Добици:
- Способност да се објасни како се на радиолошким сликама успостављају токови детекције, сегментације и приоритета подржани вештачком интелигенцијом
- Способност одвајања излазних података модела (топлотна мапа, вероватноћа, мерење) од одлуке радиолога и позиционирања у улогу подршке
- Способност да се валидирају резултати модела слике са осетљивошћу/специфичношћу, лажно позитивним оптерећењем и клиничким контекстом
Радиологија је најзрелија област примене вештачке интелигенције у биомедицинском инжењерству. Рендген (рендгенски снимак), компјутерска томографија (ЦТ; ЦТ на енглеском, комбинујући рендгенске резове снимљене из различитих углова) и магнетна резонанца (МР; МРИ на енглеском, снимање ткива јаким магнетним пољем и радио таласима) производе милионе слика сваког дана. Радиологу су потребне године стручности да протумачи ове слике. Вештачка интелигенција доприноси овом процесу детекцијом (скретање пажње на налаз), сегментацијом (цртање граница структуре; сегментација на енглеском) и одређивањем приоритета (стављање хитних случајева на почетак реда; тријажа на енглеском). У овој јединици ћемо видети како су ови токови посла постављени и — што је најважније — како је излаз позициониран као улаз, а не замена за одлуку радиолога.
Као инжењер, ваш посао је често да развијете модел, интегришете га, потврдите и надгледате његов учинак са клиничким тимом. Дијагнозу поставља радиолог. АИ не поставља дијагнозу; скреће пажњу, мери, сортира.
Кораци радиолошког АИ радног тока
Корак 1 — Подаци и претходна обрада. Слике долазе као ДИЦОМ (Дигитална слика и комуникације у медицини; стандардни фајл и формат комуникације за медицинске слике). Претходна обрада; То укључује отварање прозора (подешавање контраста слике), поновно узорковање (промена величине резова на стандардну величину) и смањење шума. Овај корак је сигуран и погодан за аутоматизацију.
Корак 2 — Детекција и сегментација. Узорак означава подручје које одговара плућном чвору, прелому или крварењу. Излаз је обично у облику оцене вероватноће и топлотне мапе (слој који бојом приказује области на којима је концентрисана пажња модела). У сегментацији, модел црта границе пиксела органа или лезије; Ово се користи за мерење запремине.
Корак 3 - Одредите приоритете. Ако се открије хитан налаз (нпр. крварење у мозгу), случај се преноси на радну листу. Овде није циљ да се промени радиолог, већ да се обезбеди да се критични случај види раније.
Корак 4 — Процена радиолога. Резултати модела се представљају радиологу као слој препоруке. Радиолог прихвата, одбија или мења. Коначан извештај и дијагноза припада радиологу.
Корак 5 — Верификација и праћење. Када је модел на терену, његове перформансе се стално прате; Лажно позитивне и лажно негативне стопе се прате одвојено на различитим уређајима и групама пацијената.
Осетљивост, специфичност и лажно позитивно оптерећење
Постоје две основне метрике за процену модела слике. Осетљивост је стопа откривања оних који су заиста болесни: висока осетљивост значи мање пропуштених налаза. Специфичност је стопа по којој тачно елиминишемо заиста здраве: висока специфичност значи мање лажних аларма. Између ово двоје постоји равнотежа; Ако снизите праг и откријете више налаза, лажни аларми се повећавају.
Критички концепт у клиници је терет лажних позитивних резултата: ако модел пречесто каже „сумњиво“, радиолог мора сваки пут да искључи ове ознаке и након неког времена упозорења не схвата озбиљно (замор од упозорења). Према томе, не треба проценити само осетљивост модела, већ и број лажних позитивних резултата у стварном току рада.
Три мини случаја: према бројевима
Случај 1 — Време уштеђено одређивањем приоритета. Модел приоритета крварења у ЦТ мозга примењен је у болници. Просечно време за случај крварења које треба прво видети радиолог смањило се са 28 минута на 8 минута. Међутим, модел није успео да ухвати пропуштено мало субарахноидално крварење; стога су сви случајеви поново подвргнути потпуном радиолошком очитавању. Модел је убрзао сортирање, али није елиминисао читање.
Случај 2 — Лажно позитивно оптерећење. Модел детекције плућних нодула произвео је у просеку 6 „сумњивих“ знакова по пацијенту када је покренут са ниским прагом да би се повећала осетљивост на 94%; Највише су то били васкуларни пресеци и бенигна жаришта. У року од две недеље, радиолози су почели да игноришу знаке. Када је праг поново подешен и број ознака смањен на 1,5 по пацијенту, модел је поново постао користан.
Случај 3 — Померање на терену. Модел детекције прелома је изведен са осетљивошћу од 91% на дигиталним рендгенским апаратима у болници А, али је пао на 72% у болници Б користећи преносне уређаје другог произвођача. Квалитет слике и позиционирање су били другачији. Модел се не може сматрати поузданим без даље валидације на сваком уређају и популацији у којој ће се користити.
Слаба порука / јака промпт
Напомена: Упутства у наставку служе за конфигурисање текстуалног извештаја или тока посла, а не за тумачење саме слике. Дијагноза слике је дело потврђеног клиничког софтвера и радиолога.
