Wspomagana sztuczną inteligencją ocena pigmentowanych zmian skórnych (NNCD)

Tło

Czerniak złośliwy (MM) jest śmiertelnym nowotworem, powodującym globalnie około 160 000 nowych przypadków rocznie i 48 000 zgonów [1]. Zapadalność na MM wzrosła w latach 1950-2007 ponad 17-krotnie u mężczyzn (z 1,9 do 33,5 na 100 000) i ponad 9-krotnie u kobiet (z 2,6 do 25,3 na 100 000) [2]. Szacuje się, że rocznie diagnozuje się 76 000 nowych przypadków i 9 000 zgonów (tylko USA, 2017) [3]. Kraje europejskie dają 22000 rocznie. czerniaki stopnia 4.

MM zaczyna się de novo u około 70% pacjentów, z małą 2-milimetrową lub bardziej powierzchowną zmianą skórną, która, jeśli pozostanie niezdiagnozowana, może rozwinąć się w bardziej zaawansowane stadium raka, po którym następuje ciche rozprzestrzenianie się węzłów chłonnych i inwazja ważnych narządów, takich jak wątroba i mózg. MM jest oceniany na podstawie bezpośredniego naciekania skóry, według skali Breslowa w mm, lub na poziomie skóry, strukturalny poziom zajęcia skóry Clarka 1-5. Obie metody oceny są predyktorami długoterminowego przeżycia, które jest prawie niezmienione na głębokości Breslowa poniżej 1 mm i znacznie spada poza stadium Clarka III. Dlatego kluczowe znaczenie ma wczesne wykrycie czerniaka, zwykle określanego jako czerniak mały.

Obecne metodologie wykrywania MM

Następujące różne metody i środki diagnostyczne do wykrywania czerniaka skóry są obecnie stosowane jako środki diagnostyczne:

1. Rozpoznawanie wizualne według asymetrii, granicy, koloru, średnicy i ewolucji (reguła ABCDE). Metodologia mająca 30 lat i wciąż działająca, oceniająca: ABCDE. Stosowana jest przez część amerykańskich dermatologów, którzy ufają swoim umiejętnościom klinicznym i instynktowi [4]. Ze względu na swoją wrodzoną złożoność i niezliczone wzorce rozpoznawania, dermoskopia za pomocą mikroskopii epiluminescencyjnej jest uważana za nieskuteczną przez 60% dermatologów niebędących użytkownikami, a 30% zgłasza, że ​​jest czasochłonna, co czyni ją niepraktyczną. Powyższa zasada została zweryfikowana w 2015 roku [5] i uczy stosowania średnicy większej niż 6 mm jako kryterium rozpoznania czerniaka. W konsekwencji nie przyczynia się do wczesnego wykrycia czerniaka, co może uratować życie, ponieważ 70-80% czerniaków rozpoczyna się de novo jako małe czerniaki. Próba zmiany kryterium Diameter, tj. zmniejszenia postulowanej średnicy 6 mm, prowadzi do znacznego obniżenia czułości i swoistości, czyniąc ABCDE nieskutecznym we wczesnym wykrywaniu czerniaka. Stwierdzono, że te podstawowe kryteria wizualne, choć szeroko stosowane, są nieskuteczną metodą zapobiegania ze względu na ich wrodzone kryteria, które pomijają rozwijające się czerniaki, ponieważ wszystkie czerniaki zaczynają się jako małe czerniaki.

2. Mikroskopia epiluminescencyjna to sztuka mająca 65 lat, uważana za złoty standard oceny. Zależy to w dużym stopniu od umiejętności i wiedzy diagnosty. Mikroskopia epiluminescencyjna jest pomostem między obserwacją kliniczną a diagnostyką histopatologiczną. Umożliwia wizualizację pigmentów skóry aż do warstwy brodawkowatej skóry właściwej oraz poprawia czułość i swoistość wykrywania. Analiza dokonywana jest przez klinicystę w oparciu o zasady dermoskopii [6], które opierają się na skomplikowanej analizie wzorca dermoskopowego.

