人工知能による腎瘢痕評価(AIRS Study)Ⅱ

May 13, 2024

結果

両方のモデルは、92 人の患者からの合計 152 回の CT スキャンでトレーニングおよび検証されました。これには、左腎臓 148 個、右腎臓 152 個、右腎臓 73 個が含まれていました。腎臓を移植する。 患者の特徴を表 1 にまとめます。 55 人の患者は軽度または軽度 (約 25%) の線維症で、14 人の患者は中等度 (25% ~ 50%) の線維症に分類され、23 人の患者は重度 (.50%) の線維症でした。 平均 eGFR は、軽度、中等度、重度の線維症グループで、それぞれ 1.73 m2 あたり 37,626、25,618、16,613 ml/分でした。 軽度/中等度の線維症の患者は、腎臓 CT 画像で重度の線維症の患者と比較して分析するためにグループ化されました。平均腎臓容積軽度/中等度対重度(50%対50%)線維症グループでは、217 cm3 (範囲 48 ~ 668) 対 76 cm3 (範囲 3 ~ 347) でした。 一致しない線維症スコアをもたらした患者の生検が 1 件あり (カルテ報告書と現在の病理医の検査を比較)、グランド トゥルースは 2 人目の病理医による盲検検査によって決定されました (謝辞を参照)。

cistanche treat kidney disease

シスタンシェが腎臓病患者に効果を発揮するまでどのくらいの時間がかかりますか?

クロスフォールド検証では、スライスごとのモデルでは全体の AUC が 0.917 でしたが、ボクセルベースのアプローチでは全体の AUC が 0.922 でした (図 2)。 両方の CNN アルゴリズムにわたって評価されたさまざまなしきい値でのモデルの精度、感度、特異度、PPV、NPV を表 2 にまとめます。予測しきい値 {{10}}.5 では、スライスバイ-スライスアプローチにより、精度は 0.831、感度は 0.817、特異度は {{20}}.852、PPV は 0.886 となりました。 、NPV は 0.767 です。 同じ予測閾値 0.5 で、ボクセルベースのアプローチは、精度 0.879、感度 0.853、特異度 {{35} で同様の結果をもたらしました。 }.916、PPV 0.935、NPV 0.816。 ボクセルベースのアプローチをグラウンドトゥルースの病理学レポートと比較すると、13 件の偽陽性 (重度として分類される軽度/中等度の線維症)、32 件の偽陰性 (重度の線維症は検出されない; 見逃し率 15%)、187 件の真陽性、および 141 件の真陰性が得られます。 。
層別サブコホート分析の結果を表 3 に示します。造影剤検査後の検査および/または検査を除外した後でも、両方のモデルの全体的なパフォーマンスは同様でした。萎縮した自然腎臓の除外移植を受けた患者の場合。 ポストコントラスト検査を削除した後、特にボクセルベースの CNN 戦略でパフォーマンス ({{0}}.86 精度) のわずかな低下が認められました。 他のすべての順列は、0.90 ドルの精度を示しました。 さらに、モデル全体の一般化可能性は、メーカーのみによるトレーニング セット (Philips、GE) と検証セット (Siemens) の層別化後にも維持されました。 当社の予測ツールと他の CNN 研究の比較腎臓病を評価したパラメータは合計です表 4 にまとめます。

Echinacoside of cistanche can improve kidney function

議論

私たちは、機械学習ツールを開発するために AIRS 研究を開始しました。腎臓の線維化を定量化する腎生検に代わる非侵襲的診断法として。 92人の患者からなるコホートにおいて、300人を分析した自然腎臓の画像152 件の腹部 CT スキャンから 73 件の腎臓を移植。 グローバルなスライスごとの CNN モデルとボクセルベースの CNN モデルは、重症と軽度の区別において類似していることがわかりました。中等度の腎線維症、AUC {{0}.917 対 0.922、PPV 0.886 対 0.935 で、以下のグラウンド トゥルースと比較した場合腎生検レポート。 両方の CNN モデルは、異なる CT スキャナーに対してテストした場合、および移植を受けた患者の萎縮した自然腎臓が除外された場合に一貫して機能しました。 非造影 CT スキャンのみをテストした場合、グローバル スライスごとのモデルの予測精度がわずかに向上しました。

