تطوير والتحقق من نموذج التعلم العميق لقياس التصلب الكبيبي في عينات خزعة الكلى

اتصال:joanna.jia@wecistanche.com/ واتساب: 008618081934791

مقدمةأكثر من 100 000 من المرضى ينتظرون حاليًا العلاجزرع الكلى.1 على الرغم من الحاجة المتزايدة ، يتم التخلص من 17 في المائة إلى 20 في المائة من الكلى المستعادة للزراعة. 2-4 مع نقص الأعضاء وزيادة الطلب علىعمليات زرع الكلى، هناك حاجة ملحة لتقليل التخلص من الأعضاء غير الضرورية .3

تم الإبلاغ عن نتيجة الخزعة باعتبارها العامل الأكثر أهمية في قرار استخدام أو التخلص من كلية المتبرع. 5 وقد ربطت العديد من التحقيقات الضرر المزمن في المتبرععينات خزعة الكلىمع نتائج الزرع. 6-12 مستوى 20 بالمائةتصلب الكبيبات العالميكثيرًا ما يستخدم كنقطة قطع في قرار الزرع وهو عامل رئيسي يكمن وراء سبب كون نتيجة الخزعة هي السبب الأكثر شيوعًا لرفض العضو للزرع في الولايات المتحدة.

تشير الدراسات الحديثة إلى أنه يتم التخلص من الكلى المقبولة بسبب تفسير عينة خزعة المتبرعين المتغير وغير المتسق.تصلب الكبيبات العالمييخضع لتباين بشري كبير. 15-17 تجميد القطع الأثرية ونقص الخبرة في التخصصات الفرعية وأخذ العينات غير الكافي والطبيعة الحساسة للوقت لهذه التقييمات كلها عوامل تساهم في حدوث أخطاء بشرية.

في الآونة الأخيرة ، أظهر التعلم العميق (DL) إمكانية تحسين التكاثر والدقة في فحص الأنسجة المرضية. 18-26 استخدمت الدراسات السابقة من المعامل الأخرى مناهج DL للكشف الآلي عن الكبيبات غير المتصلبة والمتصلبة عالميًا. 27-31 ومع ذلك ، تعتمد هذه التقنيات على البقع الخاصة ، مثل بقع حمض شيف أو ماسون ثلاثية الكروم الدورية ، والتي تعتبر غير عملية في الإعداد الحساس للوقت للأقسام المجمدة. يصف العمل السابق من أعضاء مجموعتنا النتائج التي تم الإبلاغ عنها فقط ، على حد علمنا ، مما يُظهر أداءً عاليًا في القياس الكمي الآلي للنسبة المئويةتصلب الكبيبات العالميباستخدام صور الشرائح الكاملة (WSI) للمقاطع المجمدة المصبوغة بالهيماتوكسيلين إيوزين.

cistanche جيد كمال الاجسام: لتقوية الكلى

نفترض أن نهج DL لفحص المتبرععينات خزعة الكلىسوف يتفوق على علماء الأمراض البشرية في تقييم النسبة المئويةتصلب الكبيبات العالميوسيتم تمكين هذا التحسين الإضافي من خلال فحص مستويات متعددة من القسم. يُفترض أن هذه العينات المتزايدة من الأنسجة تقلل من احتمالية التخلص من الأعضاء غير الضرورية وستتناول مسألة ما إذا كانت تقنيات DL مرتبطة بزيادة كبيرة في مجموعة الأعضاء المانحة المتاحة.

الكلمات الدالة:تصلب الكبيبات ،الكلىوعينات خزعة الكلى وزرع الكلى وتصلب الكبيبات العالمي

طُرقاتبعت هذه الدراسة التوجيه الشفاف لنموذج التنبؤ متعدد المتغيرات للتشخيص الفردي أو التشخيص (TRIPOD) للدراسات التشخيصية والتنبؤية. تمت مراجعة هذه الدراسة والموافقة عليها من قبل مجلس المراجعة المؤسسية بجامعة واشنطن ، والذي تنازل أيضًا عن الحاجة إلى الحصول على موافقة المريض المستنيرة لأن هذه الدراسة استخدمت فقط عينات حيوية غير قابلة للتحديد من مجموعة بيانات موجودة.

