دعم تحليل الصور الطبية: الأشعة (الأشعة السينية، المقطعية، والرنين المغناطيسي)

المكاسب:

• القدرة على شرح كيفية إنشاء سير عمل الكشف والتجزئة وتحديد الأولويات المدعوم بالذكاء الاصطناعي في الصور الإشعاعية
• القدرة على فصل مخرجات النموذج (الخريطة الحرارية والاحتمالية والقياس) عن قرار أخصائي الأشعة ووضعها في دور داعم
• القدرة على التحقق من صحة مخرجات نموذج الصورة من خلال الحساسية / الخصوصية والعبء الإيجابي الخاطئ والسياق السريري

يعد علم الأشعة مجال التطبيق الأكثر نضجًا للذكاء الاصطناعي في الهندسة الطبية الحيوية. الأشعة السينية (X-ray)، والتصوير المقطعي المحوسب (CT؛ CT باللغة الإنجليزية، والجمع بين مقاطع الأشعة السينية المأخوذة من زوايا مختلفة) والرنين المغناطيسي (MR؛ MRI باللغة الإنجليزية، تصوير الأنسجة بمجال مغناطيسي قوي وموجات الراديو) تنتج ملايين الصور كل يوم. ويستغرق أخصائي الأشعة سنوات من الخبرة لتفسير هذه الصور. يساهم الذكاء الاصطناعي في هذه العملية من خلال الكشف (لفت الانتباه إلى النتيجة)، والتجزئة (رسم حدود الهيكل؛ التجزئة باللغة الإنجليزية) وتحديد الأولويات (وضع الحالات العاجلة في بداية قائمة الانتظار؛ الفرز باللغة الإنجليزية). في هذه الوحدة، سنرى كيف يتم إعداد مسارات العمل هذه، والأهم من ذلك، كيف يتم وضع المخرجات كمدخل لقرار أخصائي الأشعة، وليس كبديل له.

باعتبارك مهندسًا، تتمثل مهمتك غالبًا في تطوير النموذج ودمجه والتحقق من صحته ومراقبة أدائه مع الفريق السريري. يقوم أخصائي الأشعة بالتشخيص. الذكاء الاصطناعي لا يقوم بالتشخيص؛ يلفت الانتباه، والتدابير، والأنواع.

خطوات سير عمل الذكاء الاصطناعي الإشعاعي

الخطوة 1 - البيانات والمعالجة المسبقة. تأتي الصور باسم DICOM (التصوير الرقمي والاتصالات في الطب؛ تنسيق الملف والاتصال القياسي للصور الطبية). المعالجة المسبقة؛ يتضمن ذلك النوافذ (ضبط تباين الصورة)، وإعادة التشكيل (تغيير حجم الشرائح إلى الحجم القياسي)، وتقليل الضوضاء. هذه الخطوة آمنة ومناسبة للأتمتة.

الخطوة 2 - الكشف والتجزئة. يشير النمط إلى المنطقة المقابلة لعقدة الرئة أو الكسر أو النزف. عادة ما يكون الإخراج في شكل درجة احتمالية وخريطة حرارية (طبقة تظهر حسب اللون المناطق التي يتركز فيها انتباه النموذج). في التجزئة، يرسم النموذج حدود البكسل لعضو أو آفة؛ يستخدم هذا لقياس الحجم.

الخطوة 3 - تحديد الأولويات. إذا تم الكشف عن نتيجة عاجلة (على سبيل المثال، نزيف في الدماغ)، يتم عرض الحالة في قائمة العمل. الهدف هنا ليس تغيير طبيب الأشعة، بل التأكد من رؤية الحالة الحرجة في وقت مبكر.

الخطوة 4 – تقييم أخصائي الأشعة. يتم تقديم مخرجات النموذج إلى أخصائي الأشعة كطبقة توصية. طبيب الأشعة يقبل أو يرفض أو يغير. التقرير النهائي والتشخيص يعود إلى أخصائي الأشعة.

الخطوة 5 – التحقق والمراقبة. وبمجرد وصول النموذج إلى الميدان، تتم مراقبة أدائه باستمرار؛ يتم تتبع المعدلات الإيجابية الكاذبة والسلبية الكاذبة بشكل منفصل عبر الأجهزة المختلفة ومجموعات المرضى.

الحساسية والنوعية والعبء الإيجابي الكاذب

هناك مقياسان أساسيان لتقييم نموذج الصورة. الحساسية هي معدل اكتشاف المرضى الحقيقيين: الحساسية العالية تعني قلة النتائج المفقودة. الخصوصية هي المعدل الذي نتخلص به بدقة من الأشياء الصحية حقًا: الخصوصية العالية تعني عددًا أقل من الإنذارات الكاذبة. هناك توازن بين هذين الاثنين؛ إذا خفضت الحد الأدنى واكتشفت المزيد من النتائج، فستزيد الإنذارات الكاذبة.

