AI技術(shù)在宮頸癌及癌前病變細(xì)胞學(xué)篩查中的應(yīng)用分析

蔡衛(wèi)芳 劉燕 王竹音 崔萬猛 劉宗磊 嵇學(xué)仙 劉瑩

宮頸癌的發(fā)病率居全球所有女性惡性腫瘤的第2位［1］，是被WHO認(rèn)定的唯一可以通過篩查和HPV疫苗接種來降低發(fā)病率的惡性腫瘤［2］。我國出臺(tái)了多項(xiàng)針對宮頸癌防控的政策，其中宮頸癌及癌前病變的細(xì)胞學(xué)篩查是基礎(chǔ)性項(xiàng)目，但國內(nèi)的篩查基數(shù)大，且培訓(xùn)合格的細(xì)胞病理醫(yī)生稀缺，導(dǎo)致我國的細(xì)胞學(xué)篩查一直處于較低水平。因此，提高篩查的敏感性、特異性以及篩查效率是迫切需要解決的問題。近十年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能（AI）應(yīng)用于宮頸癌及癌前病變細(xì)胞學(xué)篩查的研究逐漸增多［3］。本研究通過比較AI產(chǎn)品檢測細(xì)胞學(xué)圖像與人工閱片的結(jié)果，探討AI在細(xì)胞學(xué)篩查中的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 樣本來源 收集2020年1 月1日至2021年1月30日于德清縣人民醫(yī)院和杭州艾迪康醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中心進(jìn)行常規(guī)宮頸癌及癌前病變篩查的液基薄層細(xì)胞學(xué)檢測（TCT）涂片2000例。其中，德清縣人民醫(yī)院1000例，杭州艾迪康醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)中心1000例；篩查對象的年齡為18～76歲，平均（42±6.5）歲。

1.2 研究方法 （1）TCT涂片標(biāo)本制作：按照杭州海世嘉公司規(guī)程，使用特制的宮頸刷收集宮頸外口和頸管脫落的細(xì)胞，將收集的細(xì)胞洗入盛有細(xì)胞保存液的小瓶中，再將含有標(biāo)本的細(xì)胞保存液瓶置于樣本振蕩器上進(jìn)行振蕩，之后在系統(tǒng)專用的離心管上做好標(biāo)記，并加入提取液，然后將加液注射器、經(jīng)振蕩的樣本保存瓶和預(yù)先加入提取液的離心管依次放置于樣本轉(zhuǎn)移架上，再將樣本轉(zhuǎn)移架放置于樣本轉(zhuǎn)移機(jī)的托盤上進(jìn)行樣本轉(zhuǎn)移，待樣本轉(zhuǎn)移完成后，離心管進(jìn)行2次離心，每次吸去上清液，置漩渦振蕩器上振蕩約30 s，最后常規(guī)巴氏染色。（2）閱片：所有的涂片均由有資質(zhì)的細(xì)胞病理學(xué)醫(yī)生作出判讀后再進(jìn)行AI檢測，再由兩名副高職稱以上的細(xì)胞病理醫(yī)生復(fù)核作為最終結(jié)果。AI閱片采用浙江賽爾微因公司生產(chǎn)的數(shù)字化宮頸涂片智能閱片系統(tǒng)，制作的涂片使用寧波江豐公司的數(shù)字圖片掃描技術(shù)，整個(gè)過程按照產(chǎn)品說明書操作。

1.3 觀察指標(biāo) 細(xì)胞學(xué)診斷結(jié)果，采用目前國際廣泛使用的2014版TBS分級系統(tǒng)［4］評判：①未見上皮內(nèi)病變或惡性細(xì)胞（NILM）；②意義不明的非典型鱗狀細(xì)胞（ASC-US）；③不典型鱗狀細(xì)胞，不能排除高度上皮內(nèi)病變的不典型鱗狀細(xì)胞（ASC-H）；④低度鱗狀上皮內(nèi)病變（LSIL）；⑤高度鱗狀上皮內(nèi)病變（HSIL）；⑥鱗狀細(xì)胞癌（SCC）。判別為ASC-US及以上的涂片認(rèn)定為陽性涂片。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件。計(jì)數(shù)資料用百分比表示，采用χ2檢驗(yàn)。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 AI閱片與人工閱片的敏感性、特異性、陽性預(yù)測值及陰性預(yù)測值比較 AI閱片和人工閱片的敏感性和陽性預(yù)測值比較，兩種方法存在顯著差異（χ2=18.43，P＜0.05）。AI閱片具有更高的敏感性，而人工閱片陽性預(yù)測值高于AI檢測。人工閱片的特異性優(yōu)于AI檢測，但無顯著差異（P＞0.05）。人工閱片與AI技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用可提高檢測的敏感性及陰性預(yù)測值（χ2=17.56，P＜0.05）。見表 1。

表1 AI閱片與人工閱片的敏感性、特異性、陽性預(yù)測值及陰性預(yù)測值比較［%］

2.3 AI閱片與人工閱片所需時(shí)間比較 本研究2000例TCT涂片人工閱片每例所需時(shí)間平均6.5 min，合計(jì)1,3000 min；AI閱片每例所需時(shí)間平均1.8 min，合計(jì)3600 min，每例人工復(fù)核時(shí)間平均為2.5 min，合計(jì)5000 min，共計(jì)8600 min。AI+人工閱片與人工閱片比較，所需時(shí)間減少了33.85%。

3 討論

通過普及加大宮頸癌和癌前病變的篩查力度以降低宮頸癌的發(fā)病率［5］，不斷尋求更高篩查敏感性、特異性及效率的新技術(shù)新方法變得十分迫切。自液基細(xì)胞技術(shù)推廣以來，雖在一定程度上提高了細(xì)胞學(xué)篩查的特異性，但其敏感性仍較低，且受到國內(nèi)專業(yè)細(xì)胞學(xué)醫(yī)生數(shù)量不足的限制。HPV DNA/RNA檢測雖有較高的敏感性，但較低的陽性預(yù)測值和較高的檢測費(fèi)用限制了該技術(shù)的普及。近年來，隨著計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)技術(shù)尤其是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)步，AI應(yīng)用于圖像分析的技術(shù)日益成熟［6］。使用AI技術(shù)輔助診斷宮頸細(xì)胞學(xué)圖像的研究逐漸增多，文獻(xiàn)提示AI技術(shù)在提高檢測敏感性的同時(shí)，可以提高工作效率。傳統(tǒng)宮頸癌細(xì)胞學(xué)篩查由醫(yī)技人員在顯微鏡下根據(jù)經(jīng)驗(yàn)診斷，按國際標(biāo)準(zhǔn)篩查人員每天閱片量＜100例，而AI宮頸癌診斷機(jī)器人每月能夠完成108萬例樣本的診斷篩查，日篩查是人工的300倍，將醫(yī)師的診斷工作量降低了15%［7-8］。

本研究發(fā)現(xiàn)，單一的AI閱片與人工閱片比較，雖具有較高的敏感性及陰性預(yù)測值，但陽性預(yù)測值和特異性較低，故不建議僅使用AI技術(shù)進(jìn)行宮頸癌及癌前病變的篩查。AI技術(shù)結(jié)合人工閱片可提高篩查的敏感性及陰性預(yù)測值，同時(shí)保證檢測的特異性及陽性預(yù)測值，并且可以減少33.85%的閱片時(shí)間，提高了工作效率，值得推廣使用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步及更大數(shù)據(jù)庫的建立使用，AI技術(shù)將有更廣闊的應(yīng)用前景，如大規(guī)模的兩癌篩查樣本或第三方獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室等，可以明顯提高工作效率。