מבוא ל-Reumatology Imaging

הדמיה רדיאטולוגיה כוללת חבילה של שיטות מתקדמות - כולל הדמיה של שינוי מגנטי (MRI), אולטרסאונד ו- X-ray - אשר מדמיינת את השינויים מבניים ודלקתיים האופייניים למחלות rheumatoid כגון דלקת מפרקים של ריאה (RA), זיהוי דלקת פרקים מדויקים באופן עקבי (PsA), ו-OA) תמונות אלה הן הכרחיות לקביעת אבחנה בסיסית, הנחיות טיפוליות לטווח קצר, והחלטות דלקתיות לטווח קצר, תוך כדי התמודדות עם התפתחות חזותית.

יסודות עיבוד תמונה ב Rheumatology

עיבוד תמונה בהקשר של rheumatology מתייחס היישום של טכניקות מתמטיות חישוביות כדי לחלץ מידע משמעותי מתמונות רפואיות.הצנרת בדרך כלל מתחילה עם רכישת תמונה, ואחריו עיבוד מראש (הפחתה, הפחתה אינטנסיבית), שיפור, פלחציה (דה של אזורי עניין), מיצוי תכונה וניתוח זמני כמותי.כל צעד חייב להיות מותאמים בזהירות למודולציה הספציפית ואת המבנה אנטומי של דלקת ריאות, בעוד יכולת דינמית של הדמיה של דלקת ריאות מתוחכמת של יכולת הדמיה של דלקת ריאות, בעוד שניתנת לאבחון של יכולת הדמיה של דלקת ריאות מתוחכמת של תפקוד.

שיפור תמונה והתאמה

אלגוריתמים משופרים את הניגודיות והחדות, ביצוע שינויים פתולוגיים עדינים - כגון הפסקות קורטיות מוקדמות או סינבטיס מינימלית - יותר ברור.טכניקות כוללות את ה-togram equalization, סינון מותאם אישית ושיפור קצה. סטנדרטיזציה על פני סורקים ופרוטוקולים שונים היא קריטית באותה מידה.נורמליזציה מבטיחה כי ערכים דומים בין נקודות זמן וחולים, אשר הוא תנאי מוקדם לניתוח לטווח ארוך אמין עבור דלקת ריאות, למשל, למשל, לחץ דם (דלקת ריאות).

טכניקת סגמנטציה

סגמנטציה מחיצה תמונה לאזורים אנטומיים או פתולוגיים. in rheumatology, מטרות נפוצות כוללות את membrane סינברלי, חלל משותף, קליפת העצם, ושחיקה. שיטות מסורתיות כגון סף, אזור גדל, וקוטר פעיל כיקוחנים הדרושים בעיקר על ידי גישות למידה ממוחשבת, כולל רשתות עצביות convolutional (CNNs Deep Learning Models) יכולות כעת באופן אוטומטי לחרוג כמו מבנים מורכבים כמו ניתוח ידני, או קבוע, עם דיוק משותף, ואימון עבודה משותף.

רישום והשוואה טמפלית

כדי לפקח על התקדמות המחלה לאורך זמן, תמונות מביקורים שונים חייב להיות מתואמים מרחבי - תהליך המכונה רישום. Rigid או affine רישום תיקון עבור תנועה גסה והבדלים בעמדה המטופל, בעוד רישום לא קשיח ללכוד עיוותים מקומיים הנגרמים על ידי נפיחות או עקירה משותפת.לאחר התאמה, טכניקות תת-טרידי יכול להדגיש אלגוריתמים חדשים או מתפתחים.

יישום משנה-Specific Applications

החוזקות והמגבלות של כל שיטת הדמיה מעצבות כיצד עיבוד התמונה מופרס ב rheumatology.We בוחן את שלושת המודולים הנפוצים ביותר: MRI, אולטרסאונד ו- X-ray (רדיוגרפית).

חידוש מגנטי (MRI)

MRI מספק ניגודיות רכות-פעמיות וניתן לדמיין דלקת (סנובטיס, דלקת אוסטטיס, Tenosynovitis) זמן רב לפני שנזק העצם בלתי הפיך מתרחש.