جمع البياناتتم الحصول على WSIs من عينات خزعة متبرع متوفى - 98 قسمًا مجمدة ملطخة بالهيماتوكسيلين - يوزين و 51 قسمًا دائمًا - تم استردادها من إجمالي 83الكلىباستخدام عينات الوتد والإبرة. تم الحصول على عينات الخزعة المجمدة وعينات الخزعة ذات القسم الدائم من الكلى المختلفة. من بين 83 عينة ، كان لدى 62 عينة مستويين على الأقل من القسم. نشأت صور عينة الخزعة من قاعدة بيانات جامعة واشنطن من Gift of Life Michigan (تم استردادها بين أغسطس 2015 ونوفمبر 2016 باستخدام ماسح ساكورا ؛ التكبير ، × 20) وجامعة واشنطن (تم استردادها بين يونيو 2015 ويونيو 2017 عبر Mid-America Transplant باستخدام ماسح Aperio Scanscope CS ؛ التكبير ، × 20). أي متبرع بأعضاء متوفى قدم بين هذه التواريخ وخضع لـخزعة الكلىللفحص المرضي الرقمي أثناء العملية كانت مؤهلة لهذه الدراسة. كانت الخصائص الديموغرافية والسمات السريرية للمتبرعين غير معروفة للباحثين. تم تحويل جميع عمليات المسح من SVS إلى تنسيق TIFF بدقة كاملة (0. 5 ميكرومتر / بكسل). تراوحت أحجام الصور من 105 ميجابكسل إلى 1448 ميجابكسل.

شرح البياناتتم شرح الشرائح لأول مرة للكبيبات غير المتصلبة والمتصلبة بواسطة خبير معتمد من مجلس الإدارةالكلىأخصائي علم الأمراض (PW أو JPG) ، تمت مراجعته من قبل أخصائي علم الأمراض المعتمد من مجلس الإدارة (TCL) مع خبرة في تفسير المتبرععينات خزعة الكلى، ويتبع ذلك مراجعة نهائية من قبل خبير آخر معتمد من مجلس الإدارةالكلىأخصائي علم الأمراض (PCW أو JPG). عملت التعليقات التوضيحية النهائية المنقحة كحقيقة أساسية (أي المعيار الذهبي) للتدريب والتقييم النموذجي. يتم توضيح التباين النموذجي في عدد الكبيبات مع كل مراجعة في الشكل 1 في الملحق. تم استخدام مكون إضافي داخلي مكتوب لـ Fiji32 لتحديد الخطوط العريضة للكبيبات يدويًا وتصنيفها على كل WSI لإنشاء أقنعة تسمية حكيمة البكسل لمناطق الكبيبات بنفس دقة WSI الأم. تم تصنيف الكبيبات إما على أنها تصلب عالمي (يُعرف باسم التصلب الذي يشمل الخصلة الكبيبية بأكملها ، بما في ذلك الزوال ، والمصلبة ، والاختفاءتصلب الكبيبات العالمي)أو تصلب غير عالمي. تم تجميع جميع المناطق الأخرى معًا ووضع علامة عليها tubulointerstitium. تم تصنيف إجمالي 1544 من الكبيبات المتصلبة عالميًا و 6914 من الكبيبات غير المتصلبة عالميًا في 149 صورة منفصلة. أظهرت عينات الخزعة مجموعة واسعة من النسبة المئويةتصلب الكبيبات العالمي(0 بالمائة -77 بالمائة). كان متوسط ​​عدد الكبيبات لكل شريحة 57 (31).

DL نموذج العمارةكان نموذج DL المستخدم في هذه الدراسة عبارة عن شبكة عصبية تلافيفية بالكامل تستند إلى بنية VGG16 الموصوفة في العمل السابق ، والتي تضمنت عضوًا في مجموعتنا .34 باختصار ، تم إدخال البيانات إلى شبكة VGG16 المدربة مسبقًا مع أوزان مجمدة أدناه عنق الزجاجة (أي مباشرة قبل طبقات التصنيف المتصلة بكثافة). تم استبدال طبقات التصنيف VGG16 المتصلة بكثافة بخمس طبقات تلافيفية بالكامل بأوزان قابلة للتدريب. أتاح استخدام بنية تلافيفية بالكامل عبر الشبكة بأكملها تحويل "صورة إلى صورة" ، بدلاً من تحويل "صورة للتسمية" ، لكل تصحيح صورة إدخال ، وهذا الأخير هو نهج أقل دقة وأكثر من ذلك بكثير مكلف حسابيًا .34 أنتج النموذج التلافيفي الكامل خرائط بكسل مختزلة مسجلة في رقعة صورة الإدخال ، مما يعطي احتمال أن يكون كل بكسل إخراج هو tubulointerstitium ، أو الكبيبات المتصلبة غير العالمية ، أو الكبيبات المتصلبة عالميًا.

