واسع النطاق لسرطان البنكرياس. وقد نشرت نتائج البحث في مجلة Nature Medicine.

عنوان الورقة

https://www.nature.com/articles/s41591-023-02640-w

مجموعة البيانات: تحتوي على 5 مجموعات من المرضى

تحتوي مجموعة البيانات لهذه الدراسة على 5 مجموعات من المرضى:

* طوابير مجموعات البيانات التدريبية الداخلية لبناء نماذج الذكاء الاصطناعي؛

* قائمة اختبار داخلية لتقييم أداء النموذج؛

*مجموعة اختبار متعددة المراكز الخارجية لتقييم قابلية تعميم النموذج؛

* مجموعة اختبار التصوير المقطعي المحوسب بدون تباين للصدر، تستخدم لتقييم التعميم على فحوصات التصوير المقطعي المحوسب للصدر؛

*مجموعة التقييم السريري الفعلية، المستخدمة لتقييم قضايا الترجمة السريرية.

ومن بينها، في مجموعة التدريب الداخلية، تم تدريب PANDA على مجموعة تدريبية من عمليات مسح مقطعي محوسب بسيط للبطن من 3208 مريضًا تم قبولهم في معهد شنغهاي لأمراض البنكرياس (SIPD) بين يناير 2015 وأكتوبر 2020، مع تأكيد المتابعة لمدة عامين من قبل الباحثين.

هندسة النموذج: المحول لتحديد أنواع الآفات 

يتكون PANDA (الكشف عن سرطان البنكرياس باستخدام الذكاء الاصطناعي) من ثلاث مراحل شبكية متتالية، مع زيادة تعقيد النموذج وصعوبة المهمة تدريجيًا. أولاً، يتم إنشاء شبكة تقسيم (nnU-Net) لتحديد موقع البنكرياس، ثم يتم استخدام الشبكة العصبية التلافيفية (CNN) للكشف عن الآفات غير الطبيعية، وأخيراً يتم استخدام محول ثنائي القناة لتصنيف وتحديد نوع الآفات البنكرياسية.

في المرحلة الأولى (الشكل أ)، نظرًا لأن آفات البنكرياس تظهر فقط كمنطقة صغيرة في عمليات التصوير المقطعي المحوسب، فإن تحديد موقع البنكرياس يمكن أن يسرع عملية اكتشاف الآفة ويزيل المعلومات التي لا تتعلق بالتدريب المهني في منطقة البنكرياس. في هذا الصدد،استخدم الباحثون nnU-Net، وهو إطار عمل لتجزئة الصور الطبية، لتجزئة البنكرياس بأكمله من فحص التصوير المقطعي المحوسب غير التبايني.

المرحلة الثانية (الشكل ب) مخصصة بشكل أساسي لاكتشاف الآفة.قام الباحثون باستخراج ميزات متعددة المستويات من شبكة التجزئة وبناء شبكة عصبية ملتوية ورأس تصنيف للتمييز بين التغيرات الدقيقة في الملمس في آفات البنكرياس في التصوير المقطعي المحوسب البسيط.وفي الوقت نفسه، قام الباحثون بتعديل نموذج المرحلة الثانية بحيث وصلت خصوصيته لاكتشاف الآفة إلى 99% في التحقق المتبادل لمجموعة التدريب، مما أدى إلى تقليل التنبؤات الإيجابية الكاذبة.

المرحلة الثالثة (الشكل ج) تتعلق بشكل أساسي بالتشخيص التفريقي لآفات البنكرياس.إذا تم اكتشاف أي خلل في المرحلة الثانية، يتم دمج محول ذاكرة مساعد للترميز التلقائي للنماذج الأولية المميزة لآفات البنكرياس، مثل الملمس المحلي والموقع وشكل البنكرياس، للحصول على تصنيف أكثر دقة.

التحقق التجريبي: يعمل النموذج بشكل أفضل قليلاً من قراء الأفلام المحترفين

الاختبار الداخلي

وفي تقييم الاختبار الداخلي، اختار فريق البحث 291 مريضًا من معهد شنغهاي لأمراض البنكرياس للكشف عن الآفات. كان هناك 108 مريض مصاب بسرطان القناة البنكرياسية الغدي، و67 مريض مصاب بسرطان القناة البنكرياسي الغدي غير، و116 من الضوابط الطبيعية.

