توسعه و اعتبارسنجی یک مدل یادگیری عمیق برای تعیین کمیت گلومرولواسکلروز در نمونه‌های بیوپسی کلیه

مخاطب:joanna.jia@wecistanche.com/ واتساپ: 008618081934791

مقدمهبیش از 100 000 بیمار در حال حاضر منتظر یک هستندپیوند کلیه.1 علیرغم نیاز روزافزون، بین 17 تا 20 درصد کلیه های بهبود یافته برای پیوند دور انداخته می شوند.{3}} با کمبود اعضا و افزایش تقاضا برای پیوندپیوند کلیه، نیاز فوری به کاهش دفع غیر ضروری اندام وجود دارد

نتیجه بیوپسی به عنوان مهمترین عامل در تصمیم گیری برای استفاده یا دور انداختن کلیه اهداکننده گزارش شده است.نمونه های بیوپسی کلیهبا نتایج پیوند.{0}} سطح 20 درصدگلومرولواسکلروز جهانیاغلب به عنوان نقطه برش در تصمیم گیری برای پیوند استفاده می شود و عامل اصلی زیربنای این است که چرا نتیجه بیوپسی رایج ترین دلیل رد عضو برای پیوند در ایالات متحده است.

مطالعات اخیر نشان می دهد که کلیه های قابل قبول به دلیل تفسیر متفاوت و متناقض نمونه بیوپسی اهدا کننده دور انداخته می شوند. 3،13،14 حتی یک معیار به ظاهر ساده مانند درصدگلومرولواسکلروز جهانیدر معرض تغییرات انسانی قابل توجه است.15-17 انجماد مصنوعات، فقدان تخصص فوق تخصصی، نمونه برداری ناکافی، و ماهیت حساس به زمان این ارزیابی ها، همگی در ایجاد خطاهای انسانی نقش دارند.

اخیراً، یادگیری عمیق (DL) پتانسیل بهبود تکرارپذیری و دقت در معاینه هیستوپاتولوژیک را نشان داده است.18-26 مطالعات قبلی از آزمایشگاه‌های دیگر از روش‌های DL برای تشخیص خودکار گلومرول‌های غیراسکلروتیک و سراسری اسکلروتیک استفاده کرده‌اند.{1}}اما این تکنیک‌ها بر روی لکه‌های خاصی مانند لکه‌های اسید پریودیک-شیف یا تری کروم ماسون تکیه می‌کنند که در محیط حساس به زمان مقاطع یخ زده غیرعملی هستند. کار قبلی اعضای گروه ما تنها نتایج گزارش شده را توصیف می کند، تا جایی که ما می دانیم، عملکرد بالایی را برای کمی سازی خودکار درصد نشان می دهد.گلومرولواسکلروز جهانیبا استفاده از تصاویر کل اسلاید (WSIs) مقاطع منجمد رنگ آمیزی شده با هماتوکسیلین-ائوزین.

cistanche بدنسازی خوب: برای تقویت کلیه

ما فرض می کنیم که یک رویکرد DL برای معاینه اهداکنندهنمونه های بیوپسی کلیهدر ارزیابی درصد از آسیب شناسان انسانی بهتر عمل خواهد کردگلومرولواسکلروز جهانیو این بهبود بیشتر با بررسی سطوح مختلف بخش فعال خواهد شد. فرض بر این است که این افزایش نمونه‌برداری بافت، احتمال دور ریختن اعضای غیرضروری را کاهش می‌دهد و به این سؤال می‌پردازد که آیا تکنیک‌های DL با افزایش قابل‌توجهی در مخزن اندام دهنده موجود مرتبط هستند یا خیر.

کلید واژه ها:گلومرولواسکلروز،کلیه، نمونه های بیوپسی کلیه، پیوند کلیه، گلومرولواسکلروز جهانی

مواد و روش هااین مطالعه از دستورالعمل گزارش دهی شفاف یک مدل پیش‌بینی چند متغیره برای پیش‌آگهی یا تشخیص فردی (TRIPOD) برای مطالعات تشخیصی و پیش آگهی پیروی کرد. این مطالعه توسط هیئت بازبینی نهادی دانشگاه واشنگتن مورد بازبینی و تایید قرار گرفت، که همچنین از نیاز به کسب رضایت آگاهانه بیمار چشم پوشی کرد زیرا این مطالعه فقط از نمونه‌های زیستی غیرقابل شناسایی از مجموعه داده‌های موجود استفاده می‌کرد.