معلمات التدريبتم تقسيم الصور إلى 2 0 48 × 2048- بكسل (1024 × 1024 ميكرومتر) متداخلة جزئيًا (خطوة ، 1664 بكسل أو 838 ميكرومتر) لإدخال التدريب. تم اختيار البقع للتدريب عن طريق أخذ عينات عشوائيًا من مجموعة تصحيحات الصور بالكامل (حوالي 6500 بقعة في كل مجموعة تدريب للتحقق المتبادل ، بطول حقبة واحدة). تم قلب أو تدوير تصحيحات الإدخال عشوائيًا (بمقدار 0 درجة ، أو 90 درجة ، أو 180 درجة ، أو 270 درجة) ، مما أدى إلى 8- زيادة أضعاف في بيانات التدريب لإجمالي 52 000 تصحيحات تدريب محتملة تقريبًا في تجمع العينات. تم إجراء التدريب باستخدام TensorFlow عن طريق التقليل من فقدان الانتروبيا الفئوية ، الموزونة طبقيًا باستخدام نسبة للفئات المصلبة إلى غير المتصلبة إلى الأنبوبية البينية بنسبة 10: 5: 1 للتعويض عن عدم توازن الفئة. تم استخدام تحسين نزول التدرج العشوائي مع معدل تعلم دوري بين 1e − 4 و 1e − 2 وحجم دفعة 4 لمدة 15 حقبة.

عبر المصادقةتم تدريب النموذج واختباره في 10- أضعاف التحقق من الصحة ، حيث تم حجب 10 بالمائة من WSIs من التدريب في كل مرة ، وتم استخدام النموذج الناتج (تم تدريبه على 90 بالمائة المتبقية من البيانات) لإنشاء تنبؤات على WSIs المحجوبة. صور من مستويات مختلفة من نفس الشيءالكلىدائما معا. لم يتم استخدام أي معلومات من مجموعة اختبار لطية التحقق المتقاطع لإبلاغ تدريب الطية المقابلة. تم إنشاء تنبؤات الشرائح المحتجزة وفقًا لمخطط تكعيب الصور الموضح أعلاه (على سبيل المثال ، 2048 × 2048 بكسل مع خطوة 1664- بكسل) ، وتم إعادة تجميع النتائج لإنتاج خرائط احتمالية الإخراج لكامل WSIs.

المعالجة البعديةتم استخدام laplacian القياسي لخوارزمية الكشف عن النقطة الغوسية ، وهو مناسب تمامًا لتحديد المناطق الدائرية ذات الكثافة العالية للصورة بمقاييس متعددة ، 35 لتوطين الكبيبات الفردية من خرائط الاحتمالية. نسبه مئويهتصلب الكبيبات العالميتم حسابه بواسطة الصيغة 100 × S / N ، حيث S هو عدد الكبيبات المتصلبة عالميًا و N هو العدد الكلي للكبيبات.

تحليل احصائيتم تحديد اتفاق البكسل بين خرائط احتمالية التعليق التوضيحي والتنبؤ من خلال معامل النرد والتقاطع فوق مقياس الاتحاد ، محسوبًا بشكل إجمالي لجميع وحدات البكسل في كل تسمية إخراج. تم الحصول على تعداد الكبيبات بعد معالجة اكتشاف النقطة على قنوات خريطة الاحتمالية المتصلبة وغير المتصلبة. نسبه مئويهتصلب الكبيبات العالميتم حسابه من هذه التهم للصور الفردية وللأفرادالكلى، عن طريق تجميع الأعداد لجميع المستويات (عادةً 2) المرتبطة بكل منهاالكلى.تمت مقارنة تعداد الكبيبات مع الحقيقة الأساسية للتعليقات التوضيحية ، مع الدقة التي تم تقييمها بواسطة معامل ارتباط بيرسون r وخطأ الجذر التربيعي (RMSE). الكميات المقابلة بالنسبة المئويةتصلب الكبيبات العالميتم حسابها لتقديرات أخصائيي علم الأمراض عند الطلب ، وتمت مقارنة هذه القيم بأداء النموذج.