كانت المساحة تحت منحنى خاصية التشغيل المستقبل (منحنى ROC) لـ PANDA (AUC) 0.996 (فاصل الثقة 95% 0.991-1.00)، وكانت الحساسية 94.9%، وكانت الخصوصية 100%. بالنسبة للأنواع الفرعية الشائعة من سرطان القناة البنكرياسية، كان لدى PANDA حساسية 97.2% وخصوصية 97.3%. بالنسبة لـ PDAC الأصغر (القطر <2 سم)، وصلت حساسية الكشف إلى 85.7%.

الاختبار الخارجي

وفي تقييم الاختبار الخارجي متعدد المراكز، اختار الباحثون 5337 مريضًا من 9 مراكز في الصين القارية وتايوان وجمهورية التشيك. ومن بينهم، تم تضمين 2737 مريضًا مصابًا بسرطان القناة البنكرياسية الغدي، و932 مريضًا مصابًا بسرطان القناة البنكرياسي الغدي غير، و1668 من الضوابط الطبيعية.

وأظهرت النتائج أنه بالنسبة لآفات البنكرياس، كانت قيمة AUC لـ PANDA 0.984، وكانت الحساسية 93.3%، وكانت الخصوصية 98.8%؛ بالنسبة للمجموعة الفرعية PDAC، كان معدل الكشف الإجمالي 96.5%. بالنسبة لسرطان القناة الصفراوية المزمن مع آفات أصغر (القطر <2 سم، T1)، كانت الحساسية 92.2%. وبشكل عام، وصلت حساسية تشخيص سرطان القناة الصفراوية البنكرياسية إلى 90.1%، وبلغت الخصوصية 95.7%.

اختبار التصوير المقطعي المحوسب للصدر

بالإضافة إلى ذلك، قام الباحثون أيضًا بالتحقق من جدوى استخدام PANDA للكشف عن آفات البنكرياس في التصوير المقطعي المحوسب للصدر. قام الباحثون بجمع صور الأشعة المقطعية للصدر بدون تباين لـ 492 مريضًا من معهد شنغهاي لأمراض البنكرياس، بما في ذلك 63 مريضًا مصابًا بسرطان القناة البنكرياسية، و51 مريضًا مصابًا بسرطان القناة البنكرياسية غير البنكرياسي، و378 من الضوابط الطبيعية كمجموعة اختبار مستقلة عن بيانات التدريب.

وبدون تعديل أي فحوصات مقطعية للصدر، كان لدى PANDA حساسية تبلغ 86.0% وخصوصية تبلغ 98.9% للكشف عن الآفة. ومن الجدير بالذكر أنه وفقًا لبروتوكول التصوير المقطعي المحوسب للصدر التفصيلي، لا يمكن مسح بعض آفات البنكرياس بشكل كامل. قام الباحثون بتحليل اكتمال مسح الآفة على التصوير المقطعي المحوسب للصدر من خلال الإشارة إلى موقع الآفة في عمليات مسح التصوير المقطعي المحوسب للبطن المعزز بالتباين ووجدوا أن 67% من المرضى المصابين بسرطان القناة البنكرياسية و 43% من المرضى المصابين بسرطان القناة البنكرياسية غير تم مسحهم بشكل غير كامل. ومن بين المرضى الذين لم يتم التقاط آفات البنكرياس لديهم بواسطة مجال رؤية التصوير المقطعي المحوسب، تم اكتشاف 75% من حالات سرطان القناة البنكرياسية بنجاح بواسطة PANDA.

اختبار التطبيق السريري

بالإضافة إلى ذلك، أجرى فريق البحث جولتين من تقييمات التطبيقات السريرية للتحقق بشكل أكبر من قابلية استخدام PANDA في السيناريوهات الفعلية.

تم اختيار ما مجموعه 16420 مريضًا في الجولة الأولى لتقييم آثار PANDA من حيث الأداء السريري الفعلي، والتغييرات في سيناريوهات التشخيص التمريضي، وفوائد المرضى.