  • (FLT:0)Quantitative Measure of synovial Volume and Enhancecio:FLT:1 ניגודיות דינמיות ניגודיות דינמית (DCE) MRI מייצרת עקומות זמן המשקפות את ההיתוך ואת הכדאיות הvascular; אלגוריתמים למחצה-אוטומטיים תואמים כגון שטח תחת העקומה (AUC) ומדרון.
  • (FLT:0) קידוד וזיהוי של מחץ העצם (osteitis): irph 1 T2-משקל רצףs מראה edema כמו hyperintense poci.כלים סגמנטציה לחשב נפח edema הכולל, אשר משמש כסמן ביולוגי עבור פעילות RA ו axial spondyloarthritis שינויים בנפח התגובה שלהם הם יותר מ 3 חודשים רגישים.
  • (FLT:0) אסט של קלחוס וחלל משותף: FLT 1 קרל et al. הוכיחו כי מיפוי עובי טרחוס אוטומטי בברך באמצעות למידת מכונה יכול לזהות אובדן קלוש עם טעות התחדשות של פחות מ-5%, המאפשר מעקב של התקדמות OA.

אולטרה-סאונד

Ultrasound הוא נייד, זול, ומונע הקרנה. Power Doppler אולטרסאונד (PDUS) ישירות הדמיה של זרימת הדם בסינוביום אינפלימיום.

  • (FLT:0)Quantitative Doppler Indices:cioFLT 1 Calculation של כוח דופלר אות אזור ועוצמה (למשל, מדד vascularization הכולל) מספק מדד אובייקטיבי של סינבטיס. מחקרים מראים כי אלה אינדיקציות מתאמות עם ציוני היסטולוגיים ושינויים באופן אמין לאחר טיפול ביולוגי.
  • (FLT:0)Elastography:FLT:1 Shear-wave Elastography קוונטית נוקשות רקמות, אשר עשוי להבחין דלקת פעילה משינויים fibrotic.
  • <חזק>Automated Space Measure: עבור חולים עם OA, פלח אוטומטי של טרחוס עוברי מוסרי וסוiscus מאולטרסאונד ברזולוציה גבוהה יכול למדוד שינויים עובי עם חזרה של <0.2 מ"מ.

X-ray (Radiography)

רנטגן נשאר עבודת הזעם על הערכת נזק מבני RA ו OA, אבל זה חסר רגישות לדלקת. עיבוד תמונה החזיר את תפקידו:

  • (FLT:0) זיהוי שחיקה והבקיע: ההרחבה מספרד 1 (מספר ה- FDA) מוקרן ו- CE--marked Software Platform עכשיו לזהות באופן אוטומטי ולצמצם נפח שחיקה ומרחב משותף צר (JSN) לדוגמה, ציון שארפ / ו-Ven der Heijde ניתן לסווג מקרינת רנטגן דיגיטלית עם הסכם גבוה לקוראים.
  • חישוב שינוי ארוך טווח: FLT:1 על ידי רישום צילומי רנטגן סדרתיים, אלגוריתמים יכולים לשנות שינויים ב JSN במשך חודשים שנים, המציע נקודת מוצא רגישה לטיפולים מותניים במחלה.
  • (FLT:0) למידה של OA מוקדם:FreaLT:1) מודלים למידה עמוק מאומן על גבי נתונים רנטגן גדול יכול לחזות את הסבירות של OA התקדמות (למשל, Kellgren-lawrence כיתה Shift) עם שטח תחת העקומה (AUC) >0.90, גורמי סיכון קליניים מחלחלים.

ניתוח טכני עבור מעקב מחלות

המטרה הסופית של עיבוד תמונה ב rheumatology היא להמיר רשמים חזותיים סובייקטיביים לצעדים אובייקטיביים, הניתנים לשיפוץ שניתן לעקוב אחריהם לאורך זמן.ניתוח Quantitative מכסה מספר תחומים:

חלל משותף ו-Erosion Volume

שטח משותף צרח משמש תחליף לאובדן קלחוס. ברדיוגרפיה, אלגוריתמים אוטומטיים מודדים את המרחק בין קורטיקה מנוגדת ציוני דרך מוגדרים מראש.עבור MRI, 3D קטע של מפות עובי רפחוס. נפח Erosion הוא מקוטב על ידי פלח פני העצם וזיהוי פגמים קוקטיאליים.