تصنيفالكلىكما تم تحديد "مقبول" للزرع أو "مرفوض" بنسبة 20 بالمائةتصلب الكبيبات العالمي، نقطة قطع شائعة الاستخدام في الممارسة السريرية الحالية بناءً على البيانات التاريخية. تم حساب درجة F1 كدالة للتمييز بشكل صحيح عما إذا كانت العينة قد تجاوزت أو تقل عن نقطة القطع البالغة 20 بالمائة فيما يتعلق بتعليقات الحقيقة الأساسية. تم أيضًا حساب معامل كوهين κ (وهو مؤشر على الاتفاق بين المقيمين) لتمييز أخصائيي علم الأمراض عند النموذج وعند الاستدعاء عند نقطة القطع بنسبة 20 في المائة ، مقارنةً بتعليق توضيحي للحقيقة الأساسية ومع بعضهم البعض.

لأن تعريفتصلب الكبيبات العالمييتم التعبير عنها بشكل طبيعي على أنها متوسط ​​توزيع بيتا المعطى بواسطة المعلمات S (عدد الكبيبات المتصلبة عالميًا) و (N - S) (عدد الكبيبات غير المتصلبة عالميًا) ، وقد تم استخدامها لحساب فترات التنبؤ 95 بالمائة التي تعمل كمؤشر على دقة الإخراج. تم اعتبار 2- P sided P <. 0="" 5="" ذات="" دلالة="" إحصائية.="" تم="" إجراء="" جميع="" التحليلات="" الإحصائية="" من="" مارس="" 2018="" إلى="" أغسطس="" 2020="" باستخدام="" حزم="" python="" scikit-learn="" ،="" الإصدار="" 0.22.1="" ،="" و="" scipy.stats="" ،="" الإصدار="">

نتائج

تصور الإخراجأظهرت مخرجات الصور المتوقعة لمقاطع WSI للقسم المجمد والقسم الدائم اتفاقًا نوعيًا مع خرائط التعليقات التوضيحية المستهدفة (الشكل 1). كانت معاملات النرد الإجمالية 0. 784 للكبيبات المتصلبة غير العالمية و 0. 6 0 0 للكبيبات المتصلبة عالميًا ؛ كان التقاطع الكلي على مقاييس الاتحاد لنفس المجموعات 0.645 للكبيبات المتصلبة غير العالمية و 0.429 للكبيبات المصلبة عالميًا. والجدير بالذكر أن الأقسام المجمدة التي تحتوي على قطع أثرية كبيرة أظهرت اتفاقًا مرئيًا نوعيًا بين الحقيقة والتنبؤات الأساسية للتعليق (المثال الموضح في الشكل 1 أ).