وأظهرت النتائج أنه في الكشف عن الآفة، كانت الحساسية الكلية لـ PANDA 84.6% وكانت الخصوصية 99.5%؛ في التعرف على سرطان القناة البنكرياسية، كانت الحساسية الكلية لـ PANDA 95.5% وكانت الخصوصية 99.9%. بالإضافة إلى ذلك، في السيناريوهات الأربعة للفحص البدني، والطوارئ، والعيادات الخارجية، والاستشفاء، يتمتع PANDA بأعلى حساسية للكشف عن الآفات لدى المرضى في المستشفى، والتي تبلغ 88.6%، كما يتمتع PANDA بأعلى خصوصية للكشف عن الآفات لدى مرضى الفحص البدني، والتي تبلغ 99.8%.

قبل الجولة الثانية من الاختبار والتقييم، قام الباحثون بتحسين النموذج لتقليل الإيجابيات الكاذبة وتوسيع أنواع الأمراض التي لم تتم ملاحظتها من قبل. ومن خلال استخراج الأمثلة الصعبة والتعلم التدريجي، قام الباحثون بترقية PANDA إلى PANDA-plus وأجروا جولة ثانية من أبحاث التطبيقات السريرية.

وقد تم تضمين ما مجموعه 4110 مريضًا في هذه الجولة من التقييم.وقد نجح PANDA-plus في خفض معدل النتائج الإيجابية الكاذبة بأكثر من 80.% مقارنة بـ PANDA، ووصلت خصوصية الكشف عن آفات البنكرياس وسرطان القناة البنكرياسية إلى 99.9%. وفي الوقت نفسه، وصلت حساسية PANDA-plus للكشف عن التهاب البنكرياس الحاد إلى 90.0%.

والأهم من ذلك،وفي دراسة سريرية واقعية شملت 20.530 مريضًا، اكتشف برنامج PANDA خمسة أنواع من السرطان و26 حالة لم يتم تشخيصها سريريًا، كما قدم علاجًا علاجيًا لمريض واحد مصاب بورم الغدد الصماء العصبية في البنكرياس.

بالإضافة إلى ذلك، تعاون فريق البحث أيضًا مع خبراء تصوير البنكرياس، وأخصائيي الأشعة العامة، وأطباء الأشعة المقيمين لإجراء مقارنات فعلية لقراءة الأفلام. قام خمسة عشر خبيراً في تصوير البنكرياس بتفسير عمليات مسح التصوير المقطعي المحوسب المعزز متعدد المراحل لنفس 291 مريضاً، وكان أداء PANDA أفضل قليلاً في عمليات مسح التصوير المقطعي المحوسب غير المعزز مقارنة بالأداء المتوسط للقراء الخبراء الذين يستخدمون عمليات مسح التصوير المقطعي المحوسب المعزز.

المشهد الطبي للذكاء الاصطناعي في أكاديمية DAMO

وفي مقابلة مع وسائل الإعلام، قال لو لي، رئيس فريق الذكاء الاصطناعي الطبي في أكاديمية DAMO وزميل معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات: "إن أعظم ابتكاراتنا هو أننا أثبتنا لأول مرة جدوى استخدام الذكاء الاصطناعي لفحص سرطان البنكرياس على عمليات مسح التصوير المقطعي المحوسب العادي، وحققنا أداءً عاليًا كان يُعتقد سابقًا أنه غير قابل للتحقيق".

وعلاوة على ذلك، يعتقد الدكتور كاو كاي، المؤلف المشارك الأول للدراسة من معهد شنغهاي لأمراض البنكرياس، أن "مشروع باندا سوف يوسع فهم الصناعة لفحص سرطان البنكرياس ويعزز تطوير العلاج السريري". قال الدكتور تانغ وي، وهو مؤلف مشارك أول من قسم التشخيص الإشعاعي بمستشفى جامعة فودان للسرطان، "يقترح برنامج PANDA طريقة محتملة واسعة النطاق لفحص سرطان البنكرياس تعمل على تحسين معدل الكشف دون التسبب في إشعاع إضافي وأعباء مالية على المرضى".