מדדי פעילות דלקתיים

(Synovitis, Tenosynovitis, ו osteitis הם סימני ההיכר של דלקת פרקים דלקתיים. על MRI, מערכות ניקוד חצי-קונטית (למשל, OMERACT RAMRIS) אומץ נרחב, אבל הם זיהו את הזמן-consuming וכפוף לקורא- 30 מדד אוטומטי של סינבטיס באמצעות CNN יכול ליצור סימטריות מתמשך כגון באפקטים סימפלימיים כגון סינפרומיים ב-Fgicern-D) לעומת רמות טיפול קטנות יותר מאשר רמות טיפול אוטומטיות של דלקתיות של 12.

מודלים של Indices and Prognostic Models

שילוב של ביומרקרים מרובים לאינדקס מורכב יחיד משפר את העוצמה החיזוי.לדוגמה, ציון פעילות מחלות מבוסס MRI (M-DAS) משלב נפח סינבטיס, נפח דלקת, נפח משחקה לתוך סכום משקל המתואם חזק עם פעילות מחלה קלינית וחיזוי התקדמות רדיוגרפית מעל 2 שנים.מודלים למידה מכונה יכולים לשלב מגמות ארוכות טווח, בסיס דמוגרפי, וסיום של בדיקות רדיו 3Fראויות ל-D (דירוג רדיו מותאמות אישית של DFmarks) ל- ACCD) ל- ACCDIFmarks התקדמות מדעית של למעלה מ- AUCDSTDSTDNSDNSDSTD.

יישומים בפרקטיקה קלינית

תרגום של עיבוד תמונה ממחקר לטיפול שגרתי מתקדם בהתמדה.יש יישומים כוללים:

גילוי מוקדם של שינויים במחלה

ב RA, שחיקה מוקדמת של העצם היא לעתים קרובות בלתי נראית על ידי X-ray פשוט אבל ניתן לזהות על ידי MRI ואולטרסאונד. אלגוריתמים פלחציה אוטומטיים יכולים דגל אזורים חשודים עבור סקירה ממוקדת.לדוגמה, מערכת CAD (מחשב-זיהוי מודע) עבור MRI יכול לזהות שחיקה עם > 95% רגישות, המאפשר אבחון מוקדם יותר ופחתת תרופות נוגדות דלקת (D) ב OA, מיפוי מוקדם של פרמטרים של טיפול תרופתי (Ricial) מתרחשת לפני שינויים בפרמטרים של טיפול תרופתיים של טיפול תרופתיים לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר ניתוח מוקדם של טיפול תרופתי למניעת מיפוי של טיפול תרופתי נגד דיכאון לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר שינויים בפרמטרים של טיפול תרופתי נוגדת טיפול תרופתי למניעת מיפוי מוקדם של טיפול תרופתי נוגדת (D) בדיקות דלקת מפרקים מיפוי מוקדם של טיפול תרופתי למניעת הריון (R.

מעקב אחר יעילות הטיפול

הדמיה חוזרת עם עיבוד אוטומטי מאפשר מעקב מדויק של תגובה טיפול ברמה האישית של המטופל.חשב לחולה עם דלקת מפרקים psoriatic החל מעכב TNF: MRI בסיס מראה דלקת מפרקים פעיל בכפות הידיים, אשר מקטע וניתן לכ 1500 מ"מ3. לאחר 12 שבועות, נפח טיפות עד 7003 מ"מ - ירידה של 53% - בעוד DAPSA קלינית מראה רק שיפור 30% זה יכול להיות טיפול תרופתי עם הפרעה קלינית.

תחזית ל-Outcomes ו-Strtifying Risk

עיבוד תמונה מאפשר מיצוי של תכונות החיזוי תוצאות ארוכות טווח.רדיומטיקה, שדה המכיל מאות צורה, מרקם ותכונות אינטנסיביות של תמונות רפואיות, הוחל על הירך צילומי רנטגן כדי לחזות החלפת הירך הכוללת עם C-index של 0.84. in RA, ניתוח מרקם של שולי שחיקה יכול להבחין אגרסיביות פעילה מ ⁇ quiescentles הנוכחי הוא חקר דידקנות דיפלומה של טיפול מצופה MRI (R) ו-Falpuadzepidationdationdex (R) עם דיכאון חמורה (Ricialdzepidation) עם דיכאון (RHDFidated דיכאון) עם דיכאון (R).