جمع آوری داده هاWSI ها از نمونه های بیوپسی اهداکننده متوفی - 98 بخش منجمد رنگ آمیزی شده با هماتوکسیلین-ائوزین و 51 بخش دائمی - که از مجموع 83 نمونه بازیابی شده بودند، به دست آمد.کلیه هابا استفاده از هر دو نمونه گوه و سوزنی. نمونه‌های بیوپسی مقطع منجمد و نمونه‌های بیوپسی مقطع دائمی از کلیه‌های مختلف به‌دست آمد. از 83 نمونه، 62 نمونه حداقل 2 سطح مقطع داشتند. تصاویر نمونه بیوپسی از پایگاه داده دانشگاه واشنگتن از Gift of Life میشیگان (بازیابی شده بین آگوست 2015 تا نوامبر 2016 با استفاده از اسکنر ساکورا؛ بزرگنمایی، 20×) و دانشگاه واشنگتن (بازیابی شده بین ژوئن 2015 و ژوئن 2017 از طریق پیوند آمریکای میانی با استفاده از پیوند در میانه آمریکا بازیابی شده است. اسکنر CS Aperio Scanscope؛ بزرگنمایی، × 20). هر اهداکننده عضو متوفی که بین این تاریخ مراجعه کرده و تحت الفبیوپسی کلیهبرای انجام معاینه پاتولوژیک حین عمل دیجیتال واجد شرایط این مطالعه بود. مشخصات دموگرافیک و ویژگی های بالینی اهداکنندگان برای محققین ناشناخته بود. همه اسکن‌ها از فرمت SVS به TIFF با وضوح کامل ({0}.5 میکرومتر/پیکسل) تبدیل شدند. اندازه تصویر از 105 مگاپیکسل تا 1448 مگاپیکسل متغیر بود.

حاشیه نویسی داده هااسلایدها ابتدا برای گلومرول های غیر اسکلروتیک و اسکلروتیک توسط یک متخصص تایید شده توسط هیئت مدیره حاشیه نویسی شدند.کلیهپاتولوژیست (PW یا JPG)، بازبینی شده توسط یک پاتولوژیست تایید شده از هیئت مدیره دوم (TCL) با تجربه در تفسیر اهداکنندهنمونه های بیوپسی کلیه، و پس از آن یک بازنگری نهایی توسط کارشناس دیگر هیئت مدیره تایید شده استکلیهآسیب شناس (PCW یا JPG). حاشیه نویسی های اصلاح شده نهایی به عنوان حقیقت اصلی (یعنی استاندارد طلایی) برای آموزش و ارزیابی مدل عمل کردند. تنوع معمول در تعداد گلومرول ها با هر تجدید نظر در شکل 1 در مکمل نشان داده شده است. یک پلاگین داخلی که برای Fiji32 نوشته شده بود برای ترسیم و طبقه‌بندی گلومرول‌ها به صورت دستی در هر WSI برای تولید ماسک‌های برچسب پیکسلی مناطق گلومرول با وضوح مشابه WSI والد استفاده شد. گلومرول ها به عنوان اسکلروتیک جهانی طبقه بندی شدند (تعریف شده به عنوان اسکلروز شامل کل توفت گلومرولی، از جمله منسوخ، جامد شده، و ناپدید شدنگلومرولواسکلروز جهانی)یا غیرجهانی اسکلروتیک تمام نواحی دیگر با هم گروه بندی شدند و توبولو اینترستیتیوم نامگذاری شدند. در مجموع 1544 گلومرول اسکلروزه جهانی و 6914 گلومرول غیرجهانی اسکلروز شده در 149 تصویر جداگانه برچسب گذاری شدند. نمونه های بیوپسی طیف وسیعی از درصد را نشان دادندگلومرولواسکلروز جهانی({0}} درصد -77 درصد ). میانگین (SD) تعداد گلومرول ها در هر لام 57 (31) بود.

