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            • 病理分析耗時一周?AI腦瘤術中成像技術150秒識別病理診斷

              2020
              01/07

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              一項新的研究發現,一種將先進的光學成像與AI相結合的新穎方法可以對腦腫瘤進行准確的術中診斷

              一項新的研究發現,一種將先進的光學成像與AI相結合的新穎方法可以對腦腫瘤進行准確,實時精確快速的術中診斷。

              該研究于1月6日發表在《自然醫學》上:一款在大腦手術中診斷常見腦腫瘤的人工智能系統,通過機器學習檢查了腦腫瘤圖像分類的診斷准確性,並與病理學家解釋傳統組織學圖像的准確性進行了比較。兩種方法的結果均具有可比性:基于AI的診斷准確率爲94.6%,而基于病理學家的解釋爲93.9%。診斷能力與病理醫生相當。

              這種成像技術是受激拉曼組織學(SRH)刺激的,它通過收集散射的激光來揭示人體組織中的腫瘤浸潤,從而照亮了標准組織學圖像中通常看不到的基本特征。

              顯微圖像然後用人工智能進行處理和分析,並且在不到兩分半的時間內,外科醫生就能看到預測的腦腫瘤診斷。使用相同的技術,在切除後,他們能夠准確地檢測並清除原本無法檢測到的腫瘤。

              這篇論文題爲《使用受激拉曼組織學和深度神經網絡進行近實時術中腦腫瘤診斷》(Near real-time intraoperative brain tumor diagnosis using stimulated Raman histology and deep neural networks)。

              准確的組織病理學診斷對于提供最佳的腦瘤手術治療至關重要。術中決策和手術目標因腫瘤病理而異。現有的術中組織學檢查方法耗時、費力,且常引入人工因素,限制了病理分析。

              在一些腦腫瘤手術中,術中切除的腫瘤組織會被送往病理學實驗室,由病理學醫生對其進行切片、染色、觀察和分析。大約需等待30至40分鍾,手術室裏的神經外科醫生才能得到病理學分析結果,據此決定下一步手術流程。以美國爲例,每年有超過110萬份腫瘤樣本需要活檢,但病理醫生的人手卻不夠。

              爲提高術中診斷速度、彌補醫生人手不足,研究人員致力于腦瘤的術中快速診斷。

              2017年初,《自然-生物醫學工程》(Nature Biomedical Engineering)期刊報道了Orringer當時所屬的密歇根大學醫學院率先在手術室中使用受激拉曼組織學方法提高腫瘤診斷速度和效率。

              受激拉曼組織學(SRH)背後的技術是受激拉曼散射顯微鏡,開發于2008年,可快速、精准探測腦瘤組織,從而幫助外科醫生更加安全、有效地實施切除手術。這一新型成像技術是一種無標記技術,不需要引入染料、熒光分子或熒光蛋白等標記物,可以直接探測樣品本身的光譜信號。密歇根大學使用的受激拉曼散射顯微鏡是經過改良的臨床版本。

              當時的方案結合機器學習,能在30個患者樣本中以90%的准確率判斷腦腫瘤亞型。研究第一作者稱,該方案“將術中診斷過程從30分鍾減少至約3分鍾”。(受激拉曼組織學應用示例,圖1、圖2)

              圖1:正常腦和小兒腦腫瘤的SRH組織病理學特征。A,正常新皮層顯示大的錐體神經元,脂聯素胞質內含物呈亮粉紅色。軸突在新皮質中清晰地顯示爲白線。B,正常的皮層下白質顯示少突膠質細胞嵌在粉紅色的球狀密集髓鞘軸突的背景中。C,屍體標本中的紋狀體顯示出具有條紋狀白質束的深灰質神經元。D,上皮星形膠質細胞瘤顯示出長而細密的小葉膠質細胞突。E,神經膠質瘤在膠質細胞背景中具有大的雙核神經節細胞。F,多形性黃體星形細胞瘤,帶有大量脂化腫瘤細胞(插圖)。G,彌漫性中線神經膠質瘤顯示微血管增生和發育不良。H和I,髓母細胞瘤(H)和其他胚胎腫瘤(I)表現出高細胞,小圓形藍細胞形態和TAM浸潤。

              圖2:SRH可以識別後顱窩的兒科手術損傷。顯示了三個最常見的後顱窩手術損傷的磁共振圖像(矢狀T1加權矢狀post後):毛細胞星形細胞瘤(A),室管膜瘤(E)和髓母細胞瘤(I)。星形細胞星形細胞瘤SRH呈雙相模式(黑色虛線;B),具有豐富的蛋白質胞漿突生過程(C)和羅森塔爾纖維(D)。室間隔膜瘤在橫截面(G)和縱截面(H)中顯示出玫瑰花結形成(F)和假玫瑰花結形成。髓母細胞瘤是在低密集細胞過多(?)和高倍率(K)。在整個SRH鑲嵌圖中都可以看到荷馬-賴特玫瑰花結的形成(L)。

              INC國際神經外科醫生集團表示:SRH是全面的神經外科成像技術套件的前沿技術,可與術中MRI和熒光引導手術協同工作,爲世界神經外科醫生提供高分辨率的精確術中指導,提高腫瘤切除率與安全性。

              本文由作者自行上傳,並且作者對本文圖文涉及知識産權負全部責任。如有侵權請及時聯系(郵箱:guikequan@hmkx.cn

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