«Медицина – это наука неопределенности и искусство вероятности» (Уильям Ослер).
Искусственный интеллект требует данных для машинного обучения. В идеале данные должны быть заслуживающими доверия и точными. Все рано или поздно понимают, что, к сожалению, медицинские данные далеки от этого. Более того, они иногда настолько далеки от того чтобы, быть готовыми для машинного обучения, что проще сказать о них, что они не могут быть применены для сегодняшнего искусственного интеллекта в рутине.
Не нужно далеко ходить – рентгеновский снимок грудной клетки уже давно стоит на вооружении медицины и выполняется в мире миллиардными объемами. Среди них есть достаточное количество тех, которые не успевают прочитать рентгенологи.
Многие люди, знакомые с самой идеей искусственного интеллекта, подразумевают, что такой популярный, стандартизованный и проверенный сотней лет медицинский тест является отличным орешком для этого перспективного направления автоматизации. Здесь уж точно найдется достаточно данных для обучения систем, тем более техника проведения стандартизирована и надежна, все это просто кричит об автоматизации…
Во всей этой идее есть одна маленькая и неудобная проблема – люди.
Врачи-рентгенологи настолько плохо интерпретируют рентгеновские снимки грудной клетки и соглашаются с тем, какие выводы они могут увидеть, что описание исследование, которое сопровождает изображение, иногда либо частично, либо полностью ошибочно или опускает информацию. Это не вина людей… они стараются изо всех сил! Но они люди. Когда Ваша работа заключается в переработке тысяч черно-белых пикселей за весьма ограниченное время в несколько строчек медицинского человеческого языка, то становится понятно почему происходят такие расхождения. Не говоря уже о многосрезовых исследованиях (я уже приводил ранее расчеты, что рентгенологу при анализе стандартной многофазной компьютерной томографии брюшной полости с внутривенным контрастированием требуется оценить 262 мегапикселя – только представьте себе). Современный протокол описания исследования лучевой диагностики — это крайняя форма переработки и сжатия данных. Можно ли такое сопоставлять, но фактически данные около 2 Мбайт из изображения рентгеновского снимка грудной клетки сжимаются с огромным коэффициентом сжатия (некоторые могут вспомнить наш с Сергеем Морозовым и Еленой Паниной опыт от посещения южнокорейского госпиталя Бундан, когда заключение представлено одним словом). Это можно сравнить с попыткой восприятия фильма через азбуку Морзе, не говоря уже о субъективности всего этого.
Можно сомневаться в моих коллегах, но давайте посмотрим литературу…
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16243870
Swingler GH и коллеги показали, что общая чувствительность рентгенологов составляет 67%, а специфичность - 59% для выявления лимфаденопатии на рентгеновских снимках детей, имеющих клинические подозрения о туберкулезе. (Это значит, что коллеги нашли около 2/3 случаев, хотя они знали, что что-то не так, но правильно нашли лимфаденопатию чуть более половины).
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4608340/
Taghizadieh Ali и коллеги продемонстрировали, что чувствительность радиологов составляла 67%, а специфичность 78% для нахождения плеврального выпота (скопление жидкости вокруг легкого – на рентгеновском снимке это выглядит сплошным белым участком, вы считаете, что это трудно пропустить?).
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12814015
Quekel L.G. и др. обнаружили, что рак легкого (лидер по смертности среди всей злокачественной онкологии) был пропущен в одной пятой случаев, хотя в ретроспективной оценке (так называют повторный просмотр исследования) патологические находки были обнаружены! Кроме этого, почти в половине из этих случаев рак снова был пропущен по меньшей мере дважды на последующих рентгеновских исследованиях.
К счастью, исследования показывают, что обучение медицине и лучевой диагностике в частности приводит к тому, что врач-рентгенолог оценивает изображение лучше, чем направляющие врачи или обученные люди «с улицы» ...