معماری مدل DLمدل DL مورد استفاده در این مطالعه یک شبکه عصبی کاملاً کانولوشن مبتنی بر معماری VGG1633 بود که در کار قبلی شرح داده شد، که شامل یکی از اعضای گروه ما بود. تنگنا (یعنی بلافاصله قبل از لایه های طبقه بندی متراکم متصل). لایه‌های طبقه‌بندی متصل متراکم VGG16 با 5 لایه کاملاً کانولوشن با وزن‌های قابل آموزش جایگزین شدند. استفاده از یک معماری کاملاً کانولوشنال در کل شبکه، تبدیل «تصویر به تصویر» را به جای تبدیل «تصویر به برچسب» برای هر وصله تصویر ورودی امکان‌پذیر می‌سازد، که دومی رویکردی است که دقت کمتری دارد و بسیار بیشتر است. از نظر محاسباتی گران است.34 مدل کاملاً کانولوشن، نقشه‌های پیکسل پایین‌نمونه‌شده ثبت‌شده در پچ تصویر ورودی را ایجاد می‌کند، که این احتمال را می‌دهد که هر پیکسل خروجی توبولو اینترستیتیوم، گلومرول غیرجهانی اسکلروز شده، یا گلومرول اسکلروزه جهانی باشد.

پارامترهای آموزشیتصاویر به 2{8}}48 × 2048-پیکسل (1024 × 1024 میکرومتر) تکه‌های تصویری تا حدی همپوشانی (گام، 1664 پیکسل یا 838 میکرومتر) برای ورودی آموزشی تقسیم شدند. وصله ها برای آموزش با نمونه گیری تصادفی از کل مجموعه تکه های تصویر (تقریباً 6500 وصله در هر مجموعه آموزشی اعتبار سنجی متقابل، به طول یک دوره منفرد) انتخاب شدند. وصله‌های ورودی به‌طور تصادفی برگردانده یا چرخانده شدند (۰ درجه، ۹۰ درجه، ۱۸۰ درجه یا ۲۷۰ درجه)، که منجر به افزایش 8-برابر افزایش داده‌های آموزشی برای مجموع تقریباً 52 000 وصله‌های آموزشی ممکن در استخر نمونه برداری آموزش با استفاده از TensorFlow با به حداقل رساندن افت آنتروپی متقاطع طبقه‌ای، وزن‌دهی شده به صورت کلاسی با استفاده از نسبت رده‌های اسکلروز شده به غیراسکلروز شده به دسته‌های توبولوبینابینی 10:5:1 برای جبران عدم تعادل کلاس انجام شد. بهینه‌سازی شیب نزولی تصادفی با نرخ یادگیری چرخه‌ای بین 1e-4 و 1e-2 و اندازه دسته‌ای 4 برای 15 دوره استفاده شد.

اعتبار سنجی متقابلاین مدل در 10- اعتبار متقاطع برابری آموزش داده شد و آزمایش شد، که در آن 10 درصد از WSI ها از آموزش در هر بخش منع شدند، و مدل حاصل (آموزش داده شده بر روی 90 درصد باقیمانده داده ها) برای تولید پیش بینی ها استفاده شد. در WSI های پنهان شده تصاویر از سطوح مختلف از همانکلیههمیشه کنار هم برگزار می شدند هیچ اطلاعاتی از مجموعه آزمایشی یک فولد اعتبارسنجی متقاطع برای اطلاع رسانی به آموزش فولد مربوطه استفاده نشد. پیش‌بینی‌ها برای اسلایدهای مخفی شده به‌صورت وصله‌ای بر اساس طرح تاس تصویری که در بالا توضیح داده شد (یعنی تکه‌های 2048 × 2048 پیکسل با 1664- گام پیکسل) ایجاد شد، و نتایج برای تولید نقشه‌های احتمال خروجی برای کل WSI‌ها دوباره جمع‌آوری شدند.

پس پردازشیک لاپلاسین استاندارد از الگوریتم تشخیص حباب گاوسی، که برای شناسایی مناطق دایره‌ای با شدت تصویر بالا در مقیاس‌های چندگانه مناسب است، برای بومی‌سازی گلومرول‌های فردی از نقشه‌های احتمال استفاده شد. درصدگلومرولواسکلروز جهانیبا فرمول 100 × S/N محاسبه شد، که در آن S تعداد گلومرول‌های اسکلروز شده سراسری و N تعداد کل گلومرول‌ها است.