تقييم نسبة تصلب الكبيبات العالمي على أساس الشرائح الفرديةعبر التحقق من صحتهاتصلب الكبيباتأظهرت التوقعات على الشرائح الفردية أيضًا ارتباطًا بالتعليقات التوضيحية (ص {0}. 916 ؛ 95 بالمائة CI ، 0. 886-0. 939 ؛ و RMSE=5. 631 ؛ 95 بالمائة CI ، 4. {{1 0}. 517 ؛ P <. 0="" 0="" 1)="" (الشكل="" 2="" أ).="" أشار="" فصل="" النتائج="" بتقنية="" تحضير="" الشرائح="" إلى="" أن="" التنبؤات="" على="" المقاطع="" المجمدة="" أظهرت="" ارتباطًا="" مشابهًا="" مع="" الحقيقة="" الأساسية="" (ص="0." 918="" ؛="" 95="" بالمائة="" ci="" ،="" 0.="" 879-0.="" 944="" ؛="" ​​rmse="" {{="" 20}}="" .20="" ؛="" p=""><.001) (الشكل="" الإلكتروني="" 3a="" في="" الملحق)="" ،="" بينما="" أظهرت="" المجموعة="" الدائمة="" أداءً="" أعلى="" (r="0." 940="" ؛="" 95="" بالمائة="" ci="" ،="" 0.="" 896-0.="" 965="" ؛="" rmse="4." 32="" ؛="" p=""><.001) (efigure="" 3d="" في="" الملحق).="" يتم="" عرض="" إجمالي="" عدد="" الكبيبات="" التي="" اكتشفها="" النموذج="" في="" الشكل="" 3a="" و="" b="" ،="" مما="" يوضح="" الارتباطات="" بين="" الكبيبات="" المتصلبة="" غير="" العالمية="" مع="" الحقيقة="" الأرضية="" (r="0" .955؛="" 95٪="" ci،="" 0.="" 938-0.="" 967="" ؛="" rmse="8." 383؛="" p=""><.001) والكبيبات="" المتصلبة="" عالميًا="" مع="" الحقيقة="" الأساسية="" (r="0." 934؛="" 95="" بالمائة="" ci،="" 0.="" 909-0.="" 952؛="" rmse="" {{50="" }}.="" 718="" ؛="" p=""><.001). كان="" متوسط="" ​​الفروق="" في="" عدد="" الكبيبات="" (sd)="" بين="" الشرح="" والتنبؤ="" 3.1="" (7.8)="" للكبيبات="" المتصلبة="" غير="" العالمية="" و="" 0.2="" (4.7)="" للكبيبات="" المصلبة="" عالميًا.="" ولوحظت="" نتائج="" إيجابية="" مماثلة="" لتعداد="" الكبيبات="" المتوقعة="" عند="" فصل="" الشرائح="" حسب="" العلاج="" (الشكل="" 2="" أ="" ،="" ب="" ،="" هـ="" ،="" و="" في="">

أدى تقييم النسبة المئوية لتصلب الكبيبات العالمي استنادًا إلى مستويات تجميع الشرائح المجمعة إلى تحسين أداء عدد الكبيبات في النموذج (الشكل 3C و D ؛ الشكل 2C و D و G و H في الملحق) بالإضافة إلى ارتباط تصلب الكبيبات مع التعليقات التوضيحية ، كما هو موضح في الشكل 2 ب ( ص=0. 933 ؛ 95 بالمائة CI ، 0. 898-0. 956 ؛ و RMSE=5. 0 94 ؛ 95 بالمائة CI ، 3. {{ 13}}. 301؛ P <.001 ،="" للأقسام="" المجمدة="" والدائمة="" مجتمعة)="" ،="" تحسين="" أداء="" أخصائيي="" علم="" الأمراض="" عند="" الاستدعاء="" في="" نفس="" الحالات="" (r="0." 884="" ؛="" 95="" بالمائة="" ci="" ،="" 0.="" {{21}="" }="" .923؛="" و="" rmse="6." 523؛="" 95="" بالمائة="" ci،="" 5.="" 191-7.="" 783؛="" p=""><.001) (الشكل="" 2c).="" كان="" خطأ="" تصلب="" الكبيبات="" العالمي="" كما="" تم="" قياسه="" بواسطة="" rmse="" أقل="" بنسبة="" 22="" في="" المائة="" للنموذج="" منه="" بالنسبة="" لأخصائيي="" علم="" الأمراض="" عند="" الطلب.="" يظهر="" التوافق="" بين="" تنبؤات="" النموذج="" لتصلب="" الكبيبات="" العالمي="" للمستويات="" الفردية="" والمجمعة="" في="" الشكل="" 4="" في="" الملحق="" كمتبقي="" فيما="" يتعلق="" بحقيقة="" أساس="" التعليق="">

