Διερεύνηση αλλοιώσεων του στομάχου με τεχνική τεχνητής νοημοσύνης τύπου ακτινικής βάσης σε κυτταρολογικό υλικό

Abstract

Introduction A customized image analysis system has been developed and used to measure 25 parameters characterizing the shape, the size and the chromatine texture of nuclei from benign or malignant cells. Matterial and Methods In this study there have been studied benign and malignant cases of the stomachThe cytological examination of all the cases has been confirmed by the histological examination and by the clinical confirmation. For each organ we have attempted to discriminate between benign and malignant. There have been used τςο different types of neural networks, specifically the back propagation of the error (BP) neural network and the Radial Basis Functions (RBF) type neural network. Results The results indicate that it is possible to achieve excellent diagnostic accuracy. This fact confirms the proposed methodology, introduced in this study, in relation to the selected measurement characteristics and the selected artificial intelligence algorithms. These results are encouraging and indicate that our methodology could be useful in the everyday practice of the cytological laboratory. Despite the proposed method introduces and objectivity to the decision making process, due to the measurements, it is obvious that even in the sub-microscopic level there is an overlap in the characteristics of the feature space. This confirms the shortcoming of the human vision and intelligence to correctly discriminate the neoplastic nature of a lesion using only the cytological-morphological characteristics. Discussion In short the proposed method is an new “tool” in the scientific “quiver” of cytology, due to its contribution in the following: · Reduces the controversial cytological diagnoses · Improves the diagnostic accuracy of the cytological diagnosis. · Introduces an objectivity into the diagnostic methodology by the employment of morphometric and densitometric measurements. · Provides support to the decision making process of young cytologists that do not have enough experience and specialization at specific human organs. Finally it seems that the introduction of this methodology in the every day routine of the cytological laboratory could improve the pre-operational control of patients and could eventually reduce the not necessary surgeries. The “employment” of digital material and modern computers is ideal for the usage of this method both in real time and in second time (off-line), for the provisioning of the primary diagnosis or for the provisioning of consultation both locally and from distance.

Εισαγωγή Με τη βοήθεια ενός ειδικά διασκευασμένου συστήματος ανάλυσης εικόνων μετρήθηκαν 25 παράμετροι που χαρακτηρίζουν το σχήμα το μέγεθος και την υφή της χρωματίνης των πυρήνων καλοήθων και κακοήθων κυττάρων. Υλικό και μέθοδος Μελετήθηκαν περιστατικά καλοήθων και κακοήθων αλλοιώσεων από επιχρίσματα αλλοιώσεων του στομάχου. Για το σύνολο των περιστατικών πλην της κυτταρολογικής διάγνωσης υπήρχε ιστολογική και κλινική επιβεβαίωση. Επιχειρήθηκε διαχωρισμός της καλοήθειας από την κακοήθεια με τη βοήθεια δύο διαφορετικών μεθόδων τεχνητής νοημοσύνης, συγκεκριμένα του νευρωνικού δικτύου οπισθοδρομικής διάδοσης του σφάλματος και νευρωνικών δικτύων με ακτινικές συναρτήσεις βάσης. Αποτελέσματα Τα αποτελέσματα διαχωρισμού της καλοήθειας από την κακοήθεια,, έδειξαν πως είναι δυνατόν να επιτευχθούν υψηλά ποσοστά διαγνωστικής ακρίβειας. Γεγονός που επιβεβαιώνει πως η μεθοδολογία που ακολουθήσαμε, τόσο όσον αφορά στα χαρακτηριστικά που μετρήθηκαν όσο και στις επιλεγμένες αρχιτεκτονικές τεχνητής νοημοσύνης είναι πολλά υποσχόμενη για την καθημερινή πρακτική του κυτταρολογικού εργαστηρίου. Μολονότι η προτεινόμενη μέθοδος αντικειμενοποιεί τα κριτήρια με βάση τα οποία τίθεται η μορφολογική διάγνωση φαίνεται ότι ακόμα και σε υπομικροσκοπικό επίπεδο υπάρχει μια αλληλοεπικάλυψη χαρακτηριστικών που επιβεβαιώνει την αδυναμία της ανθρώπινης όρασης και νοημοσύνης για ορθή ταξινόμηση της νεοπλασματικής φύσης μιας αλλοίωσης με βάση μόνο τα κυτταρομορφολογικά χαρακτηριστικά. Συμπεράσματα Συνοπτικά η προτεινόμενη μέθοδος αποτελεί ένα νέο «όπλο» στην επιστημονική φαρέτρα της κυτταρολογίας, επειδή συνεισφέρει: · Στη μείωση αμφιλεγόμενων διαγνωστικά περιπτώσεων · Στη βελτίωση της διαγνωστικής ακρίβειας της κυτταρολογικής διάγνωσης. · Στην αντικειμενοποίηση της διαγνωστικής μεθόδου με την εισαγωγή μορφομετρικών και πυκνομετρικών ποσοτικών χαρακτηριστικών. · Στη παροχή διαγνωστικής υποβοήθησης νέων κυτταρολόγων που δεν διαθέτουν την απαραίτητη εμπειρία και εξειδίκευση σε συγκεκριμένα όργανα. Τέλος η εισαγωγή αυτής της μεθοδολογίας στην καθημερινή διαγνωστική πρακτική των κυτταρολογικών εργαστηρίων φαίνεται ότι θα μπορούσε να οδηγήσει σε καλύτερο προεγχειρητικό έλεγχο των ασθενών και μείωση του αριθμού των μη αναγκαίων διαγνωστικών εγχειρητικών επεμβάσεων, τόσο σε πραγματικό χρόνο, όσο και δευτερογενώς με τη χρήση του ψηφιακού υλικού και ηλεκτρονικών υπολογιστών στην παροχή πρωτογενούς διάγνωσης καθώς και συμβουλευτικής γνώμης από απόσταση.