นักวิจัยที่ ดยุคแห่งศูนย์การแพทย์มหาวิทยาลัย ได้พัฒนาระบบตรวจจับโดยใช้คอมพิวเตอร์ช่วย (CAD) ที่ใช้การเรียนรู้เชิงลึกเพื่อระบุการแพร่กระจายของสมองที่ยากต่อการตรวจหาในภาพ MR อัลกอริทึมแสดงความไวและความจำเพาะที่ยอดเยี่ยม ซึ่งมีประสิทธิภาพดีกว่าระบบ CAD อื่นๆ ที่กำลังพัฒนา เครื่องมือนี้แสดงศักยภาพในการระบุการแพร่กระจายของสมองที่เกิดขึ้นใหม่ได้ตั้งแต่เนิ่นๆ ทำให้สามารถกำหนดเป้าหมายด้วยการผ่าตัดด้วยคลื่นวิทยุ Stereotactic (SRS) เมื่อปรากฏขึ้นครั้งแรก และลดจำนวนการรักษาที่จำเป็นสำหรับผู้ป่วยบางราย
SRS ซึ่งใช้ลำแสงโฟตอนที่โฟกัสอย่างแม่นยำเพื่อส่งปริมาณรังสีสูงไปยังเป้าหมายในสมองในการบำบัดด้วยรังสีเพียงครั้งเดียว กำลังพัฒนาเป็นการรักษามาตรฐานสำหรับผู้ป่วยที่มีการแพร่กระจายของสมองในจำนวนจำกัด อย่างไรก็ตาม หากต้องการกำหนดเป้าหมายไปที่การแพร่กระจาย คุณต้องระบุสิ่งนั้นในอิมเมจ MR ก่อน น่าเสียดายที่ประมาณ 10% ไม่ใช่ 30% สำหรับผู้ที่มีขนาดน้อยกว่า 3 มม. แม้ว่าจะได้รับการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญด้านรังสีวิทยาก็ตาม
เมื่อการแพร่กระจายของเนื้อสมองที่ยังไม่ถูกค้นพบเหล่านี้ ซึ่งนักวิจัยเรียกว่าการแพร่กระจายของเนื้อร้ายที่ระบุย้อนหลัง (RIMs) ถูกระบุในการสแกน MRI ภายหลัง การรักษา SRS ครั้งที่สองจึงมีความจำเป็น การรักษาดังกล่าวมีราคาแพงและอาจไม่สะดวกและลุกลาม บางครั้งต้องตรึงศีรษะไว้กับโครงยึดกะโหลกด้วยหมุด
ในการประชุมประจำปี ASTRO เมื่อเร็วๆ นี้ เดวอน ก็อดฟรีย์ อธิบายว่านักวิจัยได้ออกแบบระบบ CAD ที่ใช้เครือข่ายประสาทเทียม (CNN) โดยเฉพาะเพื่อปรับปรุงการตรวจจับและการแบ่งส่วนของ RIM ที่ตรวจจับได้ยากและการแพร่กระจายที่ตรวจพบในอนาคต (PIMs) ที่มีขนาดเล็กมาก ก็อดฟรีย์และเพื่อนร่วมงานอธิบายการทดสอบและการตรวจสอบความถูกต้องของระบบนี้ใน วารสารนานาชาติด้านรังสีชีววิทยา ชีววิทยา ฟิสิกส์.
ทีมงานได้ฝึกฝนเครื่องมือ CAD กับข้อมูล MRI (ลำดับการสะท้อนแบบเกรเดียนต์แบบเกรเดียนต์ที่เพิ่มความเปรียบต่าง) จากผู้ป่วย 135 รายที่มีการแพร่กระจายไปยังสมอง 563 ครั้ง ภาพเหล่านี้ได้มาจากเครื่องสแกน MRI 1.5 T และ 3.0 T จากผู้จำหน่ายต่างๆ ในสถานที่ต่างๆ ของ Duke Health โดยรวมแล้ว ชุดข้อมูลประกอบด้วย PIM 491 รายการที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย 6.7 มม. และ RIM 72 รายการจากผู้ป่วย 32 ราย โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ย 2.7 มม.
