人工智能辅助评估色素性皮肤病变 (NNCD)

背景

恶性黑色素瘤 (MM) 是一种致命的癌症，全球每年约有 160,000 例新病例和 48,000 例死亡 [1]。 1950 年至 2007 年间，男性 MM 的发病率上升了 17 倍以上（每 100,000 人 1.9 至 33.5 人），女性上升了 9 倍以上（每 100,000 人 2.6 至 25.3 人）[2]。 据估计，每年诊断出 76000 例新病例和 9000 例死亡（仅美国，2017 年）[3]。 欧洲国家产量 22000/yr。 4 期黑色素瘤。

MM 在大约 70% 的受试者中从头开始，有一个 2 毫米或更大的浅表皮肤损伤，如果不加以诊断，可能会发展成更晚期的癌症，随后是无症状淋巴结扩散和重要器官（如肝脏）的侵袭和大脑。 MM 通过直接侵入皮肤（以毫米为单位的 Breslow 量表）或通过其皮肤水平受累（Clark 1-5 结构性皮肤受累水平）来分期。 两种评估方法都是长期生存的预测指标，在 Breslow 深度低于 1 毫米时几乎没有变化，而在 Clark III 阶段之后则大大降低。 因此，黑色素瘤（通常被标记为小黑色素瘤）的早期检测至关重要。

目前的 MM 检测方法

目前采用以下不同的检测皮肤黑色素瘤的方法和诊断手段作为诊断手段：

1. 通过不对称、边界、颜色、直径和进化（ABCDE 规则）进行视觉识别。 一种已有 30 年历史且仍在运行的方法，正在评估：ABCDE。 它被部分美国皮肤科医生使用，他们相信自己的临床技能和直觉 [4]。 由于其固有的复杂性和无数的识别模式，60% 的非使用者皮肤科医生认为通过落射发光显微镜进行的皮肤镜检查是无效的，30% 的皮肤科医生认为它很耗时，因此不切实际。 上述规则于 2015 年进行了审查 [5]，并教导使用大于 6 毫米的直径作为黑色素瘤识别的标准。 因此，它无助于黑色素瘤的早期检测，而这可能会挽救生命，因为 70-80% 的黑色素瘤从头开始都是小黑色素瘤。 尝试更改直径标准，即假定的 6 毫米直径减小，会导致灵敏度和特异性显着降低，从而使 ABCDE 对早期黑色素瘤检测无效。 得出的结论是，这些基本的视觉标准虽然被广泛使用，但由于其先天标准错过了进化中的黑色素瘤，因此是一种无效的预防方法，因为所有黑色素瘤都是从小黑色素瘤开始的。

2. 落射发光显微镜是一门有65年历史的艺术，被认为是评价的黄金标准。 它高度依赖于诊断医生的技能和知识。 落射发光显微镜是临床观察和组织病理学诊断之间的桥梁。 它允许将皮肤色素可视化到真皮乳头层，并提高检测灵敏度和特异性。 临床医生根据皮肤镜检查规则 [6] 进行分析，这些规则基于复杂的皮肤镜模式分析。

   对皮损进行完整的皮肤镜模式分析是诊断的主流。 每种皮肤镜模式在范围、直径、一般或局部外观上都可能不同，或者演变为在同一病变上具有不同表达区域的多种模式，从而使诊断超出了百科全书式的范围。

   由于皮肤镜模式分析方法的复杂性，提出了不同的修改，例如简化的 ABCD 规则、中间 7 条规则评估和 11 条规则清单。 无数的数据及其解释甚至使皮肤镜检查专家能够以 5:1 到 15:1 的相对较低比例识别黑色素瘤，即为了诊断一种皮肤黑色素瘤而进行的良性病变活检数量。

   此外，有人声称一种诊断标志可能比其他标志更敏感，例如浅棕色无结构区域的标准。 皮肤科医生通常无法诊断出早期的小黑色素瘤，这是肿瘤生长的关键时期，也是最有效的预防方法。

