Walidacja algorytmu sztucznej inteligencji identyfikującego echokardiograficzne widoki referencyjne. USG - przewodnik po akwizycji serca (U-CAG)

W odpowiedzi na ten problem kilka zespołów skorzystało z postępów w głębokim uczeniu się, szczególnie w dziedzinie widzenia komputerowego, aby pomóc niespecjalistom w uzyskaniu tych widoków referencyjnych. Korzystając z konwolucyjnych sieci neuronowych, kilka zespołów opracowało algorytmy identyfikacji i rozróżniania tych widoków. Celem pracy jest pomoc operatorowi poprzez identyfikację w czasie rzeczywistym uzyskanego obrazu ultrasonograficznego jako widoku referencyjnego.

Od stycznia 2019 r. nad tego typu rozwiązaniem pracują laboratorium echokardiografii kierowane przez prof. Stéphane'a Lafitte'a oraz DESKi, start-up z Bordeaux specjalizujący się w uczeniu głębokim i obrazowaniu medycznym. W szczególności byli w stanie opracować algorytm oparty na danych retrospektywnych, który klasyfikuje obrazy według 7 projekcji referencyjnych (przymostkowa oś długa, przymostkowa oś krótka, ubytki wierzchołkowe 4-3-2, ubytki podżebrowe 4 i żyła główna dolna) oraz klasa reprezentująca obrazy ultrasonograficzne, które nie odpowiadają żadnemu z tych widoków.

Specyfika tej pracy polega głównie na tym, że algorytm wykrywa tylko widoki o jakości wystarczającej (echogeniczność i widoczna część anatomiczna na obrazie) do wiarygodnej analizy oraz że architektura sieci neuronowej jest kompatybilna z użytkowaniem w czasie rzeczywistym na inteligentny telefon.

Niezależnie od zespołów, wszystkie te algorytmy zostały zbudowane i zweryfikowane na podstawie danych retrospektywnych, czyli pętli obrazów ultrasonograficznych zarejestrowanych przez kardiologów podczas standardowych badań echokardiograficznych. W tych nagraniach kardiolodzy zachowują tylko obrazy odpowiadające widokom referencyjnym. Następnie kardiolog dołącza każdą pętlę obrazu lub akwizycję do widoku referencyjnego. Na podstawie tych nagrań oznaczonych przez kardiologów i metodą uczenia algorytmy uczą się wykrywać i rozróżniać te widoki referencyjne. Algorytmy są następnie weryfikowane na próbce, która nie była używana do treningu, poprzez porównanie ich wyników z oznaczeniami wykonanymi przez kardiologów.

Ograniczeniem tej walidacji jest to, że w niewielkim stopniu uwzględnia ona zachowanie algorytmu w konfrontacji z obrazami, które nie są widokami referencyjnymi.

Rzeczywiście, przed zarejestrowaniem tych widoków referencyjnych operator wyszukuje pozycję sondy, która zapewnia najlepszy widok, przesuwając ją nad tułowiem pacjenta. Cała ta faza skanowania odbywa się podczas standardowego badania bez rejestracji. Żadne z tych rozwiązań nie zostało zatem zweryfikowane prospektywnie na przejęciach, w tym na etapie skanowania widoków referencyjnych.

Poprzez prospektywne badanie monocentryczne celem badań jest porównanie znakowania przeprowadzonego przez algorytm i przeprowadzonego przez kardiologów z akwizycji obejmującej rejestrację fazy wyszukiwania widoku referencyjnego i uzyskanych w ramach rutynowej opieki w pracowni echokardiograficznej.