Можно сказать, что рентгенологи, набирая опыт, «набивают глаз», тренируя себя в узнавании патологических находок (известная многим преамбула о тетушке Минни, которая легло в основу – см. http://www.auntminnie.com, кроме этого огромное значение играет гениальная идея представленная в книге Д.Канемана «Думай медленно… решай быстро»)
http://www.clinmed.rcpjournal.org/content/13/4/349.long
Satia и коллеги показали, что 35% ординаторов не смогли дифференцировать сердечную недостаточность и пневмонию, 18% не смогли диагностировать норму на рентгенографии, 17% не смогли определить образование верхушке правого легкого размером 3 см, а 55% не смогли распознать признаки эмфиземы. Клиницисты были лучше во всех категориях.
Сначала все это может показаться довольно тревожным! Вероятно, вы ожидали, что дела в современной медицине обстоят немного лучше, чем получить что-то вроде до 2/3 в лучшем случае. На самом деле дела могут обстоять еще хуже ...
Мало того, что рентгенологи действительно плохо себя чувствуют при написании точных протоколов описаний рентгеновских снимков грудной клетки, они также пишут совершенно разные протоколы описания исследований друг другу, учитывая одну и ту же рентгенографию грудной клетки. Соглашение между наблюдателями настолько низкое, что это смешно - в одном исследовании (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17923939) было показано значение каппа 0,2 (0 ужасно, 1 идеально).
Другое исследование (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17923939) просто сдалось под натиском удручающей информации и пришло к выводу, что «у пациентов с пневмонией интерпретация рентгенограммы грудной клетки, особенно мельчайших деталей, зависит исключительно от читателя». Вот это действительно субъективность в ее изначальном смысле.
На этот моменте прервитесь в чтении и посмотрите рентгенограмму, которая прикреплена к этому посту.
Несколько дней назад в Twitter (https://twitter.com/DrHughHarvey/status/942884561515630592 ), среди англоговорящих врачей был проведен простой (совершенно ненаучный) эксперимент, чтобы доказать это.
Гипотеза – ни один рентгенолог не создаст протокол, повторяющий другой. Методика: Рентгенологи, пожалуйста, посмотрите это рентгеновское исследование и напишите ваше описание в ответ без того, чтобы смотреть что написали другие. Мужчина 54 года, некурящий, двухнедельная одышка, амбулаторное лечение (этот сфабрикованный анамнез был представлен, чтобы не смещать читателей к тем или иным выводам).
Люди, как и предполагалось, выполняли это индивидуально. Они сделали некоторые правильные и некоторые, вероятно, неправильные наблюдения, а некоторые предложили дальнейшую визуализацию с помощью компьютерной томографии. Но соглашались ли люди между собой? Нет, не было ни одной пары одинаковых описаний. Некоторые были близки, но ни один из двух отчетов не упомянул точно такие же выводы или не пришел к такому же заключению. Зарегистрированные результаты варьировались от инфекции, до аденопатии, гипертонии, эмфиземы, от рака до туберкулеза.
Однако появилась общая тенденция. Если вы посмотрите все ответы, то есть определенные находки, которые встречались чаще, чем другие, и они включали узловое образование в верхушке левого легкого, чрезмерно раздутые легкие и неотличимую левую границу сердца. Заключением от первоначального заключения были «узловое образование» и «пневмония». К сожалению, не существует последующей КТ или дальнейшей клинической информации, поэтому мы никогда не узнаем правду.
Кстати, нить обсуждения поста в Twitter вскоре изменилась, и врачи из других профессий присоединились к ней, предлагая довольно юмористические мнения. Я рекомендую вам прочитать, если вы хотите рассмеяться! И, да, рентгенологи были лучшие!
То, что может быть для вас увлекательным, так это то, что описания рентгеновского исследования могли измениться, просто изменив некоторые из окружающих метаданных. Если бы была, например, история курения 40 сигарет в день, были бы более отчетливые сообщения об эмфиземе и раке легких, чем о возможной пневмонии? Что, если бы написали, что пациенту было не 24 года? Что, если бы написали, что у пациента есть альфа-1 антитрипсиновый дефицит? Что, если этот рентгеновский снимок грудной клетки произошел из «мест не столь отдаленных» возле Магадана? Будет ли туберкулез более распространенным умозаключением?