علاج اضطراب الكلى الجنسية

تقييم مخاطر التوصيف الخاطئ للكلى تم تصنيف النسبة المئوية المجمعة لنتائج تصلب الكبيبات العالمية للتعليقات التوضيحية والتنبؤات النموذجية وأخصائيي علم الأمراض عند الطلب بالترتيب من أجل زيادة النسبة المئوية لتصلب الكبيبات العالمي لجميع الكلى البالغ عددها 83 كلية المشمولة في الدراسة ، جنبًا إلى جنب مع فترات التنبؤ المقابلة 95 بالمائة و نقطة القطع بنسبة 20 في المائة لقبول أو رفض زرع الأعضاء المانحة (الشكل 4B-F). نظرًا لأن جميع مستويات القسم يتم تقييمها من قبل أخصائيي علم الأمراض عند الطلب في وقت الخزعة ، فإن نتائجهم تعتبر تقييمات مجمعة. الكلى مع فترات تنبؤ متداخلة مع خط القطع بنسبة 20 في المائة أكثر عرضة لخطر القبول أو الرفض الخاطئ إذا تم تقدير تعداد الكبيبات بشكل غير صحيح. يظهر في الشكل 4 أ فرصة التصنيف الخاطئ للكلية التي تحتوي على نسبة تزيد عن 20 في المائة من تصلب الكبيبات العالمي. باستخدام الشرائح الفردية ، كان معدل الخطأ المتوقع لنموذج DL أقل بنسبة 15 في المائة من معدل الخطأ الذي تم توقعه بالنسبة لأخصائيي علم الأمراض عند الطلب ومطابقًا تقريبًا لتعليقات الحقيقة الأساسية (أي الحالة المثالية). مع المستويات المجمعة ، انخفض معدل الخطأ المتوقع لنموذج DL إلى 37 بالمائة أقل من ذلك بالنسبة لأخصائيي علم الأمراض عند الطلب. وبالمثل ، كان معدل الخطأ المتوقع لنموذج DL للقبول الخاطئ للأعضاء باستخدام المستويات الفردية أقل بنسبة 21 في المائة من ذلك بالنسبة لأخصائيي علم الأمراض عند الطلب ، و 34 في المائة عند استخدام المستويات المجمعة.

أظهرت درجة F1 و Cohen κ نتائج مماثلة. درجة F1 الخاصة بنموذج DL للمستويات الفردية التي لهاتصلب الكبيبات العالميأقل من 2 0 بالمائة كانت 0. 896 ، و 0. 95 0 لتلك المستويات الفردية فوق 2 0 بالمائة. تحسنت هذه المقاييس عند تجميع المستويات إلى 0. 926 لمن هم أقل من 2 {{2 0} في المائة ، و 0.964 لمن هم فوق 20 في المائة. هذا مقارنة بشكل إيجابي مع درجات F1 لأخصائيي علم الأمراض تحت الطلب عند 0.852 لمن هم أقل من 20 في المائة ، و 0.929 لمن هم فوق 20 في المائة. كان كوهين κ لتنبؤات النموذج على المستويات الفردية فيما يتعلق بالحقيقة الأساسية 0.847 ، وتحسن إلى 0.891 للمستويات المجمعة. كوهين κ لـ

كان علماء الأمراض عند الطلب فيما يتعلق بالتعليقات التوضيحية المجمعة أقل ، بقيمة 0. 781 ، وكان 0. 714 عند مقارنتها بتنبؤات المستوى المجمعة للنموذج. يظهر التوافق بين أخصائي علم الأمراض ونتائج النموذج لنتائج المستوى المُجمَّع في الشكل 5 في الملحق كمتبقي فيما يتعلق بالحقيقة الأساسية ، مرتبة حسب الحقيقة الأساسيةتصلب الكبيبات العالميالنسبة المئوية وعدد الكبيبات الكلي. يتم عرض قيمة الفحص متعدد المستويات من خلال تقييم فترات التنبؤ من توزيع بيتا. رسم توضيحي لتوزيع بيتا لعينة خزعة افتراضية بنسبة 15 بالمائةتصلب الكبيبات العالمييظهر في الشكل 5 أ للمجمعات ذات المستويات 1 و 2 و 3 و 4 ، بافتراض أن كل مستوى يحتوي على 58 من الكبيبات المرصودة (الرقم المتوسط ​​لهذه الدراسة). يمكن تفسير ارتفاع كل منحنى عند قيمة معينة على المحور الأفقي على أنه الاحتمال النسبي لتقدير النسبة المئويةتصلب الكبيبات العالميلتكون تلك القيمة ، بالنظر إلى التوزيع الحقيقي للكبيبات المصلبة والعادية. وبالتالي فإن المنطقة الواقعة أسفل المنحنى تعطي تقديرًا لاحتمال الحصول عليهاتصلب الكبيبات العالميتقديرات في حدود التكامل. تم تضييق التوزيع مع زيادة التجميع. والأهم من ذلك ، أن المنطقة المقيسة أسفل المنحنى التي تتجاوز نقطة القطع الاسمية البالغة 20 بالمائة انخفضت من 14 بالمائة باستخدام مستوى واحد فقط إلى 2 بالمائة عند تجميع 4 مستويات (الشكل 5 ب) ، 7- انخفاض في فرصة المبالغة بشكل غير صحيحتصلب الكبيبات العالميونبذ عن طريق الخطأ ما يجب أن يكون عضوًا صالحًا للاستخدام. لتوضيح فوائد تجميع المستوى بشكل أكبر ، تحسب الكبيبات 1000 تقييم تم اختياره عشوائيًا لعينات خزعة المتبرعين (من نفس قاعدة البيانات مثل 83عينات خزعة الكلىالمستخدمة في هذه الدراسة) لمحاكاة تأثيرات مستوى التجميع لعدد كبير من السكان. ال