تحلیل آماریتوافق پیکسلی بین حاشیه‌نویسی و نقشه‌های احتمال پیش‌بینی از طریق ضریب Dice و متریک تقاطع روی اتحادیه، که در مجموع برای همه پیکسل‌ها در هر برچسب خروجی محاسبه می‌شود، اندازه‌گیری شد. شمارش گلومرول‌ها پس از پردازش تشخیص لکه در کانال‌های نقشه احتمال اسکلروز شده و غیراسکلروز شده به دست آمد. درصدگلومرولواسکلروز جهانیاز این تعداد برای تصاویر فردی و برای فردی محاسبه شدکلیه ها، با ادغام شمارش برای همه سطوح (معمولاً 2) مرتبط با هر یککلیهشمارش گلومرول‌ها با حقیقت پایه حاشیه‌نویسی با دقت با ضریب همبستگی پیرسون r و ریشه میانگین مربع خطا (RMSE) مقایسه شد. مقادیر مربوط به درصدگلومرولواسکلروز جهانیبرای برآورد آسیب شناسان در حال تماس محاسبه شد و این مقادیر با عملکرد مدل مقایسه شد.

دسته بندی ازکلیه هابه عنوان «قابل قبول» برای پیوند یا «رد» 20 درصد تعیین شدگلومرولواسکلروز جهانی، یک نقطه برش رایج در عمل بالینی فعلی بر اساس داده های تاریخی است. امتیاز F1 به عنوان تابعی از تشخیص صحیح اینکه آیا یک نمونه بیش از 20 درصد نقطه برش است یا کمتر از آن با توجه به حاشیه نویسی های حقیقت زمین محاسبه شد. ضریب κ کوهن (شاخص توافق بین ارزیاب ها) نیز برای تبعیض مدل و آسیب شناسان در حال تماس در نقطه برش 20 درصد، در مقایسه با حاشیه نویسی حقیقت زمین و با یکدیگر محاسبه شد.

زیرا تعریف ازگلومرولواسکلروز جهانیبه طور طبیعی به عنوان میانگین توزیع بتا ارائه شده توسط پارامترهای S (تعداد گلومرول‌های اسکلروز شده در سطح جهانی) و (N-S) (تعداد گلومرول‌های غیرجهانی اسکلروز شده) بیان می‌شود، از آن برای محاسبه 95 درصد فواصل پیش‌بینی استفاده شد که به عنوان شاخصی از دقت خروجی یک 2-P < .{6}}5="" از="" نظر="" آماری="" معنی="" دار="" در="" نظر="" گرفته="" شد.="" تمام="" تجزیه="" و="" تحلیل="" های="" آماری="" از="" مارس="" 2018="" تا="" آگوست="" 2020="" با="" بسته="" های="" python="" scikit-learn،="" نسخه="" 0.22.1،="" و="" scipy.stats،="" نسخه="" 1.4.1="" انجام="">

نتایج

تجسم خروجیخروجی های تصویر پیش بینی شده برای WSI های مقطع منجمد و مقطع دائمی مطابقت کیفی با نقشه های حاشیه نویسی هدف را نشان داد (شکل 1). ضرایب تاس کل برای گلومرول‌های اسکلروزه غیرجهانی 0.784 و برای گلومرول‌های اسکلروزه جهانی 0.600 بود. تقاطع مجموع بر معیارهای اتحادیه برای همان گروه ها 0.645 برای گلومرول های غیر گلومرول اسکلروز شده و 0.429 برای گلومرول های اسکلروزه جهانی بود. قابل‌توجه، حتی بخش‌های منجمد با مصنوعات قابل‌توجه همخوانی بصری کیفی را بین حقیقت پایه حاشیه‌نویسی و پیش‌بینی‌ها نشان دادند (مثال در شکل 1A نشان داده شده است).

