A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
כאן מוצע מודל חדש לזיהוי קשריות בלוטת התריס בתמונות אולטרסאונד, המשתמש בשנאי Swin כעמוד השדרה לביצוע מידול הקשר ארוך טווח. ניסויים מוכיחים כי הוא מתפקד היטב במונחים של רגישות ודיוק.
בשנים האחרונות חלה עלייה בשכיחות סרטן בלוטת התריס. זיהוי קשריות בלוטת התריס הוא קריטי הן לגילוי והן לטיפול בסרטן בלוטת התריס. רשתות עצביות קונבולוציוניות (CNN) השיגו תוצאות טובות במשימות ניתוח תמונה של אולטרסאונד בלוטת התריס. עם זאת, בשל שדה הקלט התקף המוגבל של שכבות קונבולוציוניות, CNN אינם מצליחים ללכוד תלות הקשרית ארוכת טווח, החשובה לזיהוי גושים בבלוטת התריס בתמונות אולטרסאונד. רשתות טרנספורמר יעילות בלכידת מידע קונטקסטואלי ארוך טווח. בהשראת זה, אנו מציעים שיטה חדשנית לזיהוי קשריות בלוטת התריס המשלבת את עמוד השדרה של Swin Transformer ואת R-CNN המהיר יותר. באופן ספציפי, תמונת אולטרסאונד מוקרנת תחילה לתוך רצף 1D של הטבעות, אשר מוזנות לאחר מכן לתוך שנאי Swin היררכי.
עמוד השדרה של Swin Transformer מחלץ תכונות בחמישה קני מידה שונים על ידי שימוש בחלונות מוסטים לחישוב תשומת לב עצמית. לאחר מכן, רשת פירמידת תכונות (FPN) משמשת להתיך את התכונות מקשקשים שונים. לבסוף, ראש זיהוי משמש לחיזוי תיבות תוחמות ואת ציוני הביטחון המתאימים. נתונים שנאספו מ -2,680 חולים שימשו לביצוע הניסויים, והתוצאות הראו כי שיטה זו השיגה את ציון mAP הטוב ביותר של 44.8%, יותר מאשר קווי בסיס מבוססי CNN. בנוסף, צברנו רגישות טובה יותר (90.5%) מהמתחרים. זה מצביע על כך שמידול הקשר במודל זה יעיל לזיהוי קשריות בלוטת התריס.
שכיחות סרטן בלוטת התריס עלתה במהירות מאז 1970, במיוחד בקרב נשים בגיל העמידה1. גושים בבלוטת התריס עשויים לנבא את הופעתו של סרטן בלוטת התריס, ורוב גושי בלוטת התריס הם אסימפטומטיים2. גילוי מוקדם של גושים בבלוטת התריס עוזר מאוד בריפוי סרטן בלוטת התריס. לכן, על פי הנחיות התרגול הנוכחיות, כל החולים עם חשד לזפקת נודולרית בבדיקה גופנית או עם ממצאי הדמיה חריגים צריכים לעבור בדיקה נוספת 3,4.
אולטרסאונד בלוטת התריס (US) היא שיטה נפוצה המשמשת לאיתור ואפיון נגעים בבלוטת התריס 5,6. ארה"ב היא טכנולוגיה נוחה, זולה ונטולת קרינה. עם זאת, היישום של US מושפע בקלות על ידי מפעיל 7,8. תכונות כגון הצורה, הגודל, האקוגניות והמרקם של גושי בלוטת התריס ניתנות להבחנה בקלות בתמונות אמריקאיות. למרות שמאפיינים מסוימים בארה"ב - הסתיידויות, אקוגניות וגבולות לא סדירים - נחשבים לעתים קרובות לקריטריונים לזיהוי גושים בבלוטת התריס, נוכחותה של שונות בין צופים היא בלתי נמנעת 8,9. תוצאות האבחון של רדיולוגים בעלי רמות ניסיון שונות שונות. רדיולוגים לא מנוסים נוטים יותר לאבחן לא נכון מאשר רדיולוגים מנוסים. מאפיינים מסוימים של ארה"ב כגון השתקפויות, צללים והדים עלולים לפגוע באיכות התמונה. ירידה זו באיכות התמונה הנגרמת על ידי אופי ההדמיה בארה"ב מקשה אפילו על רופאים מנוסים לאתר גושים במדויק.
אבחון בעזרת מחשב (CAD) עבור גושים בבלוטת התריס התפתח במהירות בשנים האחרונות והוא יכול להפחית ביעילות טעויות הנגרמות על ידי רופאים שונים ולסייע לרדיולוגים לאבחן גושים במהירות ובדייקנות10,11. מערכות CAD שונות מבוססות CNN הוצעו לניתוח קשריות בארה"ב של בלוטת התריס, כולל סגמנטציה 12,13, זיהוי 14,15 וסיווג 16,17. CNN הוא מודל למידה רב-שכבתי ומפוקח18, ומודולי הליבה של CNN הם שכבות הפיתול והאיגום. שכבות הפיתול משמשות לחילוץ תכונות, ושכבות האיגום משמשות לדגימת הפחתה. שכבות פיתול הצל יכולות לחלץ תכונות עיקריות כגון מרקם, קצוות וקווי מתאר, ואילו שכבות קונבולוציה עמוקות לומדות תכונות סמנטיות ברמה גבוהה.
