Hodnocení pigmentovaných kožních lézí za pomoci umělé inteligence (NNCD)

Pozadí

Maligní melanom (MM) je smrtelná rakovina, která si celosvětově vyžádá asi 160 000 nových případů ročně a 48 000 úmrtí [1]. Incidence MM vzrostla mezi lety 1950 a 2007 více než 17krát u mužů (1,9 až 33,5 na 100 000) a více než 9krát u žen (2,6 až 25,3 na 100 000) [2]. Odhaduje se, že ročně je diagnostikováno 76 000 nových případů a 9 000 úmrtí (pouze USA, 2017) [3]. Výnosy evropských zemí 22 000 ročně. melanomy stadia 4.

MM začíná de novo asi u 70 % subjektů, s malou 2 milimetrovou nebo více povrchovou kožní lézí, která, pokud není diagnostikována, se může vyvinout v pokročilejší stadium rakoviny, následované tichým šířením lymfatických uzlin a invazí životně důležitých orgánů, jako jsou játra a mozek. MM je stádium buď přímou invazí do kůže, Breslowova stupnice v mm, nebo jejím postižením na úrovni kůže, strukturní kožní úrovní Clark 1-5. Obě metody hodnocení jsou prediktorem dlouhodobého přežití, které je téměř nezměněné při Breslowově hloubce pod 1 mm a výrazně sníženo za Clarkem III. Proto je kritická včasná detekce melanomu, obecně označovaného jako malý melanom.

Současné metodiky detekce MM

V současnosti se jako diagnostické prostředky používají následující různé metody a diagnostické prostředky pro detekci kožního melanomu:

1. Vizuální rozpoznání pomocí asymetrie, okraje, barvy, průměru a vývoje (pravidlo ABCDE). 30 let stará metodika a stále běží, hodnotí: ABCDE. Používá ho část amerických dermatologů, kteří důvěřují svým klinickým dovednostem a instinktům [4]. Vzhledem ke své vrozené složitosti a nesčetnému množství rozpoznávacích vzorů považuje dermoskopii pomocí epiluminiscenční mikroskopie za neúčinnou 60 % neuživatelských dermatologů a 30 % uvádí, že je časově náročná, takže je neproveditelná. Výše uvedené pravidlo bylo revidováno v roce 2015 [5] a učí použití průměru většího než 6 mm jako kritéria pro rozpoznání melanomu. V důsledku toho nepřispívá k včasné detekci melanomu, která by mohla zachránit život, protože 70–80 % melanomů začíná de novo jako malé melanomy. Pokus o změnu kritérií průměru, tj. snížení předpokládaného průměru 6 mm, vede k velkému poklesu citlivosti a specificity, což činí ABCDE neúčinným pro časnou detekci melanomu. Dospělo se k závěru, že tato základní vizuální kritéria, i když jsou široce používána, jsou neefektivní metodou prevence kvůli jejich vrozeným kritériím, která se míjí s vyvíjejícími se melanomy, protože všechny melanomy začínají jako malé melanomy.

2. Epiluminiscenční mikroskopie je 65 let staré umění, které je považováno za zlatý standard hodnocení. Velmi záleží na dovednostech a znalostech diagnostika. Epiluminiscenční mikroskopie je mostem mezi klinickým pozorováním a histopatologickou diagnózou. Umožňuje vizualizaci kožních pigmentů až po papilární dermis a zlepšuje senzitivitu a specificitu detekce. Analýzu provádí klinik na základě pravidel dermoskopie [6], která jsou založena na složité analýze dermoskopického vzoru.

   Kompletní dermoskopická analýza léze je hlavním proudem diagnostiky. Každý z dermoskopických vzorů se může lišit v rozsahu, průměru, celkovém nebo místním vzhledu nebo se může vyvinout jako více vzorů s různými oblastmi exprese na stejné lézi, což činí diagnózu nad rámec encyklopedického úkolu.

   Vzhledem ke složitosti metody analýzy dermoskopického vzoru byly navrženy různé modifikace, jako je zjednodušené pravidlo ABCD, středně pokročilé hodnocení 7 pravidel a kontrolní seznam 11 pravidel. Nesčetné množství dat a jejich interpretace umožňuje i odborníkům v dermoskopii identifikovat melanomy s relativně nízkým poměrem od 5:1 do 15:1, tedy počtem biopsií benigních lézí provedených za účelem stanovení diagnózy jednoho kožního melanomu.

   Kromě toho existují tvrzení, že jeden diagnostický znak může být citlivější než ostatní znaky, podobně jako kritéria světle hnědé bezstrukturní oblasti. Dermatologové běžně selhávají v diagnostice časného malého melanomu, který je kritickým obdobím růstu nádoru a nejúčinnější prevencí.