ارزیابی درصد گلومرولواسکلروز جهانی بر اساس اسلایدهای فردیتایید متقابلگلومرولواسکلروزپیش‌بینی‌ها در اسلایدهای جداگانه نیز با حاشیه‌نویسی‌ها همبستگی نشان دادند (r {0}}.916؛ 95 درصد فاصله اطمینان (CI)، 0.886-0.939؛ و RMSE=5.631. ؛ 95 درصد CI، 4.{{10}}.517; P < .001)="" (شکل="" 2a).="" جداسازی="" نتایج="" با="" تکنیک="" آماده‌سازی="" اسلاید="" نشان="" داد="" که="" پیش‌بینی‌ها="" بر="" روی="" مقاطع="" منجمد="" همبستگی="" مشابهی="" با="" حقیقت="" زمین="" نشان="" می‌دهند="" (r="0.918؛" 95="" درصد="" فاصله="" اطمینان="" (ci)،="" 0.879-0.944؛="" rmse="" {{="" 20}}.20؛="" p=""><.001) (شکل="" 3a="" در="" مکمل)،="" در="" حالی="" که="" گروه="" دائمی="" عملکرد="" بالاتری="" را="" نشان="" داد="" (r="0.940;" 95="" درصد="" فاصله="" اطمینان="" (ci,="" 0.{28}}.965;="" rmse="4.32;" p=""><.001) (شکل="" 3d="" در="" مکمل).="" تعداد="" کل="" گلومرول‌های="" شناسایی‌شده="" توسط="" مدل="" در="" شکل="" 3a="" و="" b="" نشان="" داده="" شده="" است،="" که="" همبستگی="" گلومرول‌های="" غیرجهانی="" اسکلروز="" شده="" را="" با="" حقیقت="" زمین="" نشان="" می‌دهد="" (r="0.955;" 95%="" ci,="" 0.{39}}.967.="" ؛="" rmse="8.383؛" p="">< 0.001)="" و="" گلومرول="" های="" اسکلروزه="" جهانی="" با="" حقیقت="" زمین="" (r="0.934;" 95="" درصد="" فاصله="" اطمینان="" (ci,="" 0.{48}}.952;="" rmse="" {{50)="" }}.718؛="" p=""><.001). میانگین="" (sd)="" تعداد="" گلومرول‌ها="" تفاوت="" بین="" حاشیه‌نویسی="" و="" پیش‌بینی="" 3.1="" (7.8)="" برای="" گلومرول‌های="" غیرگلومرول‌های="" اسکلروزه="" و="" 0.2="" (4.7)="" برای="" گلومرول‌های="" اسکلروزه="" جهانی="" بود.="" نتایج="" مثبت="" مشابهی="" برای="" شمارش="" گلومرول‌های="" پیش‌بینی‌شده="" هنگام="" جداسازی="" اسلایدها="" با="" درمان="" مشاهده="" شد="" (شکل="" 2a،="" b،="" e="" و="" f="" در="">

ارزیابی درصد گلومرولواسکلروز جهانی بر اساس سطوح ادغام اسلایدهای ادغام شده، عملکرد تعداد گلومرول های مدل را بهبود بخشید (شکل 3C و D؛ شکل 2C، D، G و H در مکمل) و همچنین همبستگی گلومرولواسکلروز با حاشیه نویسی، همانطور که در شکل نشان داده شده است (شکل 3C و D؛ شکل 2C، D، G و H در مکمل). r=0.933؛ 95 درصد CI، 0.898-0.956؛ و RMSE=5.094؛ 95 درصد فاصله اطمینان (CI)، 3.{{ 13}}.301؛ P <.001, برای="" بخش‌های="" منجمد="" و="" دائمی="" ترکیبی)،="" بهبود="" عملکرد="" پاتولوژیست‌های="" حین="" تماس="" در="" موارد="" مشابه="" (r="0.884;" 95="" درصد="" فاصله="" اطمینان="" (ci,="" 0).{21}="" }.923؛="" و="" rmse="6.523؛" 95="" درصد="" فاصله="" اطمینان="" (ci)،="" 5.{27}}.783؛="" p=""><.001) (شکل="" 2c).="" خطای="" گلومرولواسکلروز="" جهانی="" که="" توسط="" rmse="" اندازه="" گیری="" شد="" برای="" مدل="" 22="" درصد="" کمتر="" از="" آسیب="" شناسان="" در="" حال="" خدمت="" بود.="" مطابقت="" بین="" پیش‌بینی‌های="" مدل="" در="" مورد="" گلومرولواسکلروز="" جهانی="" برای="" سطوح="" فردی="" و="" تلفیقی="" در="" شکل="" 4="" در="" مکمل="" به‌عنوان="" باقی‌مانده="" با="" توجه="" به="" حقیقت="" پایه="" حاشیه‌نویسی="" نشان="" داده="" شده="">