تم استخدام تقديرات أخصائي علم الأمراض عند الطلب كبديل لأعداد الكبيبات الأرضية ، وتم محاكاة تجميع البيانات بضرب التهم المُبلغ عنها لكل مستوى بعدد المستويات المحاكاة في المجموعة. بتطبيق التحليل الموصوف أعلاه على هذا السيناريو ، عدد المرتجعات الخاطئة من الأعضاء لكل 1000الكلىwould decrease from 31 to 13 by increasing the number of levels evaluated from 1 to 4 (Figure 5C). As a demonstration of the potential clinical workflow with the incorporation of DL techniques, the DL model's predicted annotations for 25 cases from the study data set were randomly selected (5 each with 0%-5%, 6%-10%, 11%-15%, 16%-20%, and >20 في المائة من تصلب الكبيبات العالمي) وتم تقديمها إلى أخصائي علم الأمراض ، الذي قام بتقييم صور الأنسجة مع تصنيفات الكبيبات المتراكبة الناتجة عن النموذج. ثم قام أخصائي علم الأمراض بتصحيح أي الكبيبات المفقودة أو المصنفة بشكل غير دقيق بطريقة وإطار زمني يتوافق مع الممارسة السريرية الحالية. كان التقييم المعدل من قبل أخصائي علم الأمراض أكثر ارتباطًا بالحقيقة الأساسية (ص=0. 958) وكان به خطأ أقل (RMSE=4. 352) من أي من أخصائي علم الأمراض تحت الطلب (ص=0. 613 ؛ RMSE=0. 898) أو نموذج DL وحده (r=0. 847 ؛ RMSE=7. 535) (الشكل 7 في الملحق).

مناقشة

أنتج نموذج DL نتائج مشجعة ، في كل من النتائج النوعية (المرئية) والكمية ، والنتائج الملخصة الموصوفة في العمل السابق من قبل أعضاء مجموعتنا في مجموعة تدريب أصغر .34 كان أداء النموذج جيدًا باستخدام أقسام مجمدة أو أقسام دائمة ، مع تحسين - استدعاء اخصائيي علم الأمراض. كان وقت النموذج لمعالجة WSI الفردي حوالي 5 دقائق ، ضمن القيود النموذجية لاستشارة علم الأمراض أثناء الجراحة.

يُبرز تضخيم أخطاء العد عند استخدام عينة صغيرة القيمة المكتسبة من تجميع النتائج من مستويات متعددة تم الحصول عليها من مستوى واحدخزعة الكلى.السماكة النموذجية للمتبرعخزعة الكلىالعينة 1 مم. يفحص اختصاصي علم الأمراض قسمًا تمثيليًا بسماكة 5- ميكرومتر فقط من هذا النسيج ، تاركًا جزءًا كبيرًا منالكلىغير مفحوص. على الرغم من أن الكبيبات التي تم أخذ عينات منها في الأقسام اللاحقة قد لا تكون مستقلة ، إلا أن عملية تحضير الشريحة يمكن أن تؤدي إلى تقلب كبير من قسم إلى قسم في تصلب الكبيبات العالمي ، بغض النظر عن تباين المراقب (الشكل 6 في الملحق). من خلال تقييم المزيد من أقسام الأنسجة ، يمكن التقليل من تأثير هذا التباين وتعزيز موثوقية تقييم عينة الخزعة. لوحظت هذه الميزة بوضوح في الدراسة الحالية لكل مقياس (الأشكال 2-4) ، والتي أظهرت جميعها تحسنًا مع فحص الأنسجة الإضافية.