   Główny nurt diagnostyki stanowi pełna analiza dermoskopowa zmiany. Każdy z wzorców dermoskopowych może różnić się zakresem, średnicą, ogólnym lub miejscowym wyglądem lub ewoluować jako wiele wzorców z różnymi obszarami ekspresji na tej samej zmianie, co sprawia, że ​​diagnoza wykracza poza zadanie encyklopedyczne.

   Ze względu na złożoność metody analizy wzorców dermoskopowych zaproponowano różne modyfikacje, takie jak uproszczona reguła ABCD, pośrednia ocena 7 reguł oraz lista kontrolna 11 reguł. Mnogość danych i ich interpretacja sprawiają, że nawet eksperci dermoskopii są w stanie zidentyfikować czerniaki ze stosunkowo niskim stosunkiem od 5:1 do 15:1, czyli liczbą biopsji zmian łagodnych wykonywanych w celu postawienia rozpoznania jednego czerniaka skóry.

   Ponadto istnieją twierdzenia, że ​​jeden objaw diagnostyczny może być bardziej wrażliwy niż inne objawy, podobnie jak kryteria jasnobrązowego obszaru bez struktury. Dermatolodzy często zawodzą w diagnostyce wczesnego czerniaka drobnego, który jest krytycznym okresem wzrostu guza i najskuteczniejszą profilaktyką.

3. Rozpoznawanie wizualne za pomocą tymczasowej fotografii całego ciała jest jeszcze niestandaryzowaną metodologią, czasochłonną i kosztowną dla pacjenta procedurą. Wykorzystuje ocenę porównawczą człowieka i podlega odchyleniom zdjęcia pikselowego podczas wykonywania pomiaru, ze względu na oświetlenie, tło i położenie kamery. Dodanie oceny pacjenta przez sztuczną inteligencję, analizy opartej na komputerowej ocenie różnych parametrów kolorymetrycznych i geometrycznych zmiany w czasie rzeczywistym, dają jedynie ograniczoną przewagę, dając czasami więcej wyników fałszywie dodatnich w porównaniu z niedoświadczonymi lub nawet doświadczonymi klinicystami.
4. Urządzenia Multi Spectrometry, które zapewniają pomiary melaniny, kolagenu i hemoglobiny z dalszym wykorzystaniem analizy obrazu, nie dają żadnej przewagi mikroskopii epiluminescencyjnej. Chociaż wykazują wyższą czułość, specyficzność tych metodologii jest znacznie niższa niż w przypadku prostej mikroskopii epiluminescencyjnej pod względem szybkości identyfikacji czerniaka.
5. Skaningowa mikroskopia konfokalna, procedura wykorzystująca laser małej mocy do obrazowania 3D. Skuteczny sposób diagnozy. Jednak zastosowanie tej metodologii jest ograniczone przez jej wysoki koszt, wydłużoną (6 miesięcy) krzywą uczenia się obejmującą 2000-4000 obrazów oraz wymaganie wysoce wyspecjalizowanego i przeszkolonego personelu, ponieważ ta metodologia jest wysoce narażona na artefakty.
6. Metody eksperymentalne w trakcie opracowywania: podobne spektroskopia impedancji elektrycznej, optyczna tomografia koherencyjna, ultradźwięki wysokiej częstotliwości, laserowe obrazowanie perfuzji dopplerowskiej, dynamiczne obrazowanie termiczne, mikroskopia fotoakustyczna, do dalszego rozwoju i udowodnienia.

Wymagania kliniczne

Pożądane jest zidentyfikowanie nowej nieinwazyjnej metodologii, która to umożliwi

1. Poprawa czułości w diagnostyce zmian barwnikowych skóry, takich jak znamiona dysplastyczne, szpicowe i szpiczaka mnogiego
2. Zidentyfikuj mały MM,
3. Zwiększ specyficzność zmian do biopsji
4. Nieinwazyjna szybka technologia.

Powszechna praktyka

Zwykle pacjent jest oceniany przez lekarza z powodu skargi na zmiany skórne lub, w przypadku pacjentów z grupy wysokiego ryzyka, wezwania na regularne wizyty.