אתגרים ומגבלות

למרות ההבטחה, יש להתגבר על כמה מכשולים לאימוץ נרחב.

סטנדרט רכישה ופוסט-Processing

השונות בחומרה סורק, פרמטרים רצף, ומיקום המטופל יכול לגרום להבדלים משמעותיים מדידות.אפילו עם נורמליזציה, מודלים למידה עמוקה מאומן באתר אחד עשויים להיכשל על אחד.קבוצת העבודה של OMERACT פרסמה הנחיות לרכישת MRI ואולטרסאונד בניסויים קליניים, אך דבקות בפרקטיקה שגרתית נותרה בלתי עקבית. Robust הסתגלות וטכניקות של פגיעה - כגון שימוש ברשתות התחדשותיות (Gaterativesiversal) לתמונות פעילות אקטיביות (Gatesiversalized) הן מורכבות.

פרטיות נתונים ושיקום הארדס

מערכות עיבוד תמונות, במיוחד אלה המבודדים AI מבוסס ענן, חייבים לציית ל- HIPAA, GDPR ותקנות מקומיות. Anonymization ואפשרויות פריסה מבוססות ענן הם הכרחיים אך להגדיל את העלות.בנוסף, אישור רגולטורי עבור AI-as-רפואי מחייב אימות קפדני של דיוק, דיוק, ותועלת קלינית. כמה כלים מסחריים (למשל, IB, סודיות עם AICS) נותרו ברורים, אך ורק מחקר רגולטורי.

דרושים להתמחות מיוחדת ואינטגרציה

הטמעת צינורות עיבוד תמונות דורשות צוותים בין תחומיים - רדיולוגים, rheumatologists, פיזיקאים ומדענים נתונים.בתי חולים רבים חסרים את התשתית והכוח כדי לפרוס ולתחזק מערכות כאלה.יתר על כן, שילוב חלק לתוך זרם עבודה קיים PACS ורדיולוגי הוא חיוני עבור ממשקי רכישה קליניקהיים המציגים תוצאות מעובדות לצד תמונות גולמיות באופן שקוף יכול להקל על אמון ואימוץ.

כיוונים עתידיים

הגל הבא של חדשנות יהיה כנראה reshape rheumatology הדמיה ביסודה.

אינטליגנציה מלאכותית ולמידה עמוקה

מודלים למידה עמוקה מקצה לקצה כי לחזות באופן ישיר את התקדמות המחלה מתמונות גולמיות - על ידי מעבר פלח מפורש - הם מתעוררים.למשל, 3D CNN מאומן על MRIs ברך סדרתיים יכול לצפות אובדן של לקות subregions עם <1% שגיאה. יתר על כן, מודלים ניוניים מאפשרים הגדלת של נתונים קטנים ודימוי סינתטי לאימון.

Multi-Modal ו- Multi-Omic Fusion

שילוב נתוני הדמיה עם genomics, Proteomics, ורשומות קליניות יכול להניב מודלים הוליסטיים של המחלה trajectory. ניסויים מוקדמים של למידה עמוקה רב-אטומית עבור RA הראו שיפור חיזוי התקדמות על ידי שילוב של genotypes ו CRP רמות לצד תכונות MRI.

הסברה בינה מלאכותית ואמון

כדי ש-AI יאומץ במלואו, עליו לספק פלטים מפרשים.מפות סלנסיות, מנגנוני תשומת לב והסברים הנגדיים מפותחים כדי להראות לרופאים שתכונות תמונות מניעות תחזיות.שקיפות זו חיונית לאימוץ ולאחריות משפטית.

מסקנה

עיבוד תמונה כבר מעלה הדמיה של rheumatology מאמנות תיאורית למדע כמותי. על ידי מתן מדידה אוטומטית, מדויקת, וחדשנית של שחיקה, סינבטיס, ואובדן קלחוס, טכנולוגיות אלה מעצימות רופאים לזהות שינויים מוקדמים המחלה, טיפול, והתקדמות עם גירויים לא צפויים.