Интерпретация изображения подвержена всевозможным внешним факторам, включая демографию пациентов, историю и географию. Проблема еще хуже для более сложных методов визуализации, таких как МРТ, к которым лавинообразно добавляются факторы, исключительно зависящие от рентгенолаборанта и протокола сканирования установленного в конкретном отделении (легко обнажить и ту правду, что внутри одного отделения бывают «свои протоколы» под врача для одной и той же клинико-диагностической задачи).
Почему все это имеет значение? Думаете, что все-таки рентгенологическое исследование грудной клетки не очень точное? Изображение все еще там, поэтому данные не теряются, не так ли?
Проблема быстро становится очевидной, когда вы начинаете использовать обычный, свободный от предрассудков стандартизации, протокол описания исследования для обучения радиологическому искусственному интеллекту, чтобы узнать, как интерпретировать изображение. Команда машинного обучения в Стэнфорде сделала именно это (https://arxiv.org/abs/1705.02315), используя значительный объем в 108 948 размеченных рентгеновских исследований для грудной клетки, полученных из National Institutes of Health (https://nihcc.app.box.com/v/ChestXray-NIHCC). Они с гордостью объявили о своих результатах как превосходящих рентгенолога при нахождении пневмонии. Это, конечно, здорово, что есть такие данные и результаты, которые публикуются для общественности ... Но мы должны быть предельно осторожны в том, как мы интерпретируем результаты любых алгоритмов, построенных на этих данных, так как было показано ранее – это недостоверные, субъективные данные.
Как можно обучить искусственный интеллект лучше, чем человека, если данные, которые вы ему предоставляете, имеют такое же низкое качество, как и люди?
Давайте сведем этот вопрос к простому факту - рентгенологическое исследование грудной клетки никогда не предназначалось для использования для развития радиологического искусственного интеллекта. Протоколы описания должны были быть мнением личности, интерпретацией образов, творческим умозаключением. Чтение рентгенограммы грудной клетки больше эквивалентно искусству, чем науке. Рентген грудной клетки не является ни первичным, ни окончательным диагностическим тестом, это всего лишь одна часть из набора диагностических шагов, чтобы добраться до сформированного законченного случая. Сам рентгеновский снимок грудной клетки не является заменителем истины. Фактически здесь есть реальная цель - действовать формой «сортировки» с универсальным клиническим вопросом: «есть ли что-то здесь, о чем мне нужно беспокоиться?».
Значение рентгеновского снимка грудной клетки не лежит в ответе на вопрос «Какой диагноз поставим по этой рентгенограмме?».
Если мы хотим разработать искусственный интеллект, который может действительно «читать» рентгеновские снимки грудной клетки, то будущие исследования должны быть сосредоточены на трех вещах:
1. Окружающие метаданные, а не единичное мнение человеческого гения, который не был получен с учетом внешних данных. Идеальный набор данных будет включать в себя все детали пациента, эпидемиологию, историю, анализы крови, последующие результаты КТ, результаты биопсии, генетику и многое другое. К сожалению, этот уровень проверенных анонимных данных не существует, по крайней мере, не в формате, требуемом для машинного обучения (в НПЦМР ведутся интереснейшие разаботки в этом ключе).
2. Тщательная разметка данных. И я имею в виду абсолютно кропотливую тщательно аннотировать изображения с использованием экспертов домена, специально обученных для этого, для обеспечения готовых данных машинного обучения. Стоит ли говорить о том, что до сих пор не ясно как будут влиять на результат многие факторы самой методологии разметки и разметчиков (над выяснением чего мы сейчас кропотливо трудимся в НПЦМР). Консенсусное мнение экспертов будет явно лучше, чем использование случайных протоколов одного «писателя». К счастью, это то, что делают некоторые из наиболее авторитетных радиологических компаний искусственного интеллекта. Да, это дорого и требует много времени, но это необходимо, если мы хотим достичь цель. Пропустите этот этап и искусственный интеллект, на который возлагаются надежды, никогда не сможет их осуществить.
