泌尿外科

谢立平:人工智能超声CT在前列腺癌早期诊断中的应用

作者:佚名 来源:中华医学信息导报 日期:2018-02-14
导读

          前列腺癌是危害男性健康最重要的问题之一,是欧美国家中男性最常见的恶性肿瘤,其在男性恶性肿瘤中的发病率居世界第2位。

关键字:  人工智能 

        前列腺癌是危害男性健康最重要的问题之一,是欧美国家中男性最常见的恶性肿瘤,其在男性恶性肿瘤中的发病率居世界第2位。我国前列腺癌的发病率相对较低,但随着社会老龄化的加剧、人们生活方式的转变以及新型诊断技术的应用,近年来我国前列腺癌的发病率及检出率呈快速上升趋势。来自浙江省肿瘤登记地区的数据显示,浙江省前列腺癌发病率从2000年的1.39/10万,升高至2009年的13.89/10万,平均9.79/10万,而同期世界标化发病率为6.39/10万。随着我国老年人口比例不断上升,前列腺癌的高危人群不断增长,前列腺癌的发病率有进一步上升的趋势。因此,早期诊断前列腺癌具有重要的临床价值和深远的社会意义。

        前列腺癌早期诊断方法

        血清前列腺特异性抗原(PSA)、经直肠前列腺超声引导下前列腺穿刺是早期诊断前列腺癌的主要方法。PSA作为传统的检测指标,可以提高早期前列腺癌的诊断率,增加前列腺癌根治性治疗的机会,延长前列腺癌患者的生存期。但PSA并非前列腺癌特异性的肿瘤标志物,存在假阳性、过度诊断,增加患者负担。经直肠超声(TRUS)是一种通过在直肠内放置换能器以获得前列腺高分辨率影像的检查手段,是目前前列腺癌初筛最常用的方法之一。TRUS的临床应用价值主要体现在两个方面:其一,引导价值,即引导经直肠或经会阴前列腺穿刺活检;其二,早期诊断价值,传统灰阶超声可用于评价位于外周带的前列腺癌,其典型征象为低回声结节。与正常外周带相比,约60%的前列腺癌表现为低回声,约39%的病灶表现为等回声,对此超声无法检测,1%的病灶则表现为高回声。但是低回声结节并非前列腺癌特异性改变,前列腺炎、前列腺增生等其他前列腺疾病也可表现为低回声,仅17%~57%的低回声结节最终诊断为前列腺癌。因此,传统灰阶TRUS在诊断前列腺癌上存在局限性。

        前列腺穿刺是为确诊前列腺癌进行的有创性检查,是诊断前列腺癌的金标准。目前最常用的活检方案是经直肠超声引导下前列腺系统穿刺方案,但该方案诊断前列腺癌的漏诊率高达30%。假阴性患者面临重复穿刺,增加了患者痛苦及相关医疗费用,而且增加穿刺针数带来的损伤及穿刺后引发泌尿系统并发症的概率明显增加,且不明显提高前列腺癌检出率。因此,开发新型影像智能分析,能够精准诊断前列腺癌,对其不同病理过程进行精确分类,并最终实现对特定患者进行个性化精准治疗的目的,提高疾病诊治与预防的效益。

        人工智能超声CT的诞生

        自1990年起,德国基尔大学的Tillmann Loch教授作为创立者,浙江大学的谢立平教授作为参与者,率先将人工神经网络(ANN)技术运用于TRUS以助于前列腺癌的早期诊断。该技术的开发主要是为了解决TRUS面临的困境,即TRUS图像上前列腺良性和恶性病灶难以视觉鉴别。《坎贝尔-沃尔什泌尿外科学》指出,ANN技术能够提高TRUS图像对于前列腺癌的辨识度,图像计算机辅助分析,包括图像辨识及基于ANN的TRUS图像分析,能够发现人眼不能辨识的肿瘤,具有重要的研究价值。该技术自创立起,先后于德国、法国、瑞典、挪威等多国进行技术推广,在国际泌尿外科界引起了强烈的反响。医学权威着作《坎贝尔-沃尔什泌尿外科学》评价该技术指出,人工神经网络技术能够提高TRUS图像对于前列腺癌的辨识度,能够发现人眼不能辨识的肿瘤,具有重要的研究价值。2013年,在德国石荷州与中国浙江省“州省合作框架协议”的基础上,谢立平教授将该技术引入中国,并在浙江省重大科技专项课题的资助下,对该技术进行了优化与发展,进而在全中国进行技术推广。2015年11月,笔者根据中国人群前列腺癌发生发展的特点与该技术的特性,创造性地将该技术命名为人工智能超声CT(AI-US-CT),并先后在欧洲、美国两大泌尿外科年会对超声CT技术在中国的初步应用结果进行了报告,得到了国际同行的高度评价。

        针对人工智能超声CT的国际单中心研究指出,超声CT引导下重复穿刺的阳性率为50%,其中42%的前列腺癌患者Gleason评分<7。针对人工智能超声CT的国际多中心研究指出,超声CT引导下初次穿刺的阳性率为41%,其中58%的前列腺癌患者Gleason评分<7。针对人工智能超声CT的中国单中心初步研究结果提示,52例需接受经直肠前列腺穿刺活检,共穿刺253针,平均穿刺针数为(4.9±1.0)针。最终,超声CT确诊前列腺癌24例(穿刺阳性率46.2%),Gleason评分6~9分,平均(6.8±0.8)分,其中,33例首次穿刺者中确诊前列腺癌17例(穿刺阳性率51.5%),19例重复穿刺者中确诊前列腺癌患者7例(穿刺阳性率36.8%)。此外,人工智能超声CT可以通过趋势监测对前列腺进行健康管理。超过十年的随访数据观察表明,该技术能够清楚的展现前列腺癌的进展过程,其预测准确率达96%。

        在初步研究结果的基础上,谢立平教授团队进一步开展了一项比较人工智能超声CT靶向穿刺(超声CT组)、12针系统穿刺(系统穿刺组)及mpMRI辅助12针系统穿刺(mpMRI组)的随机对照研究,相关结果在2017年欧洲泌尿外科年会上进行了汇报。这项针对284例患者的前瞻性随机对照研究结果发现:(1)超声CT组的前列腺癌检出率为47.0%,而系统穿刺组和mpMRI组分别为35.6%和35.7%(P>0.05)。尽管尚未达到统计学意义,但超声CT组的前列腺癌检出率最高;(2)总穿刺患者中的每针阳性率,超声CT组为22.7%(116/510),系统穿刺组为11.3%(138/1212)(P<0.0001),mpMRI组为13.4%(158/1176)(P<0.0001);(3)确诊为前列腺癌的患者中的每针阳性率,超声CT组为48.3%(116/240),系统穿刺组为31.9%(138/432)(P<0.0001),mpMRI组为37.6%(158/420)(P<0.0001);(4)系统穿刺组和mpMRI组分别需要穿33.7和33.6针才能诊断1例前列腺癌,而超声CT组只需穿12.8针即可诊断1例前列腺癌。

        现有资料显示,人工智能超声CT通过指导前列腺靶向穿刺,能以较少的穿刺针数取得较高的前列腺穿刺阳性率,并能发现既往系统穿刺阴性的前列腺癌,同时能有效监测前列腺癌进展,具有重要的临床应用价值。

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