3. Vizuální rozpoznávání pomocí dočasné fotografie celého těla je dosud nestandardizovaná metodologie, časově náročná a pro pacienta nákladná procedura. Využívá hodnocení lidského srovnání a je vystaven zkreslení pixelové fotografie během provádění měření v důsledku osvětlení, pozadí a polohy kamery. Přidání hodnocení pacienta umělou inteligencí, analýza založená na počítačovém vyhodnocení různých kolorimetrických a geometrických parametrů léze v reálném čase, poskytuje pouze omezenou výhodu, někdy přináší více falešně pozitivních výsledků ve srovnání s nezkušenými nebo dokonce zkušenými lékaři.
4. Multispektrometrická zařízení, která poskytují měření melaninu, kolagenu a hemoglobinu s dalším využitím analýzy obrazu, nepřinášejí epiluminiscenční mikroskopii žádnou výhodu. Přestože vykazují vyšší citlivost, specificita těchto metodologií je výrazně nižší než u jednoduché epiluminiscenční mikroskopie v rychlosti identifikace melanomu.
5. Konfokální skenovací mikroskopie, postup, který využívá laser s nízkým výkonem pro 3D zobrazování. Účinný diagnostický prostředek. Použití této metodiky je však omezeno její vysokou cenou, prodlouženou (6měsíční) křivkou učení 2000-4000 snímků a požadavkem na vysoce specializovaného a vyškoleného pracovníka, protože tato metodika je vysoce vystavena artefaktům.
6. Vyvíjené experimentální metody: Elektrická impedanční spektroskopie, Optická koherentní tomografie, Vysokofrekvenční ultrazvuk, Laserové dopplerovské perfuzní zobrazování, Dynamické termální zobrazování, Fotoakustická mikroskopie, budou dále vyvíjeny a ověřovány.

Klinické požadavky

Je žádoucí identifikovat novou neinvazivní metodologii, která bude

1. Zlepšení citlivosti diagnostiky pigmentových kožních lézí, stejně jako dysplastických névů, Spitzových névů a MM
2. Identifikujte malý MM,
3. Zvyšte specificitu lézí, které mají být biopsie
4. Neinvazivní rychlá technologie.

Běžná praxe

Obvykle je pacient vyšetřen lékařem buď kvůli stížnosti na kožní léze, nebo u vysoce rizikových pacientů kvůli pravidelnému předvolání k návštěvě.

Pouze někteří dermatologové používají dermoskopii nebo jsou zruční ji používat, protože se může zdát, že je časově náročná. Neexistuje žádný mezinárodní standard stupně dovedností. Dokonce ani učebnice dermoskopie zlatého standardu neexistuje.

Po rozpoznání podezřelé léze je pacient odeslán k chirurgovi k biopsii.

Jak bylo nedávno přezkoumáno a s ohledem na výše uvedené, výskyt melanomu stále roste. Všechny současné metody obvykle nediagnostikují melanom v časném stadiu a epiluminiscenční mikroskopie je vysoce závislá na uživateli a běžně diagnózu nezachytí. Včasná excize je jedinou strategií ke snížení počtu úmrtí spojených s melanomem. Zbytečná excize benigních lézí zvyšuje morbiditu a zvyšuje náklady na zdravotní péči spojenou se screeningem melanomu, což vede k doporučením omezení plošného screeningu ze strany Surgeon General (2016) a zpochybňování účinnosti takového screeningu.

Požadavek systematičtější metodiky a systému je zřejmý s ohledem na očekávaný nárůst incidence melanomu na 1:15 v příštích 15 letech. Nové zařízení schopné zachytit příležitost dysplastického névu k malému melanomu je velmi užitečné pro dnešní zdravotnické systémy.

Primární studijní cíle

• Citlivost alespoň 75 % pro výsledky klasifikátoru ve srovnání s biopsií Senzitivita je procento správně diagnostikovaných dysplastických névů, špicových névů nebo melanomů. [ Označeno jako bezpečnostní problém: Ne ].
• Citlivost alespoň 85 % pro výsledky Modified Classifier Technology (MCT) ve srovnání s biopsií. Citlivost je procento správně diagnostikovaných dysplastických névů, špicových névů nebo melanomů. [ Označeno jako bezpečnostní problém: Ne ]
• Specificita alespoň 33 % pro výsledky klasifikátoru ve srovnání s biopsií. Specificita je procento správně identifikovaných dysplastických névů, špicových névů nebo melanomů. [ Označeno jako bezpečnostní problém: Ne ]
• Specificita alespoň 33 % pro výsledky MCT ve srovnání s biopsií. Specificita je procento správně identifikovaných dysplastických névů, špicových névů nebo melanomů. [ Označeno jako bezpečnostní problém: Ne ]

Sekundární studijní cíle

• Pozitivní prediktivní hodnota MCT ve srovnání s výsledkem biopsie [ Označeno jako bezpečnostní problém: Ne ]
• Záporná prediktivní hodnota MCT, [ Označeno jako bezpečnostní problém: Ne ]
• Míra falešně pozitivních MCT, [ Označeno jako bezpečnostní problém: Ne ]
• Míra falešně negativních MCT, [ Označeno jako bezpečnostní problém: Ne ]
• Rozdíl mezi dvěma dermoskopy, [ Označeno jako bezpečnostní problém: Ne ]
• Pozitivní prediktivní hodnota klasifikátoru ve srovnání s výsledkem biopsie [ Označeno jako bezpečnostní problém: Ne ]
• Záporná prediktivní hodnota klasifikátoru, [ Označeno jako bezpečnostní problém: Ne ]
• Míra falešně pozitivních klasifikátorů, [ Označeno jako bezpečnostní problém: Ne ]
• Míra falešně negativních výsledků klasifikátoru, [ Označeno jako bezpečnostní problém: Ne ]
• Klinické rozhodnutí Míry citlivosti a specificity.