Detekce pomocí počítače

Počítačová asistovaná detekce (CAD) je postup v lékařské vědě, který podporuje interpretace a nálezy lékařů. Zobrazovací techniky v rentgenové diagnostice přinášejí velké množství informací, radiolog je musí analyzovat a komplexně vyhodnotit v krátkém čase. CAD-systémy pomáhají skenovat digitální snímky, např. z počítačové tomografie, pro typické jevy a pro zvýraznění nápadných úseků (možných chorob).

CAD je relativně mladá interdisciplinární technologie kombinující prvky umělé inteligence a digitálního zpracování obrazu s radiologickým zpracováním obrazu. Typickou aplikací je detekce nádoru. V této aplikaci CAD podporuje preventivní lékařskou prohlídku v mamografii (diagnostika rakoviny prsu), detekci polypu v tlustém střevě a rakovinu plic.

CAD se používá v diagnostice rakoviny prsu, rakoviny plic, rakoviny tlustého střeva a rakoviny prostaty.

CAD se používá ve screeningové mamografii (rentgenové vyšetření ženského prsu). Screeningová mamografie se používá pro včasnou detekci rakoviny prsu. CAD je zavedená zejména v USA a Nizozemsku a používá se kromě hodnocení člověka, obvykle radiologem. První CAD systém pro mamografii byl vyvinut ve výzkumném projektu na Chicagské univerzitě. Dnes je komerčně nabízen společností R2. V současné době jsou vyvíjeny některé nekomerční projekty, jako například Ashita Project, screeningový software na bázi gradientu od Alana Hshieha. Nicméně, i když dosahují vysoké citlivosti, CAD systémy mají obvykle velmi nízkou specificitu a přínos použití CAD zůstává nejistý. Některé studie naznačují pozitivní dopad na mamografické screeningové programy, ale jiné neukazují žádné zlepšení.

Existují i postupy pro vyhodnocení mamografie na základě magnetické rezonance.

Karcinom plic (bronchiální karcinom)

V diagnostice karcinomu plic se zavádí počítačová tomografie se speciálními trojrozměrnými CAD systémy, které jsou považovány za zlatý standard. Na nich se připravuje a analyzuje objemový datový soubor s až 3.000 jednotlivými snímky. Jsou detekovatelné kulaté léze (karcinom plic, metastázy a benigní změny) od 1 mm. Dnes všichni známí prodejci lékařských systémů nabízejí odpovídající řešení.

Včasné odhalení rakoviny plic je stále důležitější. Pětiletá míra přežití rakoviny plic posledních 30 let stagnovala a nyní je přibližně na pouhých 15%. Rakovina plic si vyžádá více obětí než rakovina prsu, rakovina prostaty a rakovina tlustého střeva dohromady. Je to způsobeno asymptomatickým růstem této rakoviny. Ve většině případů je na úspěšnou terapii příliš pozdě, pokud se u pacienta objeví první příznaky (např. chronická croakiness nebo hemoptýza ). Pokud je však rakovina plic odhalena včas (většinou náhodou), je podle Americké onkologické společnosti míra přežití 47%. Standardní rentgenové vyšetření plic je zároveň nejčastějším rentgenovým vyšetřením s 50% podílem. Náhodné odhalení rakoviny plic v raném stadiu (stadium 1) na rentgenovém snímku je skutečně obtížné. Faktem je, že kulaté léze se pohybují od 5 do 10 mm jsou snadno přehlédnutelné. Rutinní aplikace CAD hrudních systémů může pomoci odhalit malé změny bez počátečního podezření. Philips byl prvním prodejcem, který prezentoval CAD pro včasnou detekci kulatých plicních lézí na rentgenových snímcích.

Citlivost a specifičnost

CAD systémy upozorňují na podezřelé struktury. Dnešní CAD systémy nicméně nedokáží odhalit 100% patologických změn. Výskyt nálezu (citlivost) je až 90% v závislosti na systému a aplikaci. Správný nález je označován jako True Positive (TP). Zároveň jsou zvýrazněny zdravé úseky, které jsou označovány jako False Positive (FP). Čím méně FP je indikováno, tím vyšší je specificita. Špatná specificita snižuje přijatelnost CAD systému, protože radiolog musí identifikovat všechny tyto chybné nálezy. Výskyt FP u přehledových vyšetření plic (CAD Chest) by mohl být snížen na 2 na vyšetření. V ostatních segmentech (např. CT vyšetření plic) by mohl být výskyt FP 25 a více.

Absolutní míra detekce radiologa je důležitější než citlivost a specifičnost. V závislosti na zkušenostech, vzdělání a aplikaci CAD hrudní systémy mohou pomoci zvýšit míru detekce. V mamografii je průměrný nárůst 20-30%. Včasná detekce kulatých plicních lézí může být zvýšena o 50%. Celkově se výsledky klinických studií o citlivosti, specifičnosti a absolutní míře detekce mohou silně diverzifikovat. Každý výsledek závisí na svých základních podmínkách a musí být vyhodnocen samostatně. Silný vliv mají následující skutečnosti:

CAD je zásadně založen na vysoce komplexním rozpoznávání vzorů. Rentgenové snímky jsou skenovány kvůli podezřelým strukturám. Normálně je k optimalizaci algoritmu potřeba několik tisíc snímků. Digitální obrazová data jsou zkopírována na CAD server ve formátu DICOM a jsou připravována a analyzována v několika krocích.

4. Vyhodnocení / klasifikace Po analýze struktury je každá návratnost investice vyhodnocena individuálně (bodování) pro pravděpodobnost TP. Proto jsou postupy následující:

Pokud detekované struktury dosáhly určité prahové úrovně, jsou na snímku pro radiologa zvýrazněny. V závislosti na CAD systému mohou být tato označení trvale nebo dočasně uložena. Výhodou posledně jmenovaného je, že jsou uložena pouze označení, která jsou schválena radiologem. Falešné shody by se neměly ukládat, protože vyšetření později se pak stává obtížnějším.