ในการระบุ RIM นักวิจัยได้ตรวจสอบภาพ MR ดั้งเดิมของผู้ป่วยแต่ละรายเพื่อค้นหาสัญญาณของการเพิ่มความคมชัดในตำแหน่งที่แน่นอนซึ่งตรวจพบการแพร่กระจายในภายหลัง หลังจากการตรวจสอบ พวกเขาจัดประเภท RIM แต่ละรายการว่าตรงตามเกณฑ์การวินิจฉัยด้วยภาพ (+DC) หรือมีข้อมูลภาพไม่เพียงพอ (-DC) ที่จะระบุว่าเป็นการแพร่กระจาย
นักวิจัยสุ่มชุดข้อมูลของ RIM และ PIM ออกเป็น XNUMX กลุ่ม โดยใช้ XNUMX กลุ่มสำหรับการพัฒนาแบบจำลองและอัลกอริทึม และกลุ่มหนึ่งเป็นกลุ่มทดสอบ “การรวม RIM ทั้ง +DC และ -DC ส่งผลให้มีความไวสูงสุดสำหรับทุกประเภทและขนาดการแพร่กระจายของสมอง ในขณะเดียวกันก็ส่งคืนอัตราการเกิดผลบวกปลอมที่ต่ำที่สุดและค่าการทำนายผลบวกสูงสุด” พวกเขารายงาน "สิ่งนี้แสดงให้เห็นถึงประโยชน์ที่ชัดเจนของการรวมตัวอย่างที่มีน้ำหนักมากเกินไปของการแพร่กระจายของสมองที่ท้าทายขนาดเล็กไปยังข้อมูลการฝึกอบรม CAD"
สำหรับ PIM และ +DC RIM ซึ่งมีลักษณะเฉพาะที่ชัดเจนของการแพร่กระจายใน MRI แบบจำลองนี้มีความไวโดยรวมอยู่ที่ 93% ตั้งแต่ 100% สำหรับรอยโรคที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 6 มม. ถึง 79% สำหรับรอยโรคที่มีขนาดเล็กกว่า 3 มม. อัตราผลบวกลวงยังต่ำอย่างน่าประทับใจด้วยค่าเฉลี่ย 2.7 ต่อคน เทียบกับระหว่างแปดถึง 35 ในระบบ CAD อื่นที่มีความไวในการตรวจจับรอยโรคขนาดเล็กที่เทียบเคียงได้
ระบบ CAD ยังสามารถตรวจจับ -DC RIM บางส่วนได้ทั้งในชุดการพัฒนาและชุดทดสอบ การระบุการแพร่กระจายของสมองในระยะแรกสุดนี้จะเป็นประโยชน์ทางคลินิกอย่างยิ่ง เนื่องจากรอยโรคดังกล่าวสามารถตรวจสอบได้อย่างละเอียดมากขึ้นด้วยการถ่ายภาพ กระตุ้นให้เกิดการรักษาหากจำเป็น
ขณะนี้ทีม Duke กำลังทำงานเพื่อปรับปรุงความแม่นยำของเครื่องมือ CAD โดยใช้ลำดับ MR หลายชุด ก็อดฟรีย์อธิบายว่าการศึกษา MRI ของสมองมักจะรวมลำดับ MR หลายชุดซึ่งสร้างข้อมูลเฉพาะเกี่ยวกับทุกๆ voxel ในสมอง “เราเชื่อว่าการรวมข้อมูลเพิ่มเติมที่มีอยู่จากลำดับอื่นๆ เหล่านี้ควรปรับปรุงความแม่นยำ” เขากล่าว
ก็อดฟรีย์ตั้งข้อสังเกตว่า นักวิจัยเหลือเวลาอีกเพียงไม่กี่สัปดาห์จากการเปิดตัวการศึกษาจำลองการใช้งานทางคลินิกในอนาคตของระบบ CAD ที่มีอยู่ เพื่อตรวจสอบว่าเครื่องมือนี้ส่งผลกระทบต่อการตัดสินใจทางคลินิกของทั้งรังสีแพทย์และรังสีวิทยาเนื้องอกวิทยาอย่างไร
การเรียนรู้เชิงลึกช่วยให้นักรังสีวิทยาตรวจพบมะเร็งปอดจากการเอ็กซ์เรย์ทรวงอก
“แพทย์ผู้เชี่ยวชาญด้านรังสีวิทยาหลายคนและผู้เชี่ยวชาญด้านเนื้องอกวิทยาจากรังสีระบบประสาทที่ทำการตรวจ SRS จะได้รับการสแกน MR ของสมอง พวกเขาจะถูกขอให้ค้นหารอยโรคที่อาจแพร่กระจายไปยังสมอง ประเมินระดับความมั่นใจว่ามันคือสิ่งนั้น และระบุว่าพวกเขาจะรักษารอยโรคด้วย SRS หรือไม่ โดยพิจารณาจากลักษณะที่ปรากฏในภาพ” เขาบอก โลกฟิสิกส์. “จากนั้นเราจะนำเสนอการคาดการณ์ CAD และประเมินผลกระทบของ CAD ต่อการตัดสินใจทางคลินิกของแพทย์แต่ละคน”
หากการศึกษาจำลองนี้ให้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจ ก็อดฟรีย์คาดว่าจะใช้เครื่องมือ CAD เพื่อช่วยระบุการแพร่กระจายของสมองที่ท้าทายในอนาคตในผู้ป่วยรายใหม่ที่กำลังรับการรักษาในคลินิก Duke Radiation Oncology ภายใต้โปรโตคอลการวิจัย ซึ่งอาจจะเร็วที่สุดในช่วงกลางปี 2023