Tylko niektórzy dermatolodzy stosują dermoskopię lub umieją ją stosować, ponieważ może się to wydawać czasochłonne. Nie ma międzynarodowego standardu stopnia umiejętności. Nie istnieje nawet złoty podręcznik dermoskopii.

Po rozpoznaniu podejrzanej zmiany pacjent kierowany jest do chirurga w celu wykonania biopsji.

Jak niedawno dokonano przeglądu iw związku z powyższym, częstość występowania czerniaka stale wzrasta. Wszystkie obecne metody zwykle nie pozwalają na zdiagnozowanie czerniaka we wczesnym stadium, a mikroskopia epiluminescencyjna jest wysoce zależna od użytkownika i często nie pozwala na postawienie diagnozy. Wczesne wycięcie jest jedyną strategią zmniejszania liczby zgonów związanych z czerniakiem. Niepotrzebne wycinanie zmian łagodnych zwiększa zachorowalność i podnosi koszty opieki zdrowotnej związane z badaniami przesiewowymi w kierunku czerniaka, co skutkuje ograniczeniami badań przesiewowych całego ciała zalecanymi przez Surgeon General (2016) i kwestionowaniem skuteczności takich badań przesiewowych.

Wymóg bardziej usystematyzowanej metodologii i systemu jest oczywisty w świetle spodziewanego wzrostu zachorowań na czerniaka do 1:15 w ciągu najbliższych 15 lat. Nowe urządzenie, które jest w stanie uchwycić okno możliwości znamienia dysplastycznego na małego czerniaka, jest bardzo przydatne we współczesnych systemach opieki zdrowotnej.

Podstawowe cele studiów

• Czułość co najmniej 75% dla wyników Klasyfikatora w porównaniu z biopsją Czułość to odsetek prawidłowo zdiagnozowanych znamion dysplastycznych, szpicowych lub czerniaków. [Oznaczony jako problem związany z bezpieczeństwem: nie].
• Czułość wynosząca co najmniej 85% dla wyników technologii zmodyfikowanego klasyfikatora (MCT) w porównaniu z biopsją. Czułość to odsetek prawidłowo zdiagnozowanych znamion dysplastycznych, szpicowych lub czerniaków. [Oznaczony jako problem z bezpieczeństwem: nie]
• Swoistość co najmniej 33% dla wyników klasyfikatora w porównaniu z biopsją. Swoistość to odsetek prawidłowo zidentyfikowanych znamion dysplastycznych, szpicowych lub czerniaków. [Oznaczony jako problem z bezpieczeństwem: nie]
• Swoistość co najmniej 33% dla wyników MCT w porównaniu z biopsją. Swoistość to odsetek prawidłowo zidentyfikowanych znamion dysplastycznych, szpicowych lub czerniaków. [Oznaczony jako problem z bezpieczeństwem: nie]

Cele studiów drugorzędnych

• Dodatnia wartość predykcyjna MCT w porównaniu z wynikiem biopsji [Oznaczono jako problem dotyczący bezpieczeństwa: Nie]
• Ujemna wartość predykcyjna MCT, [Oznaczony jako kwestia bezpieczeństwa: Nie]
• Odsetek wyników fałszywie dodatnich MCT, [Oznaczony jako problem dotyczący bezpieczeństwa: Nie]
• Odsetek wyników fałszywie ujemnych MCT, [Oznaczony jako problem dotyczący bezpieczeństwa: Nie]
• Różnica między dwoma dermoskopami, [Oznaczony jako kwestia bezpieczeństwa: nie]
• Dodatnia wartość predykcyjna klasyfikatora w porównaniu z wynikiem biopsji [Oznaczony jako problem dotyczący bezpieczeństwa: Nie]
• Ujemna wartość predykcyjna klasyfikatora, [Oznaczony jako kwestia bezpieczeństwa: Nie]
• Odsetek wyników fałszywie dodatnich klasyfikatora, [Oznaczony jako problem dotyczący bezpieczeństwa: nie]
• Odsetek wyników fałszywie ujemnych klasyfikatora, [Oznaczony jako problem dotyczący bezpieczeństwa: nie]
• Decyzja kliniczna Współczynniki czułości i swoistości.