タンパク尿、移植拒絶反応、または原因不明の腎臓の管理に組織学的診断が必要な場合、診断用腎生検は依然として標準治療です。機能不全 (1,2)。 ただし、特に患者が抗凝固療法を受けている場合、または貧血または血小板減少症を患っている場合、自然腎生検を行うかどうかの決定は複雑になる場合があります。重大な合併症のリスクが高まる可能性があります。輸血、血管造影介入、および死亡(全体の発生率 2%、0.3%、および 0.06%、それぞれ)(6)。 程度を評価するための非侵襲的ツール腎臓のフィブローシスが欠如しており (7)、現在までに使用されていません。主観性を最小限に抑えるために機械学習ツールが最適化され、バイアス。 これらのツールは、次の分野で評価されると有用であることがわかります。慢性腎臓障害の他のマーカーの状況(e.g、副甲状腺ホルモンとリン酸塩の上昇)。 パーでティキュラー、深刻な事態の予測 (.50%) フィブローシスは正当化するかもしれない患者が腎生検を行わないため、腎生検を回避する免疫調節療法の候補となる(i.e.、生検によって臨床管理が変わることはありません)。 この情報たとえば、患者が次のような症状を呈している場合に、この機能は貴重です。進行性の腎不全を患っており、医学的には不明であるトリー。 最適化のための生検針の追加パス

組織学のための糸球体のサンプリング線維化した腎臓出血のリスクが増加する可能性があります(22)。 CT スキャンの CNN 分析で重度の線維化が予測された場合、医療チームは患者と意思決定を共有した上で、生検サンプリングを制限するか、腎生検を完全に回避することを決定する場合があります。 注目すべきことに、移植候補の評価をガイドしたり、全身疾患の病因を特定したりするために、腎臓専門医の裁量により、末期と思われる腎臓でも診断用の自然腎生検が依然として指示される場合があります。

私たちは、予測閾値 0.5 が、臨床上の意思決定における将来の適用可能性に関して最も優れたパフォーマンスを示したことに注目しました。その目標は、以下の症状を有する患者を特定することです。進行した腎臓フィブローシスを防ぐため、侵襲的な生検を避けることができます。およびその潜在的な出血合併症については上で説明しました。ボクセルベースの CNN モデルの場合、しきい値 0.5 は次のようになります。

PPV が 94% である進行性腎線維症患者の 85% を特定しています (表 2)。 閾値を 0.9 に上げると、PPV が 95% にわずかに改善されますが、感度は 85% から 72% に大幅に低下します (つまり、重度の線維症患者の 28% が見逃されることになります)。

effect of cistanche improve kidney function (2)

現在、提案されたアルゴリズムの主な制限は、深層学習予測の前に腎臓ごとに手動で関心領域を定義する必要があることです。
ただし、この研究の一部として 3 次元の腎臓の輪郭が生成されましたが、各新規患者の予測 (つまり、トレーニングとは別の) では、腎臓の周囲の粗い境界立方体を定義するだけでよいことに注意してください。 。 深層学習ベースの腎臓全体のセグメンテーションのアルゴリズムが開発されており、完全に自動化されたエンドツーエンドのプロセスが容易になります (23,24)。 もう 1 つの制限は、単一の腎臓全体での線維化の程度の不均一性が、アルゴリズムのグラウンド トゥルースと検証におけるエラーの原因となる可能性があることです。 この研究では、少量のクリーンなデータを利用するよりも、より潜在的にノイズの多いデータ (腎臓全体がセグメント化されている) を含めることのトレードオフを優先することにしました。 経験的に、この戦略はビッグデータの深層学習タスクでは一般的であり、アルゴリズム予測 AUC 0.911 の観察は、この戦略によって導入されるノイズの程度が控えめであることを示唆しています。 これらの CNN 予測アルゴリズムの将来の改良は、クレアチニン、副甲状腺ホルモン、ヘモグロビンなど、CKD に関連する臨床検査値を組み込むことによって研究される予定です。 より大きなデータセットが保留されるまで、アルゴリズム出力をさらに最適化して、より広範な定量的ビニングを含めることができます。(程度フィブローシス,25%, 25%50%, 50%75%、そして.75%). 最後に、現在のアルゴリズムがトレーニングされていて有効であるとすると、単一の機関からのデータに基づく日付であるため、さらなる研究が行われています研究を超えた一般化可能性を評価するために必要患者コホート。
私たちの知る限り、AIRS 研究は、画像スキャンから腎線維化の程度を予測するために CNN モデルを利用した最初の研究です。 結果は有望であり、これらの CNN ツールを将来の臨床試験でテストするための基礎となる、臨床上の意思決定におけるそれらの有用性を検証する患者かどうか不明'腎臓病は急性であるのに対し、

慢性的な。


kidney function

開示

J. ザッカーマンは、ライカ バイオシステムズとコンサルタント契約を結んでいると報告しています。 ApotheCom から謝礼金を受け取ったと報告。 科学顧問または病理学概要のメンバーであることを報告するコム。 P. Chang は、およびキヤノンメディカルから研究資金を受けています。 と報告されていますAvicenna.ai の所有権を取得しています。 WL・ラウは次のように報告している。Ardelyx および Fresenius とのコンサルタント契約。 レポートアメリカ心臓協会から研究資金を受けており、ハブ・セラピューティクスと国立衛生研究所。 そして

