A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
هنا ، يقترح نموذج جديد للكشف عن عقيدات الغدة الدرقية في صور الموجات فوق الصوتية ، والذي يستخدم Swin Transformer كعمود فقري لإجراء نمذجة السياق طويلة المدى. تثبت التجارب أنه يعمل بشكل جيد من حيث الحساسية والدقة.
في السنوات الأخيرة ، تزايد معدل الإصابة بسرطان الغدة الدرقية. يعد اكتشاف عقيدات الغدة الدرقية أمرا بالغ الأهمية للكشف عن سرطان الغدة الدرقية وعلاجه. حققت الشبكات العصبية التلافيفية (CNNs) نتائج جيدة في مهام تحليل صور الموجات فوق الصوتية للغدة الدرقية. ومع ذلك ، نظرا لمحدودية مجال الاستقبال الصحيح للطبقات التلافيفية ، تفشل شبكات CNN في التقاط التبعيات السياقية طويلة المدى ، والتي تعتبر مهمة لتحديد عقيدات الغدة الدرقية في صور الموجات فوق الصوتية. شبكات المحولات فعالة في التقاط المعلومات السياقية طويلة المدى. مستوحاة من هذا ، نقترح طريقة جديدة للكشف عن عقيدات الغدة الدرقية تجمع بين العمود الفقري لمحول سوين و Faster R-CNN. على وجه التحديد ، يتم عرض صورة الموجات فوق الصوتية أولا في تسلسل 1D من عمليات التضمين ، والتي يتم إدخالها بعد ذلك في محول سوين الهرمي.
يتميز العمود الفقري لمحول Swin بخمسة مقاييس مختلفة من خلال استخدام النوافذ المتغيرة لحساب الانتباه الذاتي. بعد ذلك ، يتم استخدام شبكة هرمية للمعالم (FPN) لدمج الميزات من مقاييس مختلفة. أخيرا ، يتم استخدام رأس الكشف للتنبؤ بالمربعات المحيطة ودرجات الثقة المقابلة. تم استخدام البيانات التي تم جمعها من 2,680 مريضا لإجراء التجارب ، وأظهرت النتائج أن هذه الطريقة حققت أفضل درجة mAP بنسبة 44.8٪ ، متفوقة على خطوط الأساس المستندة إلى CNN. بالإضافة إلى ذلك ، اكتسبنا حساسية أفضل (90.5٪) من المنافسين. يشير هذا إلى أن نمذجة السياق في هذا النموذج فعالة للكشف عن عقيدات الغدة الدرقية.
ازداد معدل الإصابة بسرطان الغدة الدرقية بسرعة منذ عام 1970 ، خاصة بين النساء في منتصف العمر1. قد تتنبأ عقيدات الغدة الدرقية بظهور سرطان الغدة الدرقية ، ومعظم عقيدات الغدة الدرقية بدون أعراض2. الكشف المبكر عن عقيدات الغدة الدرقية مفيد جدا في علاج سرطان الغدة الدرقية. لذلك ، وفقا لإرشادات الممارسة الحالية ، يجب أن يخضع جميع المرضى الذين يعانون من تضخم الغدة الدرقية العقدي المشتبه به في الفحص البدني أو الذين لديهم نتائج تصوير غير طبيعية لمزيد من الفحص 3,4.
الموجات فوق الصوتية للغدة الدرقية (الولايات المتحدة) هي طريقة شائعة تستخدم للكشف عن آفات الغدة الدرقية وتوصيفها 5,6. الولايات المتحدة هي تقنية مريحة وغير مكلفة وخالية من الإشعاع. ومع ذلك ، فإن تطبيق الولايات المتحدة يتأثر بسهولة بالمشغل 7,8. يمكن تمييز ميزات مثل الشكل والحجم والصدى والملمس للعقيدات الدرقية بسهولة على الصور الأمريكية. على الرغم من أن بعض السمات الأمريكية - التكلسات ، والصدى ، والحدود غير المنتظمة - غالبا ما تعتبر معايير لتحديد عقيدات الغدة الدرقية ، إلا أن وجود تباين بين المراقبين أمر لا مفر منه 8,9. تختلف نتائج تشخيص أخصائيي الأشعة بمستويات مختلفة من الخبرة. من المرجح أن يخطئ أخصائيو الأشعة عديمي الخبرة في التشخيص أكثر من أخصائيي الأشعة ذوي الخبرة. يمكن أن تؤدي بعض خصائص الولايات المتحدة مثل الانعكاسات والظلال والأصداء إلى تدهور جودة الصورة. هذا التدهور في جودة الصورة الناجم عن طبيعة التصوير الأمريكي يجعل من الصعب حتى على الأطباء ذوي الخبرة تحديد موقع العقيدات بدقة.
تطور التشخيص بمساعدة الكمبيوتر (CAD) لعقيدات الغدة الدرقية بسرعة في السنوات الأخيرة ويمكن أن يقلل بشكل فعال من الأخطاء التي يسببها الأطباء المختلفون ويساعد أخصائيي الأشعة على تشخيص العقيدات بسرعة ودقة10,11. تم اقتراح العديد من أنظمة CAD المستندة إلى CNN لتحليل عقيدات الغدة الدرقية الأمريكية ، بما في ذلك التجزئة12،13 ، والكشف 14،15 ، والتصنيف16،17. CNN هو نموذج تعليمي متعدد الطبقات وخاضع للإشراف18 ، والوحدات الأساسية ل CNN هي طبقات الالتفاف والتجميع. يتم استخدام طبقات الالتفاف لاستخراج المعالم ، ويتم استخدام طبقات التجميع لاختزال العينات. يمكن لطبقات الظل التلافيفية استخراج الميزات الأساسية مثل النسيج والحواف والخطوط ، بينما تتعلم الطبقات التلافيفية العميقة ميزات دلالية عالية المستوى.