3. Стандартизация радиологического языка. В нашей области медицины есть много неточностей синонимов и даже таких слов, которые заменяют собой набор других слов, например, «консолидация» в значительной степени взаимозаменяема «пневмонией», «уплотнением» и другими интересными словами вместе взятыми. Как мы определяем эти термины, и когда следует использовать их вместо других? Существует огромная неопределенность в человеческом языке, и это распространяется на радиологический язык. (К счастью, мы дружной командой НПЦМР ДЗМ, с привлечением всех желающих поучаствовать в действии, формируем методические рекомендации http://medradiology.moscow/metodicheskiye-rekomendatsii-2, на которые прошу обратить прожектор внимания, они могут помочь развеять этот «смог» лексического фехтования неопределенностью, такими как «нельзя исключить», «не определялось ранее», подкрепленные многозначительными ???). Пока эта неопределенность не будет устранена, и терминология, согласованна для каждого возможного варианта использования, трудно понять, как мы можем продвигаться к цифровой нирване. В мире предпринимаются усилия по внедрению стандартизованного рентгенологического языка (RadLex https://www.rsna.org/RadLex.aspx ), однако поглощение практикующими рентгенолами этих предложений происходит гораздо медленнее, чем хотелось бы в обвязке все той же неоднородности. Компаниями разного калибра предпринимаются многие попытки с переменным успехом возложить надежду на NLP (раздел машинного обучения, занимающийся обработкой естественного языка), о достижениях в научно-практическом развитии которого мы планируем поделиться в скором времени после завершения кропотливой работы в НПЦМР.
Пока мы не выполнили все это, единственное действительно полезное значение искусственного интеллекта в рентгенографии грудной клетки — это, в лучшем случае, обеспечение поддержки сортировки - скажите нам, что нормально, а что нет, и укажите, где это может быть ненормально. Просто не стоит пытаться утверждать, что искусственный интеллект может легко и окончательно сказать нам, что такое ненормальность, ведь сейчас ему весьма затруднительно дать алмазы из неточных неопределенных полуданных. Пока же стоит фокусировать внимание на разработке больших, структурированных, завершенных клинически, верифицированных данных.
Аллергия на йод и использование контрастных сред
Отделение Радиологии и Биомедицинской Визуализации Калифорнийского Университета, Сан-Франциско, США.
Пациентам часто задают вопрос о йодной или пищевой аллергии на морепродукты до внутривенного введения йод-содержащих контрастных сред, так как среди радиологов распространено мнение о специфичной перекрестной аллергии между йод-содержащими контрастными препаратами и другими, богатыми йодом веществами. «Йодная аллергия»- такой собирательный термин часто используется для описания побочных реакций к подобным средам. Пациенты, как правило, дают положительные или неоднозначные ответы на эти вопросы; такие ответы могут стать более распространенными с увеличением потребления морепродуктов и увеличением распространенности аллергии среди населения в целом. Наша цель- показать, что йод не вызывает специфичной перекрестной аллергической реакции между богатыми им веществами, что перекрестная реактивность, которая существует, неспецифична, и понятие «йодная аллергия» является ошибочным, может привести к неуместному отказу во внутривенном введении йод-содержащего контрастного препарата у пациентов с непереносимостью йод-содержащих антисептиков или морепродуктов.
Физиологические и иммунологические аспекты
Йод- важнейший микроэлемент, необходимый для синтеза гормонов щитовидной железы. В кишечнике йод превращается в йодид- ионизированную форму йода. Пищевые источники йода включают рыбу, йодированную соль, а также йодаты, использующиеся как консерванты в хлебе.
Рыба является хорошим источником йода, так как в течение тысячелетий йод выщелачивается из почвы и попадает в океан. Йод в рыбе может быть свободным, в качестве заместителя хлора, или связанным с белками.
Йод и реакции на контрастные вещества
Контрастные вещества являются производными трийодбензойной кислоты, в них содержится небольшое количество свободного йода. Побочные реакции на эти вещества могут быть классифицированы как идиосинкратические и не-идиосинкратические.