CNN זכו להצלחה רבה בראייה ממוחשבת 19,20,21. עם זאת, CNN אינם מצליחים ללכוד תלות הקשרית ארוכת טווח בשל שדה הקלט החוקי המוגבל של שכבות הפיתול. בעבר, ארכיטקטורות עמוד השדרה לסיווג תמונות השתמשו בעיקר ב-CNN. עם הופעתו של Vision Transformer (ViT)22,23, מגמה זו השתנתה, וכעת דגמים חדישים רבים משתמשים בשנאים כעמוד שדרה. בהתבסס על תיקוני תמונה שאינם חופפים, ViT משתמש במקודד שנאיסטנדרטי 25 כדי למדל יחסים מרחביים גלובליים. Swin Transformer24 מציג גם חלונות משמרות כדי ללמוד תכונות. חלונות המשמרת לא רק מביאים יעילות רבה יותר, אלא גם מפחיתים מאוד את אורך הרצף מכיוון שתשומת הלב העצמית מחושבת בחלון. יחד עם זאת, האינטראקציה בין שני חלונות סמוכים יכולה להתבצע באמצעות פעולת הסטה (תנועה). היישום המוצלח של שנאי סווין בראייה ממוחשבת הוביל לחקירת ארכיטקטורות מבוססות שנאים לניתוח תמונת אולטרסאונד26.
לאחרונה, Li et al. הציעו גישת למידה עמוקה28 לגילוי סרטן פפילרי של בלוטת התריס בהשראת R-CNN27 מהיר יותר. R-CNN מהיר יותר היא ארכיטקטורת זיהוי אובייקטים קלאסית מבוססת CNN. ל- R-CNN המהיר המקורי יש ארבעה מודולים - עמוד השדרה של CNN, רשת הצעת האזור (RPN), שכבת איגום החזר ההשקעה וראש האיתור. עמוד השדרה של CNN משתמש בקבוצה של שכבות conv + bn + relu + איגום בסיסיות כדי לחלץ מפות תכונות מתמונת הקלט. לאחר מכן, מפות התכונות מוזנות לתוך RPN ושכבת איגום ROI. תפקידה של רשת RPN הוא ליצור הצעות אזוריות. מודול זה משתמש ב- softmax כדי לקבוע אם עוגנים הם חיוביים ויוצר עוגנים מדויקים על ידי רגרסיה של תיבה תוחמת. שכבת איגום החזר ההשקעה מחלצת את מפות תכונות ההצעה על ידי איסוף מפות תכונות הקלט וההצעות ומזינה את מפות תכונות ההצעה לראש הזיהוי הבא. ראש הזיהוי משתמש במפות תכונת ההצעה כדי לסווג אובייקטים ולקבל מיקומים מדויקים של תיבות הזיהוי על ידי רגרסיה של תיבה תוחמת.
מאמר זה מציג רשת חדשה לזיהוי קשריות בלוטת התריס בשם Swin Faster R-CNN שנוצרה על ידי החלפת עמוד השדרה של CNN ב- R-CNN מהיר יותר בשנאי Swin, מה שמביא למיצוי טוב יותר של תכונות לזיהוי קשריות מתמונות אולטרסאונד. בנוסף, רשת פירמידת התכונות (FPN)29 משמשת לשיפור ביצועי הזיהוי של המודל עבור גושים בגדלים שונים על ידי צבירת תכונות של קשקשים שונים.
מחקר רטרוספקטיבי זה אושר על ידי מועצת הביקורת המוסדית של בית החולים מערב סין, אוניברסיטת סצ'ואן, סצ'ואן, סין, והדרישה לקבלת הסכמה מדעת בוטלה.
1. הגדרת סביבה
2. הכנת נתונים
3. Swin תצורת RCNN מהירה יותר
4. אימון Swin מהר יותר R-CNN
5. ביצוע זיהוי קשריות בלוטת התריס בתמונות חדשות
תמונות בלוטת התריס בארה"ב נאספו משני בתי חולים בסין מספטמבר 2008 עד פברואר 2018. קריטריוני הזכאות להכללת התמונות האמריקאיות במחקר זה היו בדיקה אמריקאית קונבנציונלית לפני ביופסיה וטיפול כירורגי, אבחון בביופסיה או פתולוגיה לאחר ניתוח, וגיל ≥ 18 שנים. קריטריוני ההחרגה היו תמונות ללא רקמות בלוטת ...
מאמר זה מתאר בפירוט כיצד לבצע את הגדרת הסביבה, הכנת הנתונים, תצורת המודל והדרכת הרשת. בשלב הגדרת הסביבה, יש לשים לב כדי לוודא שהספריות התלויות תואמות ותואמות. עיבוד נתונים הוא צעד חשוב מאוד; יש להשקיע זמן ומאמץ כדי להבטיח את דיוק הביאורים. בעת אימון המודל, ייתכן שתיתקל ב- "ModuleNotFoundError". במקרה ז?...
המחברים מצהירים כי אין ניגודי עניינים.
מחקר זה נתמך על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מענק מס '32101188) והפרויקט הכללי של מחלקת המדע והטכנולוגיה של מחוז סצ'ואן (מענק מס '2021YFS0102), סין.
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 |
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