درمان اختلال کلیه جنسی

ارزیابی خطر تشریح نادرست کلیه نتایج گلومرولواسکلروز جهانی درصد ادغام شده برای حاشیه نویسی ها، پیش بینی های مدل، و پاتولوژیست های در حال خدمت به ترتیب افزایش درصد گلومرولواسکلروز جهانی برای همه 83 کلیه شامل 83 کلیه شامل 95 درصد فواصل پیش بینی، طبقه بندی و ترسیم شدند. نقطه برش 20 درصدی برای پذیرش یا رد پیوند عضو اهدایی (شکل 4B-F). از آنجایی که تمام سطوح بخش در زمان بیوپسی توسط پاتولوژیست های آماده ارزیابی می شوند، نتایج آنها ارزیابی های تلفیقی در نظر گرفته می شود. کلیه‌هایی که فواصل پیش‌بینی با خط نقطه برش 20 درصد تداخل دارند، در صورت تخمین اشتباه تعداد گلومرول‌ها، بیشتر در معرض خطر پذیرش یا رد اشتباه هستند. شانس طبقه بندی اشتباه کلیه با بیش از 20 درصد گلومرولواسکلروز جهانی در شکل 4A نشان داده شده است. با استفاده از اسلایدهای مجزا، نرخ خطای پیش‌بینی‌شده مدل DL 15 درصد کمتر از آسیب‌شناسان در حال تماس بود و تقریباً با حاشیه‌نویسی‌های حقیقت زمینی (یعنی مورد ایده‌آل) یکسان بود. با سطوح تلفیقی، نرخ خطای پیش‌بینی‌شده مدل DL به 37 درصد کمتر از آسیب‌شناسان در حال خدمت کاهش یافت. به طور مشابه، نرخ خطای پیش‌بینی‌شده مدل DL برای پذیرش ارگان‌های نادرست با استفاده از سطوح فردی 21 درصد کمتر از آسیب‌شناسان در حال خدمت بود، و 34 درصد در هنگام استفاده از سطوح تلفیقی کمتر بود.

امتیاز F1 و کوهن κ نتایج مشابهی را نشان دادند. امتیاز F1 مدل DL برای سطوح فردی داشتنگلومرولواسکلروز جهانیکمتر از 20 درصد 0.896، و 0.950 برای سطوح فردی بالای 20 درصد بود. این معیارها هنگام ادغام سطوح به 0.926 برای افراد زیر 2{{2{0}} درصد و برای افراد بالای 20 درصد به 0.964 بهبود یافتند. این در مقایسه با نمرات F1 برای آسیب شناسان در حال خدمت 0.852 برای افراد زیر 20 درصد و 0.929 برای افراد بالای 20 درصد است. کوهن κ برای پیش‌بینی‌های مدل در سطوح فردی با توجه به حقیقت زمینی 0.847 بود که برای سطوح تلفیقی به 0.891 بهبود یافت. کوهن κ برای

آسیب شناسان در حال تماس با توجه به حاشیه نویسی های ادغام شده کمتر بود، در مقدار 0.781، و در مقایسه با پیش بینی های سطح تلفیقی مدل، 0.714 بود. تطابق بین نتایج پاتولوژیست و مدل برای نتایج سطح تلفیقی در شکل 5 در مکمل به عنوان باقیمانده با توجه به حقیقت پایه، طبقه بندی شده بر اساس حقیقت پایه نشان داده شده است.گلومرولواسکلروز جهانیدرصد و تعداد کل گلومرول ها. ارزش معاینه چند سطحی با ارزیابی فواصل پیش بینی از توزیع بتا نشان داده می شود. تصویری از توزیع بتا برای یک نمونه بیوپسی فرضی با 15 درصدگلومرولواسکلروز جهانیدر شکل 5A برای استخرهای 1، 2، 3 و 4 نشان داده شده است، با فرض اینکه هر سطح دارای 58 گلومرول مشاهده شده است (میانگین تعداد برای این مطالعه). ارتفاع هر منحنی در یک مقدار معین روی محور افقی را می توان به عنوان احتمال نسبی تخمین درصد تفسیر کرد.گلومرولواسکلروز جهانیبا توجه به توزیع واقعی گلومرول های اسکلروزه و نرمال، این مقدار باشد. بنابراین، سطح زیر منحنی تخمینی از احتمال به دست آوردن ارائه می دهدگلومرولواسکلروز جهانیبرآوردها در محدوده ادغام توزیع با افزایش ادغام کاهش یافت. مهمتر از آن، ناحیه نرمال شده زیر منحنی فراتر از نقطه برش رد اسمی 20 درصد از 14 درصد تنها با استفاده از یک سطح به 2 درصد در هنگام ادغام 4 سطح (شکل 5B)، کاهش 7- برابری در شانس کاهش یافت. بیش از حد برآورد نادرستگلومرولواسکلروز جهانیو به اشتباه آن چیزی که باید یک عضو قابل استفاده باشد دور انداخته شود. برای نشان دادن بیشتر مزایای ادغام سطح، گلومرول ها برای 1000 ارزیابی تصادفی انتخاب شده از نمونه های بیوپسی دهنده (از همان پایگاه داده 83) شمارش می کنند.نمونه های بیوپسی کلیهمورد استفاده در این مطالعه) برای شبیه سازی اثرات ادغام سطح برای یک جمعیت بزرگ استفاده شد. را