Механизмы идиосинкратических реакций неизвестны. Среди теорий, объясняющих их, выделяют теорию аллергии, которая предполагает, что или контрастное вещество, или сам йод действует как гаптен, вызывая специфический иммунный ответ. Затем возникает реакция антиген-антитело, когда пациенту повторно вводят йод-содержащий контрастный препарат. Эти препараты могут привести к образованию антигенных йодпротеинов in vitro. Однако, те же исследователи в дальнейшем не смогли продемонстрировать достоверную связь между гиперчувствительностью к контрастным веществам и наличием лимфоцитов, специфически реагирующих на эти вещества или на йодид. Кроме того, попытки индуцировать выработку антител in vivo у животных были неудачными, несмотря на оптимальные условия. Поэтому маловероятно, что механизм идиосинкратических реакций на контрастные среды имеет в своей основе специфический иммунный ответ (т.е. истинную аллергию), и, более вероятно, такие реакции протекают благодаря активации комплемента и других медиаторов неспецифического иммунитета. Следовательно, идиосинкратические реакции на контрастные вещества лучше всего именовать анафилактоидными, псевдоаллергическими, но не аллергическими. Кроме того, активация происходит, почти наверняка, в ответ на появление целой молекулы контрастного вещества, а не свободного йода. Например, ни один из 23 пациентов с документированной гиперчувствительностью к контрастным веществам не имел подобной реакции на подкожное введение йодида натрия.
Не-идиосинкратические реакции обусловлены прямым токсическим или осмолярным эффектом. Единственный неблагоприятный эффект контрастной среды, который может быть вразумительно объяснен свободным йодом- это «йодная свинка» и другие проявления йодизма. «Йодная свинка» проявляется отеком подчелюстных, подъязычных и околоушных слюнных желез после внутривенного введения йод-содержащего контрастного препарата. Она является звеном группы не-идиосинкратических реакций из-за нарушения метаболизма йодида вследствие перегрузки йодом. Все это именуется йодизмом, он также может проявляться отеком слезных желез, насморком, кожными высыпаниями. Большинство таких случаев возникает у пациентов с ослабленной функцией почек (вероятно, из-за снижения почечной экскреции повышается концентрация йодида в организме).
Йод и непереносимость морепродуктов
«Пищевая непереносимость» (нарушенная толерантность, не-толерантность к пищевым продуктам) является общим термином, который включает в себя все аномальные реакции на пищу, например, обусловленные иммунными или не-иммунными механизмами. Пищевое отравление, вызванное рыбой или моллюсками, может быть проявлением аллергии, вызываться инфекционным агентом, токсинами. Эти различные механизмы для радиолога носят сугубо академический интерес, потому как они могут быть клинически походить друг на друга. Тем не менее, таких пациентов лучше всего относить к группе с непереносимостью морепродуктов (нарушенной толерантностью к морепродуктам), нежели к группе аллергии на морепродукты.
Реакции гиперчувствительности к морепродуктам почти всегда начинают клинически проявляться через 2 часа после приема их в пищу. У пациентов наблюдаются зуд, крапивница, ангионевротический отек, бронхоспазм, ринит, диарея и шок. Клиническая манифестация аллергии может быть опасна для жизни, даже если первые симптомы были минимальны (например, покалывание во рту или горле). Истинные аллергические реакции являются, вероятно, IgE-опосредованными. Например, 85% пациентов с гиперчувствительностью к ракообразным имеют положительные кожные тесты к экстракту креветки, который в свою очередь используется для выявления в ткани IgE. Отвечающий за аллергию антиген морепродукта хотя бы частично характеризуется как эквивалент тропомиозина- мышечного белка. Не существовало никаких доказательство того, что содержание йода в морепродуктах связано с этими реакциями.