وبحسب البيانات التي نشرها الموقع الرسمي لأكاديمية DAMO، تم استدعاء PANDA أكثر من 500 ألف مرة في المستشفيات والفحوصات البدنية وغيرها من السيناريوهات، مع وجود نتيجة إيجابية خاطئة واحدة فقط لكل 1000 مرة.

ليس هناك شك في أن هذا يمثل ضربة قوية لسرطان البنكرياس الذي أطلقه الجمع بين الذكاء الاصطناعي والبيانات الطبية، مما يجعل الفحص المبكر والعلاج ممكنًا. وهذا هو بالضبط القصد الأصلي للذكاء الاصطناعي الطبي. يجب على القراء الذين هم على دراية بأكاديمية DAMO أن يعرفوا أن فريق الذكاء الاصطناعي الطبي الخاص بها ملتزم منذ فترة طويلة بأبحاث تكامل الذكاء الاصطناعي والتصوير الطبي. يُذكر أن فريق الذكاء الاصطناعي الطبي التابع لأكاديمية DAMO يركز على ثلاثة اتجاهات رئيسية: التشخيص الدقيق للسرطان وعلاجه، والتشخيص الدقيق للأمراض المزمنة وعلاجها، والفحص المسبق للأمراض العصبية التنكسية.

بالإضافة إلى الباندا،في أغسطس من هذا العام، اقترحت أكاديمية DAMO، بالتعاون مع مركز السرطان بجامعة صن يات صن، ومستشفى سيتشوان للسرطان، والمستشفى التابع الأول لجامعة تشجيانغ، ومستشفى شينغجينج، ومستشفى الشعب الإقليمي في قوانغدونغ ومؤسسات أخرى، نموذجًا موحدًا لتحليل التصوير المتعدد للسرطان (cancerUniT).استنادًا إلى التجزئة الدلالية لمحول القناع، فإنه يحل المشكلة التي كانت في السابق صعبة في الكشف عن صور الأورام المتعددة وتقسيمها وتشخيصها بشكل موحد. ينطبق على 8 أنواع رئيسية من السرطان عالية الانتشار وعالية الخطورة (سرطان الرئة، سرطان القولون والمستقيم، سرطان الكبد، سرطان المعدة، سرطان الثدي، سرطان المريء، سرطان البنكرياس، سرطان الكلى) بالإضافة إلى الأنواع الفرعية للأورام في الأعضاء ذات الصلة.

في السابق، من بين 100 براءة اختراع في مجال الذكاء الاصطناعي التي أتاحتها أكاديمية DAMO مجانًا، كانت هناك ثلاث براءة اختراع مخصصة لعلاج السرطان بدقة، والتي تم تطبيقها على "العلاج الإشعاعي الموجه بالصور"، و"قياس كمية الآفات الطولية"، و"التجزئة القائمة على الأطلس والتشخيص بمساعدة الكمبيوتر بالاندماج المتعدد الوسائط".

أيضًا،في أكتوبر 2022، اقترحت أكاديمية DAMO أيضًا بشكل مشترك نموذج التجزئة الهرمي للأعضاء المعرضة للخطر (SOARS) مع المستشفى التابع الأول لكلية الطب بجامعة تشجيانغ.يقوم نظام الخوارزمية الآلي والفعال SOARS ببناء إطار تعليمي عميق هرمي ثنائي الأبعاد لتحقيق تقسيم دقيق لـ 42 OARs في الرأس والرقبة.

يشار إلى أن فريق الذكاء الاصطناعي الطبي التابع لأكاديمية DAMO يعمل مع عدد من المؤسسات الطبية المرموقة حول العالم لاستخدام تقنية الذكاء الاصطناعي لاستكشاف طرق جديدة منخفضة التكلفة وفعالة لفحص أنواع متعددة من السرطان. ومن المتوقع أيضًا أن تتمكن من جلب المزيد من "التكنولوجيا السوداء" للذكاء الاصطناعي إلى المجال الطبي.

مراجع:1.https://mp.weixin.qq.com/s/WhWnkkAFJjAkqGlMTDEx9w2.https://mp.weixin.qq.com/s/wkNutLLWNHkZByY0QV90pg3.https://mp.weixin.qq.com/s/_qhIW3OB3qnjs83izKvWBg