برآوردهای پاتولوژیست در حال تماس به عنوان جایگزینی برای شمارش گلومرول های حقیقت زمینی استفاده شد، و ادغام داده ها با ضرب تعداد گزارش شده در هر سطح در تعداد سطوح شبیه سازی شده در استخر شبیه سازی شد. با اعمال تجزیه و تحلیل توضیح داده شده در بالا برای این سناریو، تعداد دفعات نادرست عضو برای هر 1000کلیه هاwould decrease from 31 to 13 by increasing the number of levels evaluated from 1 to 4 (Figure 5C). As a demonstration of the potential clinical workflow with the incorporation of DL techniques, the DL model's predicted annotations for 25 cases from the study data set were randomly selected (5 each with 0%-5%, 6%-10%, 11%-15%, 16%-20%, and >20 درصد گلومرولواسکلروز جهانی) و به یک پاتولوژیست ارسال شد، که تصاویر بافت شناسی را با طبقه بندی های گلومرول های تولید شده توسط مدل های پوشانده شده ارزیابی کرد. سپس پاتولوژیست هر گلومرول از دست رفته یا برچسب نادرست را به روش و چارچوب زمانی مطابق با عملکرد بالینی فعلی اصلاح کرد. ارزیابی اصلاح‌شده توسط پاتولوژیست با حقیقت پایه (r=0.958) و خطای کمتری (RMSE=4.352) نسبت به آسیب‌شناس در حال تماس (r=0) ​​همبستگی بهتری داشت. 613؛ RMSE=0.898) یا مدل DL به تنهایی (r=0.847; RMSE=7.535) (شکل 7 در مکمل).

بحث

مدل DL نتایج دلگرم‌کننده‌ای را هم در یافته‌های کمی (بصری) و هم در یافته‌های کیفی (بصری) و هم نتایجی را که در کار قبلی توسط اعضای گروه ما بر روی یک مجموعه آموزشی کوچک‌تر شرح داده شد، خلاصه کرد. فراخوانی عملکرد پاتولوژیست ها زمان برای مدل برای پردازش یک WSI فردی تقریباً 5 دقیقه بود که به خوبی در محدوده محدودیت‌های معمول مشاوره حین عمل پاتولوژی بود.

بزرگنمایی خطاهای شمارش هنگام استفاده از یک نمونه کوچک، مقدار به دست آمده از ادغام نتایج از چندین سطح به دست آمده از یک نمونه را برجسته می کند.بیوپسی کلیهضخامت معمولی اهداکنندهبیوپسی کلیهنمونه 1 میلی متر است. پاتولوژیست فقط یک بخش معرف 5-میکرومتر به ضخامت این بافت را بررسی می‌کند و بخش قابل توجهی از این بافت را بدون ارزیابی باقی می‌گذارد.کلیهبررسی نشده اگرچه گلومرول‌های نمونه‌برداری شده در بخش‌های بعدی ممکن است مستقل نباشند، فرآیند آماده‌سازی اسلاید می‌تواند منجر به تنوع قابل‌توجهی از بخش به بخش در گلومرولواسکلروز جهانی، صرف نظر از تنوع ناظر شود (شکل 6 در مکمل). با ارزیابی مقاطع بافتی بیشتر، اثر این تنوع را می توان به حداقل رساند و قابلیت اطمینان ارزیابی نمونه بیوپسی را افزایش داد. این مزیت به وضوح در مطالعه حاضر برای هر متریک مشاهده می‌شود (شکل‌های 2-4)، که همگی با بررسی بافت اضافی بهبود یافته‌اند.

