$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
В этом разделе представлены два сценария использования, чтобы продемонстрировать, как ИИ может помочь патологоанатомам в оценке изображений и предоставлении диагностических входных данных.
Диагноз рака предстательной железы (Рисунок 7): Гистопатологическая оценка биопсии предстательной железы с раком, включая длину и процент опухоли, баллы по шкале Глисона (3, 4 и 5), процент по шкале Глисона 4 и 5 и т. д. Эта информация затем используется для классификации пациентов на 4 группы степени (от 1 до 4), где 4 являются наиболее агрессивным раком предстательной железы 4,5. Эта информация должна быть включена в заключение о гистологическом исследовании; поэтому это прекрасный пример для иллюстрации диагностики патологии с помощью искусственного интеллекта.
В этом примере предметные стекла с биопсией предстательной железы были первоначально окрашены с помощью процедуры гематоксилин-эозин (H&E). Затем окрашенный слайд был оцифрован для создания целого изображения слайда (WSI), которое было загружено в систему через прямой интерфейс между компьютером сканера и программным обеспечением (Рисунок 7). После загрузки модель на основе искусственного интеллекта обрабатывает метку, идентифицирует и помечает каждый объект, включая источник образца (например, простату) и тип окрашивания (т. е. H&E). Эта модель определяет, является ли изображение биопсией предстательной железы, окрашенной H&E. Если это так, другая модель на основе ИИ анализирует изображение и генерирует обратную связь или выходные данные на основе анализа (рис. 7A). Эта модель на основе искусственного интеллекта также способна предварительно заказывать иммуногистохимические красители PIN4, чтобы помочь патологоанатомам подтвердить наличие небольших участков опухоли (рис. 3).
Эта модель была обучена на более чем 1700 изображениях целых слайдов предстательной железы (WSI), которые были попиксельно аннотированы командой опытных патологоанатомов. После аннотации WSI применяется модель глубокого обучения для классификации плиток ткани предстательной железы по четырем категориям: доброкачественный, Глисон3, Глисон4 и Глисон5. Как показано на рисунке 5, выходные данные на основе плиток агрегируются для создания целой маски слайда, выделяющей раковые области: Cancer (красный), Gleason4 (зеленый) и Gleason5 (синий; Рисунок 6). В дополнение к этим маскам модель ИИ генерировала окончательную метку (рак или доброкачественный) для WSI предстательной железы. Эта классификация основана на морфологических признаках, таких как площади масок Gleason3, Gleason4 и Gleason5, определенность масок Gleason3, Gleason4 и Gleason5, а также на других факторах. Эффективность нашей текущей модели предстательной железы для выявления рака предстательной железы была подтверждена использованием независимого набора из 1000 WSI, которые не использовались во время разработки или валидации модели. Каждый слайд в проверочном наборе помечен как доброкачественный или рак. Обученная модель также присваивает метку каждому слайду, как описано. Путем сравнения меток достоверной достоверности данных с прогнозами модели были рассчитаны такие показатели эффективности, как точность, чувствительность, специфичность и оценка F1, как показано в таблице 1. Результаты показывают, что обученная модель работает сопоставимо с другими моделями ИИ предстательной железы6.
В дополнение к шкале Глисона, модель искусственного интеллекта способна определять длину и процент опухоли, а также группу степени (рис. 7). Кроме того, модель искусственного интеллекта также способна рассчитывать патологию на основе группы риска NCCN и клиническую информацию, если она предоставлена (рисунок 7A). В FlexPLIS искусственный интеллект может транскрибировать всю диагностическую информацию в отчет о патологии, так что патологоанатомам не нужно вручную вносить ее в отчет (рис. 7B). Несмотря на то, что весь процесс искусственного интеллекта выполняется в фоновом режиме и не виден патологоанатомам, результаты анализа искусственного интеллекта и одно и то же изображение видны патологоанатомам, которые могут принять решение о сохранении или изменении результатов искусственного интеллекта в отчете о патологии (рисунок 7B).
Цитология мочи для скрининга рака мочевого пузыря: Цитология мочи является основным неинвазивным методом скрининга, диагностики и мониторинга рака мочевого пузыря7. Цитология мочи классифицирует пациентов на четыре категории: отрицательные для уротелиальной карциномы высокой степени злокачественности, атипичные уротелиальные клетки, подозрительные на уротелиальную карциному высокой степени злокачественности и уротелиальная карцинома высокой степени8. Проверка цитологии мочи требует опыта и мастерства и занимает очень много времени. Поэтому цитологический скрининг мочи с помощью ИИ пользуется большим спросом. В этом случае представлена оценка одной клетки с помощью искусственного интеллекта.
Изучение цитологических препаратов мочи может быть трудоемким и длительным процессом для патологоанатомов. Для этого требуется тщательное сканирование широких полей и частое увеличение и уменьшение масштаба для обнаружения редких, диагностически значимых клеток, что часто напоминает поиск иголки в стоге сена. Такой ручной подход не только требует значительного времени и концентрации, но и способствует диагностической усталости и потенциальной вариативности интерпретаций. Чтобы оптимизировать этот процесс, была разработана цитологическая модель мочи на основе искусственного интеллекта, интегрированная в FlexLIS, для поддержки патологоанатомов путем автоматического обнаружения и классификации широкого спектра типов клеток в образцах мочи. Модель способна идентифицировать следующие категории: HGUC (клетки уротелиальной карциномы высокой степени злокачественности), подозрительные (уротелиальные клетки с выраженными аномалиями, указывающими на злокачественность, но не поддающиеся окончательной диагностике), атипичные уротелиальные клетки, эритроциты (эритроциты), кристаллы, лимфоциты, полиморфные клетки, вирус полиомы, клетки почечных канальцев, сперматозоиды, плоскоклеточные клетки, нормальные уротелиальные клетки, дрожжи и другие. Для дальнейшего повышения удобства использования диагностически значимые категории — HGUC, атипичные уротелиальные клетки и подозрительные — выделены различными цветами (рис. 8), что позволяет патологоанатомам быстро сосредоточиться на областях интереса без необходимости тщательного ручного сканирования.
Кроме того, модель искусственного интеллекта количественно определяет количество клеток в каждой обнаруженной категории и легко интегрирует эти данные в выходные данные (рис. 8). Эти результаты автоматически записываются в отчет о патологоанатомическом исследовании, что позволяет патологоанатому сосредоточиться исключительно на рассмотрении, проверке и окончательном доработке случая. Это значительно повышает эффективность диагностики, снижает ручную рабочую нагрузку и обеспечивает согласованность и точность отчетов.
Для обучения модели искусственного интеллекта 500 областей были случайным образом выбраны из 150 полных слайдовых изображений цитологических образцов мочи. Эксперты-цитопатологи вручную аннотировали клетки в этих областях по 14 заранее определенным категориям, как описано ранее, в результате чего было получено более 30 000 аннотированных клеток. Регионы из 80% слайдов были использованы для обучения, а остальные 20% были зарезервированы для валидации. Затем модель обнаружения объектов была обучена и оценена для точной идентификации и классификации ячеек по определенным категориям.
В дополнение к моделям цитологии предстательной железы и мочи, в программном обеспечении также доступна гастроэнтерологическая модель искусственного интеллекта. Другие модели, в том числе рак мочевого пузыря и рак легких, находятся в процессе разработки.

