《苏州医工所高欣与复旦大学强金伟合作提出基于影像的卵巢癌亚型术前精准无创鉴别方法》

  • 来源专题:生物安全知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: hujm
  • 发布时间:2020-08-15
  • 卵巢癌是来源于卵巢上皮的一种恶性肿瘤,致死率居妇科癌症首位。根据发病机制和组织起源,可分为I型和II型卵巢癌,I型卵巢癌生长缓慢,就诊时多属早期,预后较好;而II型卵巢癌通常侵袭性生长,进展迅速,诊断时多属晚期,预后较差。术前无创精准鉴别二者对未来治疗方案的选择及卵巢癌患者预后的改善意义重大。

      由于I型和II型卵巢癌形态学复杂,其临床特征具有较高相似性,仅凭临床医生肉眼鉴别主观性强,诊断精度低。近些年来,基于量化图像分析和人工智能技术的影像组学发展迅速,它能够很好地建立肿瘤影像与肿瘤组织病理之间的联系,广泛应用于肿瘤术前无创评估,这为I型和II型卵巢癌术前精准无创鉴别提供了一种新思路。

      近日,中国科学院苏州生物医学工程技术研究所高欣团队与复旦大学附属金山医院强金伟团队合作,联合华东、华南、华北等八家三甲医院,首次开展基于MRI影像组学的卵巢癌多中心大样本研究,建立了可在术前对I型和II型卵巢癌进行无创鉴别的机器学习模型,同时在影像组学中首次使用可视化技术来对重点区域进行标识。该研究共入组294例卵巢癌患者(包括I型患者143例,II型患者151例),收集患者多参数MRI影像数据(包括T2WI-FS、DWI、ADC、CE-TIWI四个影像序列),研究团队从患者肿瘤区域提取高通量影像特征,通过影像组学方法筛选特征并构建模型。研究结果显示,所构建的影像组学模型能够有效鉴别I型和II型卵巢癌,平均准确度达到83%(图1)。

      鉴于CE-T1WI扫描需要注射造影剂,而部分患者对造影剂过敏,我们仅使用T2WI-FS、DWI和ADC三个序列构建了一个轻量模型,所构建的轻量模型平均准确度也达到了81%,诊断性能无显著下降,这提示临床检查中非必要情况下,患者无需进行CE-T1WI扫描。此外,可视化结果表明,鉴别 I型和II型卵巢癌患者的重点区域位于组织疏松区或实性与囊性的交界区域(图2),该发现有望辅助术中冰冻病理切片的定位,从而减少采样误差。该成果是在前期卵巢肿瘤良恶性鉴别工作的基础上近一步实现了卵巢恶性肿瘤的亚型区分,极大地推动了卵巢肿瘤全自动诊断进程。

      该研究受国家自然科学基金委等机构资助,相关成果发表于放射学权威期刊European Radiology (DOI: 10.1007/s00330-020-07091-2),其中简俊明与李勇爱是并列第一作者。

      论文标题:MR image-based radiomics to differentiate type Ι and type ΙΙ epithelial ovarian cancers