أحد المفاهيم الحاسمة في العيادة هو عبء الإيجابيات الكاذبة: إذا قال النموذج "مشبوه" في كثير من الأحيان، يجب على أخصائي الأشعة استبعاد هذه العلامات في كل مرة وبعد فترة من الوقت لا يأخذ التنبيهات على محمل الجد (إرهاق التنبيه). لذلك، لا ينبغي تقييم حساسية النموذج فحسب، بل يجب أيضًا تقييم عدد النتائج الإيجابية الخاطئة في سير العمل الفعلي.

ثلاث حالات صغيرة: بالأرقام

الحالة 1 - الوقت الذي تم توفيره عن طريق تحديد الأولويات. تم تنفيذ نموذج تحديد أولويات النزيف في التصوير المقطعي المحوسب للدماغ في المستشفى. انخفض متوسط ​​الوقت اللازم لرؤية حالات النزيف لأول مرة من قبل أخصائي الأشعة من 28 دقيقة إلى 8 دقائق. ومع ذلك، فشل النموذج في التقاط نزيف تحت العنكبوتية صغير غاب. لذلك خضعت جميع الحالات مرة أخرى لقراءة الأشعة الكاملة. وقد أدى هذا النموذج إلى تسريع عملية الفرز، لكنه لم يلغي القراءة.

الحالة 2 - العبء الإيجابي الكاذب. أنتج نموذج الكشف عن عقيدات الرئة ما متوسطه 6 علامات "مشبوهة" لكل مريض عند تشغيله بعتبة منخفضة لزيادة الحساسية إلى 94%؛ وكانت معظم هذه المقاطع الوعائية والبؤر الحميدة. وفي غضون أسبوعين، بدأ أخصائيو الأشعة في تجاهل العلامات. وعندما تم تعديل العتبة وخفض عدد العلامات إلى 1.5 لكل مريض، أصبح النموذج مفيدًا مرة أخرى.

الحالة 3 - التحول الميداني. تم تنفيذ نموذج الكشف عن الكسور بحساسية 91% على أجهزة الأشعة السينية الرقمية في المستشفى "أ"، لكنه انخفض إلى 72% في المستشفى "ب" باستخدام أجهزة محمولة من شركة مصنعة مختلفة. كانت جودة الصورة وتحديد المواقع مختلفة. لا يمكن اعتبار النموذج موثوقًا به دون التحقق من صحته بشكل أكبر على كل جهاز ومجموعة سكانية سيتم استخدامه فيها.

موجه ضعيف / موجه قوي

ملاحظة: المطالبات الواردة أدناه مخصصة لتكوين تقرير نصي أو سير عمل، وليس لتفسير الصورة نفسها. تشخيص الصور هو عمل البرامج السريرية وأخصائي الأشعة المعتمدين.

حث ضعيف:

انظر إلى تقرير الأشعة السينية هذا وأخبرني إذا كان المريض مريضًا.[تقرير]

مطالبة قوية:

دورك: أنت مساعد سير عمل الأشعة (أنت لست متخصصًا في التشخيص). قم بتركيب نص تقرير الأشعة المجهول على النحو التالي: - جدول النتائج والقياسات والمواقع التشريحية. - احتفظ بالعبارات الغامضة/السلبية ("لا يمكن استبعادها") كما هي، ولا تجعلها نهائية. - لا تقم بإضافة أي نتائج غير موجودة في النص. - جمع جمل "التوصية/المتابعة" في قسم منفصل. - وفي النهاية اذكر 3 نقاط يجب على طبيب الأشعة التأكد منها. تقرير مجهول: [نص]

يحافظ النموذج الفوري القوي على النموذج بعيدًا عن التفسير ويركز على التكوين؛ ومن المرغوب فيه الحفاظ على الغموض، لأن الفرق بين "لا يمكن استبعاده" و"متاح" في لغة علم الأشعة أمر بالغ الأهمية.

أربعة قوالب قابلة للنسخ

1) تكوين التقرير:

قم بتقسيم تقرير الأشعة المجهول التالي إلى العناوين التالية: الإشارة، التقنية، النتائج، الاستنتاج، التوصية. التزم بالنص، ولا تضيف تعليقات. تقرير: [النص]

2) التحقق من اتساق القياس:

قائمة بجميع القياسات الرقمية (مم، سم، HU) في هذا التقرير ووضع علامة على القيم المتضاربة أو غير الفسيولوجية. تقرير: [النص]

3) خطة التقييم النموذجية:

اكتب مسودة خطة تقييم لنموذج الكشف عن الصور: الحساسية، والنوعية، والإيجابية الكاذبة/المريض، وتحليل المجموعة الفرعية (الجهاز، العمر)، ومجموعة التحقق الخارجي. ضع علامة على نقاط الموافقة السريرية بشكل منفصل.