Рисунок 1: Рабочий процесс патологоанатомического исследования. (А) Традиционный рабочий процесс патологии. (B) Рабочий процесс цифровой патологии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 2: Окно входа в систему. Введите адрес электронной почты в поле электронной почты. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 3: Окно списка присоединения. (A) Левая боковая панель указывает на различные пользовательские опции. (B) Фильтр присоединения для поиска и сортировки случаев. (C) Список присоединения с информацией о каждом случае, включая регистрационный номер, имя пациента, статус случая, количество и качество изображений и т.д. В данном случае за пользователем было закреплено 4 случая. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 4: Окно обзора патологоанатома. (A) Информация о случае, включая статус случая. (B) Сводная таблица образцов содержит краткую информацию о каждом образце, включая место исследования, диагноз и комментарии. (C) Информация об образце предоставляет дополнительную информацию об образце. (D) Панель управления делом для навигации по делу. На правой диаграмме указаны места биопсии предстательной железы и результаты AI (красный — рак, оранжевый — как можно скорее, черный — доброкачественный). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 5: Окно просмотра изображений. (A) Библиотека изображений (левая боковая панель) перечисляет все образцы в алфавитном порядке с информацией о типе и статусе пятна. (B) Панель инструментов (вверху) для перемещения, комментирования и обмена изображениями. (C) Информация о деле/ИИ (правая боковая панель) для внесения комментариев, общения с персоналом и просмотра отзывов/результатов ИИ. Этот случай представляет собой биопсию предстательной железы с раком предстательной железы, замаскированным искусственным интеллектом (red-cancer и green-Gleason 4). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 6: Выходные данные ИИ. (A) Гистологическое изображение. (B) Обратная связь с помощью искусственного интеллекта, т.е. оценка изображения с помощью искусственного интеллекта, включая длину опухоли, оценку по шкале Глисона, классную группу и т. д. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

Рисунок 7: Модель искусственного интеллекта предстательной железы автоматически оценивает изображение биопсии предстательной железы и помогает в создании отчетов о патологии. (A) После анализа изображений в IMS. (B) ИИ выводит результаты в патологоанатомическое заключение. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.

Рисунок 8: Оценка цитологического стекла мочи с помощью ИИ. Аномальные уротелиальные клетки были выделены красным цветом (высокодифференцированные уротелиальные раковые клетки) и розовым (подозрительные клетки). Результаты AI отображаются во вкладыше (правый верхний угол). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этой цифры.
| Точность | Точность | Чувствительность | Специфичность | F1-счет |
| 97% | 96% | 98% | 96% | 97% |
Таблица 1: Производительность модели искусственного интеллекта предстательной железы для выявления аденокарциномы при биопсии предстательной железы.