ロシュオーストラリア腎臓学指導医から謝礼金を受け取ったと報告しています。 残りの著者は全員、開示するものは何もありません。



資金調達

このプロジェクトは、カリフォルニア大学アーバイン校医学部チェア研究賞 2019 ~ 2021 によって資金提供されました。

謝辞 著者らは、以下の盲検レビューについてアンソニー・シスク博士(カリフォルニア大学ロサンゼルス校デービッド・ゲフィン医学部病理学・臨床検査医学科)に感謝する。一致しない患者の生検を行って、真実を判断します。



著者の寄稿

WL Lau は研究を概念化しました。 C. Chantaduly、K. Perez Reyes、H. Troutt、および J. Zuckerman がデータのキュレーションを担当しました。 P. チャン、C. シャンタドゥリー、J. ザッカーマンが責任者正式な分析のため。 WL Lau が担当しました。資金調達; C. シャンタドゥーリーと K. ペレス・レイエスは調査の責任者。 P. チャン、C. シャンタドゥリー、J.ザッカーマンは方法論を担当した。 WL・ラウとH. トラウトはプロジェクト管理の責任者でした。 P・チャンリソースとソフトウェアを担当しました。 P・チャンとWLラウが監督を務めた。 C. Chantaduly と H. Troutt は次のように書きました。原案。 P. チャン、C. シャンタドゥリー、WL ラウ、K. ペレス レイエス、H. トラウトは原稿をレビューし、編集しました。


参考文献

1. Luciano RL、Moeckel GW: 自然腎生検に関する最新情報: コア カリキュラム 2019。Am J Kidney Dis 73: 404–415、2019 https://doi.org/10.1053/j.ajkd.2018.10.011

2. Hogan JJ、Mocanu M、Berns JS: 自然腎生検: ベスト プラクティスの最新情報と証拠。 Clin J Am Soc Nephrol 11: 354–362、2016https://doi.org/10.2215/CJN.05750515

3. Berchtold L、Friedli I、Vall ee JP、Moll S、Martin PY、de Seigneux S: 腎線維症の診断と評価: 最先端技術。 Swiss Med Wkly 147: w14442、2017

4. フィオレンティーノ M、ボリニャーノ D、テサール V、ピサーノ A、ファン ビーセン W、ダリーゴ G、トリペピ G、ジェズアルド L; ERA-EDTA 免疫腎学ワーキンググループ: 2015 年の腎生検: 疫学から証拠に基づいた適応症まで。 Am J Nephrol 43: 1–19、2016 https://doi.org/10.1159/000444026

5. Brachemi S、Boll ee G: 腎生検の実践: ゴールドスタンダードとは何ですか? World J Nephrol 3: 287–294、2014 https://doi.org/10。 5527/wjn.v3.i4.287

6. ポッジョ ED、マクレランド RL、ブランク KN、ハンセン S、バンサル S、ボンバック AS、カネッタ PA、カイララー P、キリルク K、レッカー SH、マクマホン GM、パレフスキー PM、パリク S、ロサス SE、タトル K、ヴァズ・ケス MA 、ビジャヤン A、ロビン BH。 腎臓精密医療プロジェクト: 自然腎生検合併症の体系的レビューとメタ分析。 Clin J Am Soc Nephrol 15: 1595–1602、2020 https://doi.org/10.2215/CJN.04710420

7. Abdeltawab H、Shehata M、Shalaby A、Khalifa F、Mahmoud A、El-Ghar MA、Dwyer AC、Ghazal M、Hajjdiab H、Keynton R、El-Baz A: 早期評価のための新しい CNN ベースの CAD システム移植された腎機能障害。 Sci Rep 9: 5948、2019 https://doi.org/10.1038/s41598-019-42431-3

8. Wang Z、Yang H、Suo C、Wei J、Tan R、Gu M: 腎臓移植における慢性同種移植片機能不全に対する超音波エラストグラフィーの応用。 J Ultrasound Med 36: 1759–1769、2017 https://doi.org/10.1002/jum.14221

9. Preuss S、Rother C、Renders L、Wagenpfeil S、B€ utter-Herold M、Slotta-Huspenina J、Holtzmann C、Kuechle C、Heemann U、Stock KF: 腎同種移植片の超音波検査: ドップラー超音波検査抵抗指数間の相関(RI) および組織病理学。 Clin Hemorheol Microcirc 70: 413–422、2018 https://doi.org/10.3233/CH-189306

10. Kuo CC、Chang CM、Liu KT、Lin WK、Chiang HY、Chung CW、Ho MR、Sun PR、Yang RL、Chen KT: 深層学習を使用した超音波ベースの腎臓イメージングによる腎機能の予測と分類の自動化。 Digit Med 2: 1–9、2019

















あなたはおそらくそれも好きでしょう