【摘要】：背景:皮膚黑素瘤是起源于黑色素細(xì)胞的最常見惡性腫瘤之一,在中國人群中發(fā)病率呈現(xiàn)出持續(xù)增長的趨勢。黑素瘤的早期準(zhǔn)確診斷對指導(dǎo)臨床治療及預(yù)后有著其重要的意義。這一過程需要有豐富經(jīng)驗(yàn)的病理醫(yī)生,很耗時而且容易出錯。然而內(nèi)病理醫(yī)生缺口很大,培養(yǎng)一位經(jīng)驗(yàn)豐富的病理醫(yī)生周期又很長,導(dǎo)致對黑素細(xì)胞源良惡性腫瘤的快速、準(zhǔn)確診斷往往無法實(shí)現(xiàn)。隨著深度學(xué)習(xí)算法在圖像分類以及像識別領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。將深度學(xué)習(xí)應(yīng)用于全視野數(shù)字化病理切片圖像(who slide pathological images,WSIs)可以提高診斷的準(zhǔn)確性和工作效率。目的:評價深度學(xué)習(xí)算法鑒別黑素細(xì)胞來源良惡性腫瘤WSI圖像的能力。方法:收集三個皮膚病理中心753例黑素細(xì)胞來源腫瘤(114例黑素瘤,639色素痣)。3位皮膚病理醫(yī)生(≥20年皮膚病理診斷經(jīng)驗(yàn))分別獨(dú)立根據(jù)黑素細(xì)胞來腫瘤病理學(xué)評估和治療分級標(biāo)準(zhǔn)(MPATH-Dx)把753個病例分成5類,對分類不全一致病例,根據(jù)Modified Delphi法達(dá)成共識。MPATH-Dx1至2類歸類為色素痣MPATH-Dx 3至5類歸類為黑素瘤。采用隨機(jī)分層抽樣的方法把753例黑素細(xì)胞源腫瘤分為訓(xùn)練集(649張WSI圖像,其中85例黑素瘤,564例色素痣)和測試:(104張WSI圖像,其中29例黑素瘤,75例色素痣)。深度學(xué)習(xí)算法采用DenseNetl架構(gòu),在ImageNet數(shù)據(jù)集進(jìn)行模型預(yù)訓(xùn)練,并使用訓(xùn)練集649張WSI圖像進(jìn)行模微調(diào)�；谏疃葘W(xué)習(xí)算法的識別模型在測試集104張WSI圖像驗(yàn)證對黑素瘤及色:痣的分類能力,同時與7名病理醫(yī)生的診斷水平做比較。結(jié)果:7名病理醫(yī)生在沒有臨床資料的條件下獨(dú)立對測試集中104張WSI圖像行分類。7名病理醫(yī)生對黑素細(xì)胞來源良惡性腫瘤分類的平均敏感性(sensitivity)特異性(specificity)分別為 85.2%(±3.8%)和 95.6%(±1.5%)。轉(zhuǎn)化為平均 AUC(are under the receiver operating characteristic curve)為 0.90(±0.22)。在同一敏感性](85.2%),基于深度學(xué)習(xí)算法的識別模型的特異性和7位病理醫(yī)生的平均特異性沒有明顯差異(96.0%vs.95.6%,P=0.52);在同一特異性下(95.6%),基于深度學(xué)習(xí)算法的識別模型的敏感性要高于7位醫(yī)生的平均敏感性(93.1%vs.85.2%,P0.01);而且基于深度學(xué)習(xí)算法的識別模型AUC(0.97)要大于7位病理醫(yī)生的平均AUC(0.97 vs.0.90,P0.01)。我們還通過深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)在WSI圖像中識別的黑素瘤區(qū)域,提供了更透明和可解釋的診斷(深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)輸出的黑素瘤預(yù)測概率熱圖)。同時,深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測的黑素瘤區(qū)域與醫(yī)生手工標(biāo)注的黑素瘤區(qū)域Jaccard相似系數(shù)為77.78%,意味著該系統(tǒng)能夠正確識別WSI圖像中大部分黑素瘤區(qū)域。結(jié)論:基于深度學(xué)習(xí)算法的識別模型可以作為一種輔助診斷工具提高黑素細(xì)胞來源腫瘤WSI圖像中黑素瘤的檢出概率,但是這種方法的臨床實(shí)用性還需要前瞻性的研究進(jìn)行評估。
【圖文】：