  • 原文来源:https://link.springer.com/article/10.1007/s00330-020-07091-2 ;http://www.sibet.ac.cn/xwdt/kyjz/202008/t20200814_5654740.html
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    • 卵巢癌(Ovarian Cancer)是女性生殖系统最常见的恶性肿瘤之一,致死率高居妇科恶性肿瘤第一位。上皮性卵巢癌(Epithelial Ovarian Cancer,EOC),也即恶性上皮性卵巢肿瘤,是卵巢癌最主要的最主要类型,占比约为90%,其预后较差,五年生存率仅为35%。此外,还有一种属于低度恶性的交界性上皮性卵巢肿瘤(Borderline Epithelial Ovarian Tumors,BEOT),则具有较好的预后,五年生存率可达92%。二者治疗方式差异巨大,EOC患者通常需要进行全面分期手术或肿瘤细胞减灭术,切除患者全子宫及双附件;而BEOT患者通常可进行保留生育力的手术,保留子宫以及至少一部分卵巢。细针穿刺细胞学检查常用于术前肿瘤状态评估,但该方法是一种有创检查手段,可能会导致囊肿破裂,引发肿瘤细胞腹腔种植,致肿瘤扩散。因此,术前无创准确地区分二者,可为治疗方案的制定提供安全可靠的依据,避免治疗不足或过度治疗,有效提升患者预后。   多参数核磁共振成像广泛应用于EOC与BEOT的术前无创鉴别诊断,但临床上主要依赖放射科医生的肉眼判断,主观性较大、耗时长且准确率不高(平均准确率74%-89%)。团队前期开发了一种基于影像组学的诊断方法(Journal of Magnetic Resonance Imaging,DOI: 10.1002/jmri.27084),取得了91.7%的平均准确率,但该方法依赖于人工勾画病灶靶区,无法完全克服主观、耗时等问题,临床应用受限。为此,中国科学院苏州医工所简俊明博士借助人工智能技术,提出一种基于多示例卷积神经网络的全自动诊断方法(见图1),分别构建了将T2WI,ADC及T1WI序列分别作为图像的红、绿、蓝通道进行融合的图像级多参数(EMP)模型;和使用线性回归模型将T2WI,ADC及T1WI序列各自的预测结果进行整合的决策级多参数(LMP)模型。同时,团队还将EMP和LMP模型的诊断性能与六位影像科医生组成的专家团队(从业时间介于2-13年)进行了对比。研究结果显示,EMP模型与LMP模型都具有优秀的鉴别诊断能力,且后者准确率(88.4%)略高于前者(85.5%)(见图2)。此外,相比于六位影像科医生的平均水平(准确率79.7%),团队构建的EMP和LMP模型都具有明显优势(见图3)。   该研究的价值在于探索并验证了在不进行肿瘤区域勾画的情况下,人工智能技术在EOC与BEOT鉴别诊断上的价值。作为前期基于影像组学鉴别EOC与BEOT工作的延伸,虽然本研究中提出的模型诊断精度略有下降,但其摆脱了对病灶靶区精细勾画的依赖,客观性及稳定性更强,应用推广价值更高。借助该模型,放射科医生仅需确定肿瘤区域的最上和最下层面位置,便可实现全自动分类模型构建及预测。   该研究受广东省重点研究发计划等项目资助,相关成果发表于Journal of Magnetic Resonance Imaging (DOI: 10.1002/jmri.28008)。   论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/jmri.28008
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    • 卵巢癌是一种常见的妇科恶性肿瘤,其发病率居妇科恶性肿瘤第二位,病死率居首位。其中,上皮性卵巢癌(epithelial ovarian cancer, EOC)占比高达90-95%。目前EOC的治疗主要包括肿瘤细胞减灭术和辅助静脉化疗。术前肿瘤评估对于制定治疗计划和改善患者预后至关重要。识别和描绘肿瘤区域(EOC分割)是肿瘤评估的先决条件,这也有助于简化后续的疗效评估。然而在临床实践中,EOC分割通常由临床医生手动或使用半自动方法逐层逐像素进行,该过程费时费力。随着医学图像数据的急速增加,临床对EOC全自动分割方法的需求愈发迫切。   近年来,人工智能在医学图像分割领域已经得到了广泛应用,但目前尚未有EOC分割方面的相关研究发表。为此,苏州医工所高欣团队评估了深度学习在EOC分割上的可行性。该研究共纳入包括复旦大学附属金山医院在内的八家医院共339例EOC患者的磁共振(MR)影像,选取5种评价指标,对不同模型的分割性能进行评估。此外,团队进一步分析了肿瘤分期和组织学类型对于模型分割性能的影响。   研究结果表明,U-Net++模型在内外部测试集上均取得最优分割结果(如表1和表2所示,内部测试集上Dice相似性系数大于0.85,外部测试集上Dice相似性系数达到0.74),展现了模型优越的精度和泛化性。此外,模型在晚期肿瘤和浆液性肿瘤上的分割精度相对较低,证明不同肿瘤分期和组织学类型对于模型的分割性能具有一定影响。 该研究的价值在于探索并验证了人工智能技术在EOC全自动分割方面的应用潜力。通过与团队前期提出的上皮性卵巢肿瘤诊断分类方法(Journal of Magnetic Resonance Imaging, 2020,52:897–904)以及EOC诊断分类方法(European Radiology, 2021, 31(1): 403-410)进行整合,有望实现端到端的全自动EOC诊断流程,提升临床医生工作效率。   该研究受国家自然科学基金委员会等机构资助,相关成果发表于放射学领域期刊Quantitative Imaging in Medicine and Surgery(IF = 4.630),博士生胡定都为第一作者。   论文链接:https://doi.org/10.21037/qims-22-494