Йод и антисептики
Активное вещество во многих антисептиках- это поливинилпирролидон-йод. Он содержится в Бетадине, Повидине. Поливинилпирролидон (повидон) является полимером, подобным декстрану. Он действует в качестве носителя двухатомного йода непосредственно к бактериальной поверхности. Двухатомный йод бактерициден, вероятно, из-за инактивации основных бактериальных ферментов. Побочные кожные реакции на вещество редки, только две реакции были зафиксированы у 5000 испытуемых. Вполне возможно, что такие реакции были обусловлены раздражающим эффектом на кожу, а не аллергией, и в любом случае, такой компонент, как йод, по всей видимости, в реакции не участвует. Ни один из пяти пациентов, имевших в анамнезе контактный дерматит после аппликации повидон-йода, не продемонстрировал кожную реакцию после аппликации йодида калия. Системные побочные эффекты встречаются крайне редко. Чрескожная абсорбция йода у новорожденных и бездомных может привести к йодизму. Обнародован один случай системной анафилактоидной реакции при вагинальном использовании повидон-йода.
Перекрестная реактивность и аллергия на йод
Существует доказательство неспецифичной перекрестной реактивности между контрастными препаратами и аллергией на морепродукты и другие пищевые агенты. В большом обзоре говорится, что у 5% из 112 303 эпизодов внутривенного введения контрастного препарата наблюдались аллергические реакции. Относительный риск таких реакций у пациентов с аллергией на морепродукты (диагностические критерии не указаны) был 3.0 (увеличивался втрое- примечание переводчика), при этом риск у пациентов с аллергией на яйца, молоко или шоколад был 2.9, 2.6- у пациентов с аллергией на фрукты или клубнику, 2.2- для пациентов с астмой. Иными словами, морепродукты увеличивают риск реакции при внутривенном введении контрастного препарата примерно так же, как и любая другая аллергия. Кроме того, эти данные позволяют предположить, что по меньшей мере 85% пациентов с аллергией на морепродукты, при введении им внутривенно контрастных сред не будут иметь неблагоприятных реакций. Соотношение «польза/риск» следует учитывать для пациентов с аллергией на морепродукты при необходимости введения им контрастных веществ внутривенно, следует помнить также о премедикации кортикостероидами. Нам неизвестно ни о каком исследовании гиперчувствительности при введении контрастных сред для пациентов с непереносимостью повидон-йода.
Вероятные механизмы идиосинкразических реакций на контрастные среды, аллергии на морепродукты и дерматит от использования повидон-йода различны; происходит активация неспецифических иммунных медиаторов молекулой контрастного вещества в одном случае, наблюдается IgE-опосредованная гиперчувствительность к рыбному мышечному белку в другом случае, развивается из-за раздражающего эффекта контактный дерматит в третьем случае. Существует мало доказательств того, что элементарный йод или йодид вызывает идиосинкразические реакции при использовании контрастных сред или повидон-йода, и никаких доказательств того, что он участвует в гиперчувствительности при употреблении в пищу морепродуктов. Мнение, что йод способствует специфической перекрестной реактивности между этими веществами, является необоснованным. Поэтому термин «аллергия на йод» является неудачным- он сумбурен, основан на бездоказательных убеждениях. От этого термина следует отказаться и заменить на более нейтральные формулировки, такие как «гиперчувствительность к контрастным веществам», «нарушенная толерантность или не-толерантность к пищевым морепродуктам», «повидон-йод дерматит».
Клиническое значение
Пациентов с аллергией в анамнезе на йод или на морепродукты нужно опрашивать более детально в отношении тяжести прежней аллергической реакции. Если возможно, нужно отделять аллергию на морепродукты от других причин их непереносимости. Указание в анамнезе аллергии на морепродукты увеличивает риск побочных эффектов при введении контрастного препарата втрое. Как и при любой другой аллергии, характер и тяжесть реакции следует учитывать при выборе типа контрастного препарата и при определении необходимости премедикации. Аллергию на морепродукты саму по себе не следует рассматривать как абсолютное противопоказание к внутривенному контрастированию. Нет никаких оснований полагать, что аллергия на йод, указанием на которую являются кожные реакции при использовании антисептиков, будет иметь особое значение при внутривенном введении контрастных сред.
Источник: https://www.radiographia.info/article/276