手術(shù)切除腫瘤仍然是癌癥治療期間最常見(jiàn)的手術(shù)之一，大約 45% 的癌癥患者在某個(gè)時(shí)候接受過(guò)這種手術(shù)。由于成像和生化技術(shù)的最新進(jìn)展，外科醫(yī)生現(xiàn)在能夠更好地將腫瘤與健康組織區(qū)分開(kāi)來(lái)。具體來(lái)說(shuō)，這是通過(guò)一種稱為“熒光引導(dǎo)手術(shù)”(FGS) 的技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。
在 FGS 中，患者的組織被一種染料染色，這種染料在特殊光源照射下會(huì)發(fā)出紅外線。這種染料優(yōu)先與腫瘤細(xì)胞表面結(jié)合，因此它的光波發(fā)射可以提供有關(guān)腫瘤位置和范圍的信息。在大多數(shù)基于 FGS 的方法中，紅外發(fā)射的絕對(duì)強(qiáng)度被用作辨別對(duì)應(yīng)于腫瘤的像素的主要標(biāo)準(zhǔn)。然而，事實(shí)證明強(qiáng)度對(duì)光照條件、相機(jī)設(shè)置、使用的染料量以及染色后經(jīng)過(guò)的時(shí)間很敏感。因此，基于強(qiáng)度的分類很容易產(chǎn)生錯(cuò)誤的解釋。
但是，如果我們可以改用一種與強(qiáng)度無(wú)關(guān)的方法來(lái)對(duì)健康細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞進(jìn)行分類呢?最近發(fā)表在《生物醫(yī)學(xué)光學(xué)雜志》上、由英國(guó)倫敦大學(xué)學(xué)院的 Dale J. Waterhouse 領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究現(xiàn)在提出了這樣一種方法。研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新技術(shù)，將機(jī)器學(xué)習(xí)與短波紅外 (SWIR) 熒光成像相結(jié)合，以檢測(cè)腫瘤的精確邊界。
他們的方法依賴于捕獲染色組織的多光譜 SWIR 圖像，而不是簡(jiǎn)單地測(cè)量一個(gè)特定波長(zhǎng)的總強(qiáng)度。簡(jiǎn)而言之，該團(tuán)隊(duì)在他們的 SWIR 光學(xué)系統(tǒng)前面依次放置了六個(gè)不同波長(zhǎng)頻率(顏色)的濾光片，并為每個(gè)像素記錄了六個(gè)測(cè)量值。這使研究人員能夠?yàn)槊糠N類型的像素(背景、健康或腫瘤)創(chuàng)建光譜圖。接下來(lái)，他們訓(xùn)練了七個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型以在多光譜 SWIR 圖像中準(zhǔn)確識(shí)別這些配置文件。
研究人員使用 SWIR 圖像和侵襲性神經(jīng)母細(xì)胞瘤的實(shí)驗(yàn)室模型在體內(nèi)訓(xùn)練和驗(yàn)證模型。他們還比較了不同的歸一化方法，旨在使像素的分類獨(dú)立于絕對(duì)強(qiáng)度，使其僅受像素的光譜分布影響。
在七個(gè)測(cè)試模型中，性能最好的模型實(shí)現(xiàn)了 97.5% 的顯著每像素分類精度(腫瘤、健康和背景像素的精度分別為 97.1%、93.5% 和 99.2%)。此外，由于光譜分布的歸一化，模型的結(jié)果對(duì)成像條件的變化更加穩(wěn)健。這是臨床應(yīng)用特別需要的功能，因?yàn)橥ǔy(cè)試新成像技術(shù)的理想條件并不代表真實(shí)世界的臨床環(huán)境。
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