3. 通过时间全身摄影的视觉识别仍然是非标准化的方法，是一种耗时且患者昂贵的过程。 它使用人类比较评估，并且在测量过程中由于光照、背景和相机位置而受到像素照片的偏差。 通过人工智能增加患者评估，即基于计算机实时评估病变的不同比色和几何参数的分析，仅带来有限的优势，与没有经验甚至经验丰富的临床医生相比，有时会产生更多的假阳性。
4. 多光谱仪通过进一步使用图像分析提供黑色素、胶原蛋白和血红蛋白的测量，但不会赋予落射发光显微镜任何优势。 尽管显示出更高的灵敏度，但这些方法的特异性在黑色素瘤鉴定率方面远低于简单的落射发光显微镜。
5. 共聚焦扫描显微镜，一种使用低功率激光进行 3D 成像的程序。 一种有效的诊断手段。 然而，这种方法的使用受到其高成本、2000-4000 张图像的延长（6 个月）学习曲线以及对高度专业化和训练有素的人员的要求的限制，因为这种方法很容易受到伪影的影响。
6. 正在开发的实验方法：类似电阻抗谱、光学相干断层扫描、高频超声、激光多普勒灌注成像、动态热成像、光声显微术等，有待进一步开发和验证。

临床要求

需要确定一种新的非侵入性方法，该方法将

1. 提高色素性皮肤病变的诊断灵敏度，如发育不良痣、Spitz 痣和 MM
2. 识别小MM，
3. 提高活检病变的特异性
4. 无创快速技术。

常见做法

通常，由于皮肤损伤投诉，或者对于高危患者，医生会定期对患者进行评估。

只有一些皮肤科医生使用皮肤镜检查或熟练使用它，因为它可能看起来很耗时。 技能程度没有国际标准。 甚至皮肤镜检查的黄金标准教科书也不存在。

在识别出可疑病变后，患者会被转介给外科医生进行活检。

正如最近回顾的那样，鉴于上述情况，黑色素瘤的发病率正在持续增加。 目前所有的方法通常都不能在早期诊断出黑色素瘤，而落射发光显微镜高度依赖于用户并且通常会漏诊。 早期切除是减少黑色素瘤相关死亡人数的唯一策略。 不必要地切除良性病变会增加发病率并增加与黑色素瘤筛查相关的医疗保健成本，导致外科医生 (2016) 建议限制全身筛查，并质疑此类筛查的有效性。

考虑到未来 15 年内黑色素瘤发病率预计将增加到 1:15，对更系统化的方法和系统的需求是显而易见的。 一种能够捕捉发育不良痣转化为小黑色素瘤的机会之窗的新设备对当今的医疗保健系统非常有用。

主要学习目标

• 与活组织检查相比，分类器结果的灵敏度至少为 75% 灵敏度是指正确诊断出发育不良痣、Spitz 痣或黑色素瘤的百分比。 [指定为安全问题：否]。
• 与活检相比，改良分类器技术 (MCT) 结果的灵敏度至少为 85%。 敏感性是指正确诊断出发育不良痣、Spitz 痣或黑色素瘤的百分比。 [指定为安全问题：否]
• 与活组织检查相比，分类器结果的特异性至少为 33%。 特异性是正确识别发育不良痣、Spitz 痣或黑色素瘤的百分比。 [指定为安全问题：否]
• A 与活检相比，MCT 结果的特异性至少为 33%。 特异性是正确识别发育不良痣、Spitz 痣或黑色素瘤的百分比。 [指定为安全问题：否]

次要学习目标

• 与活检结果相比，MCT 的阳性预测值 [指定为安全问题：否]
• MCT 的阴性预测值，[指定为安全问题：否]
• MCT的误报率，【指定为安全问题：否】
• MCT的假阴性率，【指定为安全问题：否】
• 两种皮肤镜之间的区别，[指定为安全问题：否]
• 分类器的阳性预测值，与活检结果相比[指定为安全问题：否]
• 分类器的阴性预测值，[指定为安全问题：否]
• 分类器的误报率，[指定为安全问题：否]
• 分类器的漏报率，[指定为安全问题：否]
• 临床决策敏感性和特异性率。