4) ملاحظة الفرز الإيجابية الكاذبة:

قم بتصنيف القائمة التالية لمخرجات الكشف على أنها "أولوية أخصائي الأشعة عالية/منخفضة"؛ اكتب الأساس المنطقي لكل فئة. اذكر أنك تترك القرار لأخصائي الأشعة. القائمة: [المخرجات]

دور النموذج: حسب نوع النتيجة

نوع البحث

مساهمة الذكاء الاصطناعي

الحرجية

التحقق

إعطاء الأولوية للنزيف العاجل

عالية

عالية جدا

أخصائي الأشعة قراءة كاملة

الكشف عن العقيدات الرئوية

عالية

عالية

العتبة + بروتوكول التتبع

عمر العظام/القياس

عالية

متوسطة

مراقبة الخبراء

تجزئة حجم الأعضاء

عالية

متوسطة

التحقق اليدوي من العينة

تكوين التقرير (نص)

عالية

منخفض

تأكيد الأشعة

نصيحة: لا تعتمد أبدًا على نسبة دقة واحدة عند تقييم نموذج العرض. اطلب الحساسية والنوعية والعبء الإيجابي الكاذب وأداء المجموعة الفرعية معًا؛ "على أي جهاز ومجموعة مرضى قمت باختبار النموذج؟" السؤال يكشف معظم المشاكل.

تحذير: لا تضمن الخريطة الحرارية "لماذا" قرر النموذج بالطريقة التي اتخذها؛ إنه يظهر فقط أين يتركز انتباهك. في بعض الأحيان يعطي النموذج الإجابة الصحيحة لسبب خاطئ (على سبيل المثال، من خلال النظر إلى علامة في الصورة). تتطلب مخرجات التفسير أيضًا التحقق من الصحة.

الأخطاء الشائعة

• الاعتماد على مقياس واحد. قد تخفي الدقة الإجمالية العالية حساسية منخفضة في مجموعة فرعية حرجة.
• عدم قياس الحمل الإيجابي الكاذب. إن النموذج الذي ينتج عددًا كبيرًا جدًا من الإشارات يؤدي إلى إجهاد التحفيز ويتم التخلي عنه.
• تحقق من النموذج على جهاز واحد واستخدمه في أي مكان. يعد انجراف المجال هو السبب الأكثر شيوعًا لفشل الذكاء الاصطناعي للصورة.
• الخلط بين الخريطة الحرارية والأدلة. خريطة الانتباه ليست تفسيرًا؛ قد تكون الإجابة الصحيحة مبنية على سبب خاطئ.
• استبعاد أخصائي الأشعة. النموذج يحدد الأولويات والأعلام؛ التشخيص والتقرير يعود إلى أخصائي الأشعة.

في ملخص

• الذكاء الاصطناعي الإشعاعي؛ فهو ينتج قيمة من خلال الكشف والتجزئة وتحديد الأولويات، ولا يحل محل التشخيص.
• هناك توازن بين الحساسية والخصوصية. العبء الإيجابي الكاذب هو مقياس بالغ الأهمية في العيادة.
• يجب أن تخضع النماذج للتحقق الخارجي (تحويل المجال) على كل جهاز ومجموعة سكانية سيتم استخدامها فيها.
• تُظهر الخرائط الحرارية الاهتمام ولكنها لا تضمن التفسير؛ لا يمكن أن تؤخذ كدليل.
• التشخيص النهائي والتقرير يعود لأخصائي الأشعة. الذكاء الاصطناعي هو طبقة دعم.

مهمة التطبيق

اختر سيناريو كشف الصور الموجود (أو الافتراضي). اكتب إطار تقييم لهذا النموذج: حدد المقاييس (الحساسية، والنوعية، والإيجابية الكاذبة/المريض)، والمجموعات الفرعية (الجهاز، والعمر، والجنس)، ومجموعة التحقق الخارجي التي ستستخدمها. ثم حدد النقطة المحددة في سير العمل التي اتخذ فيها أخصائي الأشعة قرارًا واشرح في فقرة كيف تم إدخال مخرجات النموذج في هذا القرار.

قائمة مرجعية

• [ ] يمكنني التمييز بين أدوار الكشف والتجزئة وتحديد الأولويات للذكاء الاصطناعي الإشعاعي.
• [ ] يمكنني تقييم الحساسية والنوعية والعبء الإيجابي الكاذب معًا.
• [ ] أعرف ما هو التحول الميداني وسبب الحاجة إلى التحقق الخارجي.
• [ ] أدركت أن الخريطة الحرارية ليست تفسيرًا وأن التحقق مطلوب.
• [ ] يمكنني وضع مخرجات النموذج كمدخل لقرار أخصائي الأشعة، بدلاً من استبداله.