Прибуток:
- Здатність пояснити, як на радіологічних зображеннях встановлюються робочі процеси виявлення, сегментації та визначення пріоритетів за допомогою штучного інтелекту
- Можливість відокремити вихідні дані моделі (теплову карту, ймовірність, вимірювання) від рішення радіолога та розмістити їх у допоміжній ролі
- Можливість перевірки результатів моделі зображення з чутливістю/специфічністю, хибнопозитивним навантаженням і клінічним контекстом
Радіологія є найбільш зрілою сферою застосування штучного інтелекту в біомедичній інженерії. Рентген (X-ray), комп’ютерна томографія (CT; CT англійською мовою, поєднання рентгенівських зрізів, зроблених під різними кутами) і магнітний резонанс (MR; MRI англійською мовою, зображення тканини за допомогою сильного магнітного поля та радіохвиль) створюють мільйони зображень щодня. Рентгенологу потрібні роки досвіду, щоб інтерпретувати ці зображення. Штучний інтелект сприяє цьому процесу шляхом виявлення (привернення уваги до знахідки), сегментації (нанесення меж структури; сегментація англійською мовою) та встановлення пріоритетів (розміщення термінових справ на початку черги; сортування англійською). У цьому розділі ми побачимо, як налаштовані ці робочі процеси і, що найважливіше, як результати позиціонуються як вхідні дані, а не як заміна рішення рентгенолога.
Як інженера, ваша робота часто полягає в тому, щоб розробити модель, інтегрувати її, підтвердити її та контролювати її ефективність разом із клінічною командою. Лікар-радіолог ставить діагноз. ШІ не діагностує; привертає увагу, міряє, сортує.
Етапи робочого процесу радіологічного штучного інтелекту
Крок 1 — Дані та попередня обробка. Зображення надходять у форматі DICOM (цифрове зображення та комунікація в медицині; стандартний формат файлів і комунікацій для медичних зображень). Попередня обробка; До них належать вікна (регулювання контрастності зображення), повторна вибірка (зміна розміру фрагментів до стандартного розміру) і зменшення шуму. Цей крок безпечний і підходить для автоматизації.
Крок 2 — Виявлення та сегментація. Візерунок позначає ділянку, що відповідає легеневому вузлу, перелому або крововиливу. Вихідні дані зазвичай мають форму оцінки ймовірності та теплової карти (шар, який показує кольором області, де зосереджена увага моделі). Під час сегментації модель малює піксельні межі органу чи ураження; Використовується для вимірювання об’єму.
Крок 3 — Розставте пріоритети. Якщо виявлено невідкладну знахідку (наприклад, крововилив у мозок), випадок переноситься вперед у робочому списку. Мета тут полягає не в тому, щоб змінити лікаря-рентгенолога, а в тому, щоб критичний випадок був оглянутий раніше.
Крок 4 — Оцінка радіолога. Результати моделі надаються радіологу як рекомендаційний рівень. Рентгенолог приймає, відхиляє або змінює. Остаточний висновок і діагноз належить радіологу.
Крок 5 — Перевірка та моніторинг. Коли модель знаходиться в полі, її продуктивність постійно контролюється; Показники хибнопозитивних і хибнонегативних результатів відстежуються окремо для різних пристроїв і груп пацієнтів.
Чутливість, специфічність і хибнопозитивне навантаження
Існує дві основні метрики для оцінки моделі зображення. Чутливість — це швидкість виявлення тих, хто дійсно хворий: висока чутливість означає менше пропущених результатів. Специфічність — це швидкість, з якою ми точно усуваємо справді здорові: висока специфічність означає менше помилкових тривог. Існує баланс між цими двома; Якщо ви знизите поріг і виявите більше знахідок, кількість помилкових тривог збільшиться.
Критичною концепцією в клініці є тягар хибних спрацьовувань: якщо модель надто часто каже «підозріло», радіолог повинен щоразу виключати ці прапорці та через деякий час не сприймає попередження серйозно (втома від тривоги). Тому слід оцінювати не тільки чутливість моделі, але й кількість помилкових спрацьовувань у реальному робочому процесі.
Три міні-кейси: у цифрах
Випадок 1 — Економія часу завдяки встановленню пріоритетів. Модель пріоритезації кровотечі на КТ головного мозку була реалізована в лікарні. Середній час, протягом якого випадки кровотечі були першими на огляді рентгенолога, зменшився з 28 хвилин до 8 хвилин. Однак моделі не вдалося зафіксувати пропущений невеликий субарахноїдальний крововилив; тому всі випадки знову пройшли повне читання рентгенолога. Модель прискорила сортування, але не позбавила читання.
Випадок 2 — Хибнопозитивне навантаження. Модель виявлення легеневих вузликів давала в середньому 6 «підозрілих» ознак на пацієнта, коли її запускали з низьким порогом для підвищення чутливості до 94%; Здебільшого це були судинні ділянки та доброякісні вогнища. Протягом двох тижнів радіологи почали ігнорувати ознаки. Коли поріг було переналаштовано, а кількість оцінок зменшено до 1,5 на пацієнта, модель знову стала корисною.
Випадок 3 — Зсув поля. Модель виявлення переломів виконана з 91% чутливістю на цифрових рентгенівських апаратах у лікарні А, але впала до 72% у лікарні Б за допомогою портативних пристроїв іншого виробника. Якість зображення та позиціонування були різними. Модель не можна вважати надійною без подальшої перевірки на кожному пристрої та групі населення, у яких вона використовуватиметься.
