大腸癌是全球**大*常見的癌癥，大約90%的病例發(fā)生在50歲以上的人群中。癌細(xì)胞從結(jié)腸的內(nèi)表面或粘膜層產(chǎn)生，可以穿透結(jié)腸的更深層并擴(kuò)散到其他器官。如果不及時(shí)**，這種**是致命的。
當(dāng)前的結(jié)腸癌篩查是通過柔性結(jié)腸鏡進(jìn)行的。該過程包括使用安裝在內(nèi)窺鏡上的攝像頭對(duì)結(jié)腸和直腸的粘膜襯層進(jìn)行目視檢查。然后對(duì)出現(xiàn)的異常區(qū)域進(jìn)行活檢以進(jìn)行分析。盡管這是當(dāng)前的護(hù)理標(biāo)準(zhǔn)，但確實(shí)有其缺點(diǎn)。首先，該技術(shù)依賴于視覺檢測(cè)，但是肉眼很難檢測(cè)到小的病變，而且經(jīng)常會(huì)漏掉早期惡性腫瘤。其次，視覺內(nèi)窺鏡檢查只能檢測(cè)腸壁表面的變化，而不能檢測(cè)其深層。
圣路易斯華盛頓大學(xué)麥克凱爾維工程學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程教授朱奎寧和生物醫(yī)學(xué)工程博士生曾一峰正在開發(fā)一種新的成像技術(shù)，該技術(shù)可以提供準(zhǔn)確，實(shí)時(shí)的計(jì)算機(jī)輔助診斷大腸癌。
通過使用深度學(xué)習(xí)(一種機(jī)器學(xué)習(xí))，研究人員將該技術(shù)用于來自結(jié)直腸組織樣本的26,000多個(gè)單獨(dú)的成像數(shù)據(jù)幀，以確定該方法的準(zhǔn)確性。與病理報(bào)告相比，他們能夠在該初步研究中以100%的準(zhǔn)確度識(shí)別腫瘤。
這是**將這種類型的成像與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合的報(bào)告，以區(qū)分健康的大腸組織與癌前息肉和癌性組織。結(jié)果將提前在線發(fā)表在Theranostics雜志上。
研究技術(shù)基于光學(xué)相干斷層掃描(OCT)，這是一種光學(xué)成像技術(shù)，已在眼科領(lǐng)域使用了20年，用于拍攝視網(wǎng)膜圖像。但是，麥克凱維學(xué)院和其他地方的工程師一直在將該技術(shù)用于其他用途，因?yàn)樵摷夹g(shù)可提供高達(dá)1至2毫米成像深度的高空間和深度分辨率。OCT檢測(cè)健康和患病組織折射光的方式的差異，并對(duì)癌前期和早期癌癥的形態(tài)變化高度敏感。進(jìn)一步發(fā)展后，該技術(shù)可與傳統(tǒng)結(jié)腸鏡檢查一起用作實(shí)時(shí)，非侵入性成像工具，以協(xié)助篩查位置較深的癌前息肉和早期結(jié)腸癌。
該論文的**作者，華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院馬林克羅德放射學(xué)院放射學(xué)教授朱說：“我們認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)與結(jié)腸鏡內(nèi)窺鏡相結(jié)合，將對(duì)外科醫(yī)生診斷大腸癌非常有幫助。” 。“有必要進(jìn)行更多的研究，但是想法是，當(dāng)外科醫(yī)生使用結(jié)腸鏡檢查檢查結(jié)腸表面時(shí)，可以將該技術(shù)局部放大，以幫助更準(zhǔn)確地診斷較深的癌前息肉和早期癌癥(相對(duì)于正常組織)。”
朱和她的團(tuán)隊(duì)與結(jié)腸和直腸外科主任Matthew Mutch博士合作。小威廉·查普曼(William C. Chapman)，醫(yī)學(xué)博士，結(jié)腸和直腸外科手術(shù)住院醫(yī)師;以及醫(yī)學(xué)院的病理學(xué)和**學(xué)助理教授Deyali Chatterjee博士。
兩年前，該論文的主要作者曾梵志開始使用OCT作為研究工具來對(duì)從醫(yī)學(xué)院提取的結(jié)直腸組織樣本進(jìn)行成像。他觀察到，健康的結(jié)直腸組織具有與牙齒相似的圖案。然而，癌前和癌前組織很少顯示這種模式。牙齒圖案是由結(jié)直腸組織的健康黏膜微結(jié)構(gòu)的光衰減引起的。
曾梵志開始與另一位研究生徐世奇(Shiqi Xu)合作，他于2019年從麥凱維工程(McKelvey Engineering)獲得了電氣工程碩士學(xué)位，并且是該論文的**作者，以訓(xùn)練視網(wǎng)膜神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型RetinaNet。模式以處理數(shù)據(jù)，以識(shí)別和學(xué)習(xí)組織樣本中的模式。他們使用從患者組織樣本中的20個(gè)腫瘤區(qū)域，16個(gè)良性區(qū)域和六個(gè)其他異常區(qū)域獲取的約26,000張OCT圖像對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了訓(xùn)練和測(cè)試。使用標(biāo)準(zhǔn)組織學(xué)將通過該系統(tǒng)預(yù)測(cè)的診斷與組織標(biāo)本的評(píng)估進(jìn)行比較。病理學(xué)家Zahra Alipour和Heba Abdelal協(xié)助進(jìn)行了比較。研究小組發(fā)現(xiàn)敏感性為100%，特異性為99.7%。
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