圖ｉ．人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)的關(guān)系逡逑深度學(xué)習(xí)（ＤｅｅｐＬｅａｍｉｎｇ）是機(jī)器學(xué)習(xí)研宄中一個新的領(lǐng)域（圖１），，是機(jī)器學(xué)習(xí)逡逑中一種基于對數(shù)據(jù)進(jìn)行表征學(xué)習(xí)的方法。２０１４年深度學(xué)習(xí)算法在ＩｍａｇｅＮｅｔ上強(qiáng)勢崛逡逑起，大幅度刷新各類經(jīng)典機(jī)器學(xué)習(xí)算法的表現(xiàn)，至此深度學(xué)習(xí)從機(jī)器學(xué)習(xí)中獨(dú)立出來，逡逑變成一個更細(xì)分的子集，成為如今最有效的實(shí)現(xiàn)弱人工智能算法的最強(qiáng)大算法。逡逑深度學(xué)習(xí)的發(fā)展與大腦認(rèn)知原理的研宄密切相關(guān)，尤其是視覺原理的研宄。Ｄａｖｉｄ逡逑Ｈｕｂｅｉ等人于１９８１年因發(fā)現(xiàn)了視覺皮層對視覺信息的分級處理而獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)逡逑獎２３，２４�？茖W(xué)家研宄發(fā)現(xiàn)，人類的視覺系統(tǒng)是通過瞳孔獲取外部世界的圖像信號，接逡逑著將光信號通過視網(wǎng)膜轉(zhuǎn)化為電信號傳遞到大腦皮層，由大腦各個神經(jīng)元處理這些信逡逑號，不同的神經(jīng)元負(fù)責(zé)處理不同的信號，比如有的負(fù)責(zé)處理色彩信息，有的負(fù)責(zé)處理逡逑形狀邊緣信息等，再通過神經(jīng)元的復(fù)雜連接，激活和傳遞將這些信號整合傳遞到最高逡逑中樞神經(jīng)系統(tǒng)來使人能獲得感知外部世界的能力（圖２）。深度學(xué)習(xí)就是通過模仿人逡逑處理，連的經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，

ｈｔｔｐｓ：／／ｇｉｔｈｕｂ．ｃｏｍ／ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｐａｔｈｏｌｏｇｙｇｒｏｕｐ／ＡＳＡＰ）。標(biāo)注系統(tǒng)分為兩層：首先由一逡逑位皮膚科病理醫(yī)生對ＷＳＩ圖像上的重度不典型增生和黑素瘤區(qū)域（熱點(diǎn)區(qū)域）進(jìn)行手逡逑工標(biāo)注，標(biāo)注環(huán)境如圖３所示。然后由另外一位高年資皮膚科病理醫(yī)生對上述標(biāo)注的逡逑熱點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行核對和校正，從而保證標(biāo)注數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。訓(xùn)練集和測試集中所有色素逡逑痣（ＭＰＡＴＨ－Ｄｘｌ？２）邋ＷＳＩ圖像均不進(jìn)行標(biāo)注，默認(rèn)色素痣ＷＳＩ圖像中所有成分均為逡逑良性。上述所有ＷＳＩ圖像均進(jìn)行質(zhì)量控制，對質(zhì)量不合格的病例重新制片并掃描生成逡逑新的ＷＳＩ圖像。逡逑＼邋ＡＳＡＲ－邋ｔＵ８９－１．ｔｉ（邐－邐□邋Ｘ逡逑Ｈ？＜ｐ逡逑？邋□邋＋邋Ａ邋’？毛各合今＃逡逑Ｃｏｌｏｒ邋Ｎａｍｅ邐Ｔｙｐ＊邐Ｐｒｏｐｅｒｔｙ邋Ａ邋矣逡逑Ａｒｍｏｔｃｌｉｏｎ邋０邋Ｓｐｌｉｎ＊逡逑Ａｎｎｏｔａｔｉｏｎ邋１邋Ｓｐｔｉｎ＊逡逑ＡｉｍｏｔＭｉ0ｎ２邋Ｓｐｉｉｎ＊逡逑ＡｍｏＵｂｍＯ邋Ｓｐｌｉｎ＊邐ｐ逡逑Ａｍｏ？Ｍｉｏｎ４邋Ｓｐｆｉｎ＊邐；逡逑Ａｎｎｏｔａｌｉｏｆｉ邋５邋ＳｐＣｎ？逡逑＼￣Ｊｗ邐＇ＷＷ邋？－邐－邐ＳＢ－ｓ逡逑，？－邐—ｉ邐丨１、逡逑＜邐邐邐邐ｍｎ邐也制邐丨逡逑％邋ＡＳＡＰ邋－邐一邋□邋Ｘ逡逑ＫＷ邋Ｖ＞＊ｗ邋Ｈ？（ｐ逡逑0？□邋＋邋？毛各合令＃逡逑Ｃｏｌｏｒ邋Ｎａｍ？邐Ｔｙｐ？邐Ｐｒｏｐｅｒｔｙ邋＊邋ｆ逡逑Ａｎｎｏｔａｔｉｏｎ邋０邋Ｓｐｌｍ？邐Ｚ逡逑Ａｎｎｏｔａｔｉｏｎ邋１邋Ｓｐｌａｎ＊邐ｊ＇逡逑ｉ邋［ｆ邐；邐；邐＾邐一邐，．邐邐？＿逡逑２１逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國人民解放軍醫(yī)學(xué)院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：R739.5

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8 侯麥花;三氧化二砷對小鼠黑素瘤的抗腫腫瘤作用及機(jī)制研究[D];南京醫(yī)科大學(xué);2004年

9 宋寧靜;M14黑素瘤細(xì)胞培養(yǎng)上清液對單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)影響的研究[D];中國協(xié)和醫(yī)科大學(xué);2006年

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本文編號：2643494