Слабка підказка / Сильна підказка
Примітка: наведені нижче підказки призначені для налаштування текстового звіту або робочого процесу, а не для інтерпретації самого зображення. Діагностика зображення – це робота валідованого клінічного програмного забезпечення та рентгенолога.
Слабка підказка:
Подивіться на цей рентгенівський знімок і скажіть мені, чи пацієнт хворий.[звіт]
Потужна підказка:
Ваша роль: Ви асистент радіологічного робочого процесу (ВИ НЕ ДІАГНОЗ). Структуруйте текст анонімного радіологічного висновку таким чином: - Таблиця знахідок, вимірювань та анатомічних місць. - Зберігайте розпливчасті/негативні твердження («не можна виключити») як є, не робіть остаточними. - Не додавайте висновків, яких немає в тексті. - Зберіть речення «рекомендації/дослідження» в окремому розділі. - Наприкінці перелічіть 3 пункти, які повинен підтвердити лікар-рентгенолог. Анонімне повідомлення: [текст]
Потужна модель підказок утримує модель від інтерпретації та зосереджується на конфігурації; Бажано зберегти двозначність, оскільки мовою радіології різниця між «не можна виключити» та «доступно» є вирішальною.
Чотири шаблони, які можна копіювати
1) Конфігурація звіту:
Розділіть наступний анонімний радіологічний звіт на такі заголовки: показання, техніка, результати, висновок, рекомендація. Дотримуйтесь тексту, не додавайте коментарів. Звіт: [текст]
2) Перевірка відповідності вимірювань:
Перелічіть усі числові вимірювання (мм, см, HU) у цьому звіті та позначте суперечливі або нефізіологічні значення. Звіт: [текст]
3) Модель плану оцінювання:
Напишіть проект плану оцінювання моделі виявлення зображення: чутливість, специфічність, хибнопозитивний результат/пацієнт, аналіз підгрупи (пристрій, вік), набір зовнішньої перевірки. Позначте окремо точки клінічного схвалення.
4) Хибнопозитивне сортування:
Класифікуйте наступний список виходів виявлення як «високий/низький пріоритет радіолога»; Напишіть обґрунтування кожного класу. Заявіть, що ви залишаєте рішення за рентгенологом. Список: [виходи]
Роль моделі: За типом знахідки
Тип знахідки
внесок ШІ
критичність
перевірка
Пріоритезація термінової кровотечі
висока
дуже високий
Рентгенолог повне читання
Виявлення легеневих вузлів
висока
висока
Поріг + протокол стеження
Кістковий вік/вимірювання
висока
середній
Експертний контроль
Сегментація об'єму органу
висока
середній
Ручна перевірка зразків
Конфігурація звіту (текст)
висока
низький
Підтвердження від рентгенолога
Порада: ніколи не покладайтеся на один відсоток точності під час оцінки моделі дисплея. Запитайте разом про чутливість, специфічність, хибнопозитивне навантаження та ефективність підгрупи; «На якому пристрої та групі пацієнтів ви тестували модель?» питання розкриває більшість проблем.
Застереження: теплова карта не гарантує, чому модель вирішила саме так; Це лише показує, на чому зосереджена ваша увага. Іноді модель дає правильну відповідь з неправильної причини (наприклад, подивившись на маркер на зображенні). Пояснювальний результат також вимагає перевірки.
Поширені помилки
- Покладаючись на єдиний показник. Висока загальна точність може маскувати низьку чутливість у критичній підгрупі.
- Не вимірювання хибно позитивного навантаження. Модель, яка виробляє занадто багато сигналів, створює втому від стимулів і від неї відмовляються.
- Перевірте модель на одному пристрої та використовуйте її будь-де. Дрейф поля є найпоширенішою причиною збою ШІ зображення.
- Приймаючи теплову карту за доказ. Карта уваги не є поясненням; Правильна відповідь може ґрунтуватися на неправильній причині.
- Усунення рентгенолога. Модель визначає пріоритети та прапорці; Діагноз і висновок належать радіологу.
Підсумовуючи
- Радіологічний ШІ; Він створює цінність шляхом виявлення, сегментації та встановлення пріоритетів і не замінює діагностику.
- Існує баланс між чутливістю та специфічністю; Хибнопозитивний тягар є критичним показником у клініці.
- Моделі повинні пройти зовнішню перевірку (зміщення домену) на кожному пристрої та популяції, в якій вони будуть використовуватися.
- Теплові карти виявляють увагу, але не гарантують пояснення; не можуть бути використані як доказ.
- Остаточний діагноз і звіт належить радіологу; ШІ є опорним рівнем.
Аплікаційне завдання
Виберіть існуючий (або гіпотетичний) сценарій виявлення зображення. Напишіть структуру оцінки для цієї моделі: вкажіть, які показники (чутливість, специфічність, хибнопозитивний результат/пацієнт), які підгрупи (пристрій, вік, стать) і який зовнішній набір перевірки ви будете використовувати. Потім позначте точну точку в робочому процесі, де радіолог прийняв рішення, і поясніть в абзаці, як вихідні дані моделі були введені в це рішення.
контрольний список
- [ ] Я можу розрізняти ролі радіологічного штучного інтелекту щодо виявлення, сегментації та встановлення пріоритетів.
- [ ] Я можу разом оцінити чутливість, специфічність і хибнопозитивний тягар.
- [ ] Я знаю, що таке зсув поля і чому потрібна зовнішня перевірка.
- [ ] Я зрозумів, що теплова карта не є поясненням і потрібна перевірка.
- [ ] Я можу позиціонувати результат моделі як вхідні дані для рішення радіолога, а не як заміну.