استاندارد کنونی مراقبت مستلزم ارزیابی تنها 25 گلومرول و 1 تا 2 سطح مقطع است زیرا ارزیابی های بیشتر عملاً توسط پاتولوژیست های انسانی در زمینه حساس به زمان پیوند عضو قابل دستیابی نیست. استفاده از تکنیک‌های DL برای افزایش توانایی انسان در این شرایط می‌تواند اندام‌های حیاتی مورد نیاز را به جمع اهداکنندگان اضافه کند. یک گردش کار بالینی بالقوه با ادغام تکنیک های DL می تواند به شرح زیر باشد: یک نمونه به آزمایشگاه بخش منجمد می رسد، جایی که یک اسلاید با بخش منجمد تهیه و اسکن می شود. سپس WSI برای تجزیه و تحلیل با استفاده از مدل DL در مکانی امن آپلود می شود. در حالی که مدل DL در حال تجزیه و تحلیل است، آسیب شناس ممکن است وارد سیستم شود و نمونه را برای سایر یافته های مرتبط بررسی کند. نتیجه مدل DL در عرض 5 تا 10 دقیقه در دسترس است، به عنوان یک پوشش گرافیکی از طبقه بندی گلومرول ها بر روی تصویر بافت شناسی به پاتولوژیست ارائه می شود، سپس توسط آسیب شناس تایید می شود (و در صورت لزوم اصلاح می شود) و در گزارش گنجانده می شود. گزارش واقعی مستقیماً با پرونده الکترونیک سلامت بالینی ارتباط دارد.

محدودیت هابرای این مطالعه محدودیت هایی وجود دارد. این یک مطالعه تک مرکزی بود. اگرچه WSI ها با استفاده از 2 اسکنر در 2 موسسه تولید شدند، مجموعه داده های بخش منجمد به طور کامل در 1 موسسه تولید شد، در حالی که مجموعه داده های بخش دائمی از دیگری تولید شد. اگرچه یک مجموعه داده اولیه کوچک (n=17) نشان می‌دهد که پیش‌بینی‌های مدل در بخش‌های منجمد مطابقت معقولی را با بخش‌های دائمی مرتبط نشان می‌دهند و این مدل از آسیب‌شناسان در حال تماس در این بخش‌های منجمد بهتر عمل می‌کند (شکل 8 در مکمل)، مطالعه مستقیماً به این موضوع جداگانه مربوط نمی‌شود که چگونه مقاطع منجمد (و همچنین ارزیابی‌های پاتولوژیست از آنها) با بخش‌های دائمی که بعداً از همان نمونه بیوپسی به دست آمده و پردازش شده‌اند مطابقت دارد.

مجموعه داده ها در مقایسه با سایر مطالعات DL کوچک بود. با این حال، نزدیک به 8500 گلومرول در مجموع مورد بررسی قرار گرفت که تعداد نسبتا بالایی است. محدودیت در ارزیابی تعداد بیشتری از موارد در فرآیند وقت گیر حاشیه نویسی سریال WSI ها نهفته است. برای ارزیابی بیشتر استحکام این مدل، مطالعات بیشتری مورد نیاز خواهد بود که در آن مدل با استفاده از WSIهای تولید شده از آزمایشگاه‌ها و اسکنرهای اضافی آزمایش می‌شود.

نتیجه گیریاین مطالعه پیش آگهی عملکرد بهتری را برای کمی کردن درصد نشان دادگلومرولواسکلروز جهانیاز WSI های پیوند دهنده منجمد و دائمی رنگ آمیزی شده با هماتوکسیلین-ائوزیننمونه های بیوپسی کلیهتوسط یک مدل DL نسبت به پاتولوژیست های تایید شده در حال حاضر. عملکرد بیشتر با بررسی بخش‌های بافت اضافی بهبود یافت، فرآیندی که در طبیعت حساس به زمان ارزیابی نمونه‌های بیوپسی اهداکننده فراتر از ظرفیت آسیب‌شناسان است. نتایج حاکی از کاهش احتمال درصد توصیف نادرست بودگلومرولواسکلروز جهانیهنگام استفاده از مدل DL، در نتیجه احتمال دور انداختن نامناسب اندام دهنده یا استفاده از اندامی که کمتر از حد مطلوب است کاهش می یابد. یافته‌ها دستاوردهای قابل توجهی را نشان می‌دهند که می‌توان با استفاده از روش‌های DL در عمل بالینی پاتولوژی جراحی به دست آورد.