يتطلب المعيار الحالي للرعاية تقييم 25 من الكبيبات ومستويات من 1 إلى 2 فقط لأن المزيد من التقييمات لا يمكن تحقيقها عمليًا من قبل علماء الأمراض البشرية في السياق الحساس للوقت لزراعة الأعضاء. يمكن أن يؤدي استخدام تقنيات DL لزيادة القدرة البشرية في هذا الإعداد إلى إضافة أعضاء ضرورية بشكل حيوي إلى مجموعة المتبرعين. يمكن أن يكون سير العمل السريري المحتمل مع دمج تقنيات DL على النحو التالي: تصل عينة إلى مختبر القسم المجمد ، حيث يتم تحضير شريحة مجمدة ومسحها ضوئيًا. ثم يتم تحميل WSI إلى موقع آمن للتحليل باستخدام نموذج DL. أثناء تحليل نموذج DL ، قد يقوم أخصائي علم الأمراض بتسجيل الدخول ومراجعة العينة لمعرفة النتائج الأخرى ذات الصلة. ستكون نتيجة نموذج DL متاحة في غضون 5 إلى 10 دقائق ، ويتم تقديمها إلى أخصائي علم الأمراض كتراكب رسومي لتصنيفات الكبيبات على صورة الأنسجة ، ثم يتم التحقق منها (وتعديلها إذا لزم الأمر) بواسطة أخصائي علم الأمراض ، وإدراجها في التقرير. سوف يتفاعل التقرير الفعلي مباشرة مع السجل الصحي الإلكتروني السريري.

محدداتهناك بعض القيود على هذه الدراسة. كانت دراسة مركزية واحدة. على الرغم من إنشاء WSIs باستخدام ماسح ضوئي 2 في مؤسستين ، تم إنشاء مجموعة بيانات القسم المجمد بالكامل في مؤسسة واحدة ، بينما تم إنشاء مجموعة بيانات القسم الدائم من مؤسسة أخرى. على الرغم من أن مجموعة بيانات أولية صغيرة (ن=17) اقترحت أن تنبؤات النموذج على الأقسام المجمدة أظهرت مراسلات معقولة مع الأقسام الدائمة المرتبطة وأن النموذج تفوق على أخصائيي علم الأمراض عند الطلب في هذه الأقسام المجمدة (الشكل 8 في الملحق) ، هذا لم تتناول الدراسة بشكل مباشر المسألة المنفصلة المتعلقة بمدى تقارب الأقسام المجمدة (بالإضافة إلى تقييمات علماء الأمراض منها) مع الأقسام الدائمة التي تم الحصول عليها ومعالجتها لاحقًا من نفس عينة الخزعة.

كانت مجموعة البيانات صغيرة مقارنة بدراسات أخرى متعلقة بالتعلم عن بعد. ومع ذلك ، تم فحص ما يقرب من 8500 من الكبيبات في المجموع ، وهو رقم مرتفع نسبيًا. يكمن القيد في تقييم عدد أكبر من الحالات في العملية التي تستغرق وقتًا طويلاً للتعليق التوضيحي المتسلسل لمعايير WSI. لمزيد من تقييم متانة هذا النموذج ، ستكون هناك حاجة لدراسات إضافية حيث يتم اختبار النموذج باستخدام WSIs الناتجة عن المختبرات والماسحات الضوئية الإضافية.

الاستنتاجاتوجدت هذه الدراسة النذير أداء أفضل للقياس الكميتصلب الكبيبات العالميمن WSIs لزراعة متبرع مصبوغ بالهيماتوكسيلين دائم ومجمد ودائمعينات خزعة الكلىمن خلال نموذج DL مقارنة بأخصائيي علم الأمراض المعتمدين عند الطلب. تم تحسين الأداء بشكل أكبر من خلال فحص أقسام الأنسجة الإضافية ، وهي عملية تتجاوز قدرة علماء الأمراض في الطبيعة الحساسة للوقت لتقييم عينات خزعة المتبرعين. أشارت النتائج إلى انخفاض احتمالية سوء التوصيف في المائةتصلب الكبيبات العالميعند استخدام نموذج DL ، مما يقلل من احتمالية التخلص من أعضاء المتبرعين بشكل غير مناسب أو استخدام عضو دون المستوى الأمثل. توضح النتائج المكاسب الجوهرية التي يمكن تحقيقها باستخدام طرق DL في الممارسة السريرية لعلم الأمراض الجراحي.