Слабо обавештење:
Погледајте овај рендгенски извештај и реците ми да ли је пацијент болестан.[извештај]
Снажан упит:
Ваша улога: Ви сте асистент у току рада радиологије (ВИ НИСТЕ ДИЈАГНОСТИКА). Текст анонимног радиолошког извештаја структурирајте на следећи начин: - Табелирајте налазе, мерења и анатомске локације. - Задржите нејасне/негативне изјаве („не могу се искључити“) какве јесу, немојте их чинити коначним. - Немојте додавати никакве налазе којих нема у тексту. - Сакупите реченице са „препоруком/наставком“ у посебном одељку. - На крају наведите 3 тачке које радиолог треба да потврди. Анонимни извештај: [текст]
Моћни брзи модел држи модел подаље од интерпретације и фокусира се на конфигурацију; Пожељно је задржати двосмисленост, јер је у језику радиологије кључна разлика између „не може се искључити“ и „доступно је“.
Четири шаблона за копирање
1) Конфигурација извештаја:
Поделите следећи анонимни радиолошки извештај у следеће наслове: Индикација, Техника, Налази, Закључак, Препорука. Држи се текста, не додај коментаре. Извештај: [текст]
2) Провера доследности мерења:
Наведите сва нумеричка мерења (мм, цм, ХУ) у овом извештају и означите конфликтне или нефизиолошке вредности. Извештај: [текст]
3) Модел плана евалуације:
Напишите нацрт плана евалуације за модел детекције слике: осетљивост, специфичност, лажно позитиван/пацијент, анализа подгрупе (уређај, узраст), скуп екстерне валидације. Означите тачке клиничког одобрења одвојено.
4) Лажно позитивна тријажна белешка:
Класификујте следећу листу излаза детекције као „висок/низак приоритет радиолога“; Напишите образложење за сваки разред. Наведите да одлуку препуштате радиологу. Листа: [излази]
Улога модела: По врсти налаза
Проналажење типа
АИ допринос
критичности
верификација
Одређивање приоритета хитног крварења
висока
веома високо
Радиолог потпуно читање
Откривање плућних чворова
висока
висока
Праг + протокол за праћење
Старост костију / мерење
висока
средње
Стручна контрола
Сегментација запремине органа
висока
средње
Ручна верификација узорка
Конфигурација извештаја (текст)
висока
ниско
Потврда радиолога
Савет: Никада се не ослањајте на један проценат тачности када процењујете модел екрана. Тражите заједно осетљивост, специфичност, лажно позитивно оптерећење и учинак подгрупе; „На ком уређају и групи пацијената сте тестирали модел?“ питање открива већину проблема.
Опрез: Топлотна мапа не гарантује „зашто“ је модел одлучио на начин на који је одлучио; То само показује где је ваша пажња усмерена. Понекад модел даје тачан одговор из погрешног разлога (на пример, гледајући у маркер на слици). Излаз објашњивости такође захтева валидацију.
Уобичајене грешке
- Ослањајући се на једну метрику. Висока укупна прецизност може прикрити ниску осетљивост у критичној подгрупи.
- Не мерење лажног позитивног оптерећења. Модел који производи превише сигнала ствара замор стимулуса и напушта се.
- Верификујте модел на једном уређају и користите га било где. Померање поља је најчешћи узрок неуспеха АИ слике.
- Грешка топлотна мапа као доказ. Мапа пажње није објашњење; Тачан одговор може бити заснован на погрешном разлогу.
- Уклањање радиолога. Модел даје приоритете и означава; Дијагноза и извештај припадају радиологу.
Укратко
- Радиолошки АИ; Он производи вредност кроз откривање, сегментацију и одређивање приоритета и не замењује дијагнозу.
- Постоји равнотежа између осетљивости и специфичности; Лажно позитивно оптерећење је критична метрика у клиници.
- Модели морају проћи екстерну валидацију (промена домена) на сваком уређају и популацији у којој ће се користити.
- Топлотне мапе показују пажњу, али не гарантују објашњење; не може се узети као доказ.
- Коначна дијагноза и извештај припада радиологу; АИ је слој подршке.
Задатак апликације
Изаберите постојећи (или хипотетички) сценарио детекције слике. Напишите оквир за евалуацију за овај модел: наведите које метрике (осетљивост, специфичност, лажно позитиван/пацијент), које подгрупе (уређај, узраст, пол) и који скуп екстерне валидације ћете користити. Затим означите тачну тачку у току рада где је радиолог донео одлуку и објасните у параграфу како је излаз модела унет у ту одлуку.
контролна листа
- [ ] Могу разликовати улоге радиолошке АИ у детекцији, сегментацији и одређивању приоритета.
- [ ] Могу заједно да проценим осетљивост, специфичност и лажно позитивно оптерећење.
- [ ] Знам шта је померање поља и зашто је потребна спољна валидација.
- [ ] Схватио сам да топлотна мапа није објашњење и потребна је верификација.
- [ ] Могу да поставим излаз модела као инпут за одлуку радиолога, а не као замену за њега.