基于内镜图像深度学习的鼻咽恶性肿瘤检测 模型的建立与验证

• 作者: Bin Li Bingzhong Jing Caisheng He Chaofeng Li Chaonan Qian Chong Zhao Haiqiang Mai Haoyuan Mo Kajia Cao Liangru Ke Ling Guo Mingyuan Chen Weixiong Xia
• 来源期刊: 癌症
• 关键词: 鼻咽恶性肿瘤 深度学习 鉴别诊断 自动分割
• 年，卷（期）: 2019,（7）
• 所属期刊栏目: 原创论著
• 页码范围: 317-328
• 页数: 12页
• 字数: 6352字
• 语种: 英文

摘要

背景与目的 由于鼻咽部解剖位置隐匿且腺体增生频发,活检时恶性肿瘤的阳性率较低,从而导致初诊时鼻咽恶性肿瘤确诊延时或漏诊.本文旨在建立一种人工智能工具——基于深度学习的内镜检查,来检测鼻咽恶性肿瘤.方法 建立了一种基于内镜图像的鼻咽恶性肿瘤检测模型(endoscopic images-based nasopharyngeal malignancies detection model,eNPM-DM),该模型由基于空间结构的全卷积网络构成,采用单独训练集和验证集对分类和分割进行微调.总共收集了28,966张合格图像.其中,自2008年1月1日至2016年12月31日,从7951例个体中获得了27,536张经活检证实的图像,按照7:1:2的比例随机分为训练、验证和测试集.此外,将2017年1月1日到2017年3月31日获得的1430张图像纳入预测集,用以对建立模型的性能与肿瘤专家的评价进行比较.以鼻咽镜图像为背景,对自动分割和专家手工分割进行比较,采用dice相似系数(dice similarity coefficient,DSC)评价eNPM-DM从鼻咽部内镜图像的背景中自动分割出恶性肿瘤区域的效率.结果 所有图像经过病理组织学验证,包括正常对照5713(19.7％)例、鼻咽癌(nasopharyngeal carcinoma,NPC)19,107(66.0％)例、其他恶性肿瘤335(1.2％)例和3811(13.2％)例良性病变.在测试集中,eNPM-DM检测恶性肿瘤的总准确率达88.7％[95％置信区间(confidence interval,CI):87.8％–89.5％].在预测比较阶段,eNPM-DM表现优于专家:总准确率分别为88.0％(95％CI:86.1％–89.6％)和80.5％(95％CI:77.0％–84.0％).eNPM-DM耗时更短(40 s vs.110.0±5.8 min),且从背景中自动分割出鼻咽恶性肿瘤区域方面表现优秀,测试集和预测集中的平均DSC分别为0.78±0.24和0.75±0.26.结论 eNPM-DM在鼻咽肿块良性/恶性诊断分类方面优于肿瘤学家评估,并且实现了从鼻咽内镜图像背景中对恶性区域自动分割.