حققت CNNs نجاحا كبيرا في رؤية الكمبيوتر19،20،21. ومع ذلك ، تفشل شبكات CNN في التقاط التبعيات السياقية طويلة المدى بسبب المجال المستقبلي الصالح المحدود للطبقات التلافيفية. في الماضي ، كانت البنى الأساسية لتصنيف الصور تستخدم في الغالب شبكات CNN. مع ظهور Vision Transformer (ViT)22,23 ، تغير هذا الاتجاه ، والآن تستخدم العديد من النماذج الحديثة المحولات كعمود فقري. استنادا إلى تصحيحات الصور غير المتداخلة ، يستخدم ViT مشفر محول قياسي25 لنمذجة العلاقات المكانية عالميا. يقدم Swin Transformer24 أيضا نوافذ التحول لتعلم الميزات. لا توفر نوافذ التحول كفاءة أكبر فحسب ، بل تقلل أيضا بشكل كبير من طول التسلسل لأن الاهتمام الذاتي يتم حسابه في النافذة. في الوقت نفسه ، يمكن إجراء التفاعل بين نافذتين متجاورتين من خلال تشغيل التحول (الحركة). أدى التطبيق الناجح لمحول سوين في رؤية الكمبيوتر إلى التحقيق في البنى القائمة على المحولات لتحليل صور الموجات فوق الصوتية26.
في الآونة الأخيرة ، اقترح Li et al. نهج التعلم العميق28 للكشف عن سرطان الغدة الدرقية الحليمي المستوحى من Faster R-CNN27. أسرع R-CNN هي بنية كلاسيكية للكشف عن الكائنات تستند إلى CNN. يحتوي Faster R-CNN الأصلي على أربع وحدات - العمود الفقري ل CNN ، وشبكة اقتراح المنطقة (RPN) ، وطبقة تجميع عائد الاستثمار ، ورأس الكشف. يستخدم العمود الفقري ل CNN مجموعة من طبقات conv + bn + relu + التجميع الأساسية لاستخراج خرائط المعالم من صورة الإدخال. بعد ذلك ، يتم إدخال خرائط المعالم في RPN وطبقة تجميع عائد الاستثمار. ويتمثل دور شبكة RPN في وضع مقترحات إقليمية. تستخدم هذه الوحدة softmax لتحديد ما إذا كانت نقاط الارتساء موجبة وتولد نقاط ارتساء دقيقة عن طريق انحدار المربع المحيط. تستخرج طبقة تجميع عائد الاستثمار خرائط معالم الاقتراح من خلال جمع خرائط معالم الإدخال والمقترحات وتغذي خرائط معالم الاقتراح في رأس الكشف التالي. يستخدم رأس الكشف خرائط معالم الاقتراح لتصنيف الكائنات والحصول على مواضع دقيقة لمربعات الكشف عن طريق انحدار المربع المحيط.
تقدم هذه الورقة شبكة جديدة للكشف عن عقيدات الغدة الدرقية تسمى Swin Faster R-CNN تم تشكيلها عن طريق استبدال العمود الفقري ل CNN في Faster R-CNN بمحول Swin ، مما يؤدي إلى استخراج أفضل لميزات اكتشاف العقيدات من صور الموجات فوق الصوتية. وبالإضافة إلى ذلك، تستخدم الشبكة الهرمية للمعالم (FPN)29 لتحسين أداء الكشف عن نموذج العقيدات ذات الأحجام المختلفة عن طريق تجميع السمات ذات المقاييس المختلفة.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
تمت الموافقة على هذه الدراسة بأثر رجعي من قبل مجلس المراجعة المؤسسية لمستشفى غرب الصين ، جامعة سيتشوان ، سيتشوان ، الصين ، وتم التنازل عن شرط الحصول على الموافقة المستنيرة.
1. إعداد البيئة
2. إعداد البيانات
3. سوين أسرع تكوين RCNN
4. تدريب سوين أسرع R-CNN
5. إجراء الكشف عن عقيدات الغدة الدرقية على صور جديدة
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
تم جمع صور الغدة الدرقية الأمريكية من مستشفيين في الصين من سبتمبر 2008 إلى فبراير 2018. كانت معايير الأهلية لتضمين الصور الأمريكية في هذه الدراسة هي الفحص الأمريكي التقليدي قبل الخزعة والعلاج الجراحي ، والتشخيص بالخزعة أو علم الأمراض بعد الجراحة ، والعمر ≥ 18 عاما. كانت معايير الاستبعاد هي ال?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
تصف هذه الورقة بالتفصيل كيفية إجراء إعداد البيئة وإعداد البيانات وتكوين النموذج والتدريب على الشبكة. في مرحلة إعداد البيئة ، يحتاج المرء إلى الانتباه للتأكد من أن المكتبات التابعة متوافقة ومتطابقة. معالجة البيانات هي خطوة مهمة للغاية. يجب بذل الوقت والجهد لضمان دقة التعليقات التوضيحية. ?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
يعلن أصحاب البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح.
تم دعم هذه الدراسة من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (المنحة رقم 32101188) والمشروع العام لإدارة العلوم والتكنولوجيا في مقاطعة سيتشوان (المنحة رقم 2021YFS0102) ، الصين.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
GPU RTX3090 | Nvidia | 1 | 24G GPU |
mmdetection2.11.0 | SenseTime | 4 | https://github.com/open-mmlab/mmdetection.git |
python3.8 | — | 2 | https://www.python.org |
pytorch1.7.1 | 3 | https://pytorch.org |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved