Файл: Применение ии в первом триместре.docx

Ультразвук используется на протяжении всего процесса беременности. Он имеет решающее значение для наблюдения за ростом и развитием плода, а также для диагностики и лечения заболеваний. Он может предоставлять подробную информацию об анатомии плода с высококачественными изображениями и повышенной точностью диагностики. В настоящее время двумерная (2D) визуализация и трехмерное (3D) ультразвуковое исследование широко используются для измерения структуры плода, оценки функций органов и диагностики заболеваний . Доступ к качественной акушерской ультразвуковой визуализации важен для точной диагностики и лечения. Однако он легко подвергается непроизвольным движениям плода на ранней стадии беременности, а интересующие структуры почти всегда закрыты во втором и последнем триместре, что может вызвать трудности при обследовании и неправильной диагностике. Субъективность измерений и наблюдений также были факторами, влияющими на получение высококачественных ультразвуковых изображений, стандартных измерений и точной диагностики. Применение ИИ для повышения точности акушерского УЗИ включает в себя три аспекта: идентификацию структуры, автоматические и стандартизированные измерения и классификационный диагноз .

Применение ИИ в первом триместре

Оценка роста и развития плода в первом триместре имеет решающее значение для диагностики и лечения осложнений беременности, таких как преждевременные роды и низкий вес при рождении. Обычным методом оценки роста плода было измерение длины макушки и крестца с помощью двумерного ультразвукового исследования (2D-УЗИ). Тем не менее, существовала субъективная зависимость от однократных измерений с помощью 2D-УЗИ, которые могут не показывать существенной разницы в длине темени между нормальными и аномальными плодами в первом триместре. Измерения объема на трехмерных изображениях могут предоставить больше информации о развитии плода по сравнению с измерениями на 2D-изображениях, за исключением того, что 3D-визуализация отнимает много времени, и измерения объема могут быть занижены. По этой причине был введен полуавтоматический метод вычисления объема 3D-изображения, основанный на выделении пикселей и определении интересующей точки.

Измерение толщины NT(шейной складки) с помощью 2D-УЗИ имеет решающее значение для выявления хромосомных пороков развития в первом триместре. NT, который представляет максимальную толщину между кожей плода и подкожной мягкой тканью на уровне шейного отдела позвоночника, следует измерять с использованием стандартного среднего сагиттального изображения. Однако это требует высокой точности и опыта. Из-за

---

небольших структур плода, частых движений плода и низкого качества изображения измерение толщины NT обычно требует нескольких попыток. Чтобы уменьшить ошибки измерения и уменьшить трудности измерения была построена модель автоматического распознавания путем объединения информации о сагиттальной плоскости и полных данных 3D-изображения, что позволило достичь точности обнаружения 88,6%.

Применение ультразвука с помощью искусственного интеллекта во втором и последнем триместре

Головка плода

Пренатальное ультразвуковое исследование имеет решающее значение для оценки роста и развития плода, выявления аномалий развития плода и лечения пренатальных состояний для снижения уровня смертности. Тем не менее, мозг плода является одним из самых сложных органов для оценки с помощью пренатального УЗИ. Применение ультразвука с помощью искусственного интеллекта в головном мозге плода включает в себя различные аспекты, такие как биометрия головки плода, измерение объема черепа, полностью автоматическая сегментация окружности головы плода (HC) и внутренней структуры, а также классификация нормальных и аномальных ультразвуковых характеристик.

Автоматическое распознавание и вспомогательная оценка лицевых структур плода

Ультразвуковая визуализация лицевых структур плода обычно выполняется во время пренатального УЗИ для выявления пороков развития. Однако полезность этого метода была ограничена опытом сонографистов. Визуализация также занимала много времени из-за времени, необходимого для правильного позиционирования. Кроме того, конечности или пуповина могут легко препятствовать лицевым структурам. Хотя большинство деформаций лица можно было обнаружить с помощью 2D-визуализации с добавлением 3D-визуализации, если это необходимо, все еще было трудно обнаружить незначительные деформации лица. Искусственный интеллект играет вспомогательную роль в распознавании лиц плода, развитии черепа и лица и выявлении врожденных пороков развития. В предыдущем исследовании метод deep CNN был применен для реализации автоматического распознавания осевой, корональной и сагиттальной плоскостей лица, что эффективно сократило время распознавания сечения, а эффективность распознавания составила 96,99% (21, 22). В другом исследовании технология регистрации изображений использовалась для устранения различий в положении, ориентации и размере плода, используя центральные области головы и глаз в качестве характерных точек. Впоследствии, краниофациальные структуры были автоматически очерчены с использованием метода сегментации, и были точно измерены пять краниофациальных диаметров (бипариетальный диаметр, затылочно-лобный диаметр, межорбитальный диаметр, двусторонний диаметр орбиты и диаметр глазницы-голени) для реализации интеллектуальной диагностики и оценки лица плода (23).

---

В дополнение к оценке развития лица и пороков развития, ИИ также может повысить эффективность диагностики за счет предварительной обработки ультразвуковых изображений. Например, автоматическая система навигации по лицу плода Smart Face (Resona 7, Mindary, Шэньчжэнь, Китай) может автоматически распознавать основные черты лица в данных измерения объема 3D-изображения, а также устранять лицевые окклюзии и оптимизировать углы обзора одним щелчком мыши, тем самым делая 3D-визуализацию быстрой, удобной,и эффективно. Оптимизация включает получение многокадровых срезов изображения головки плода, определение краев лица с помощью искусственного интеллекта, распознавание контуров лица и устранение окклюзии лица для получения 3D-изображения контуров лица. Модель лица плода также может быть использована для расчета направления лица. Его также можно повернуть на желаемый угол для дальнейшего анализа

Автоматическое распознавание мозга плода для диагностики и прогнозирования сопутствующих заболеваний

Конечная цель ИИ в области медицины - помочь в диагностике и лечении. Сегментация и распознавание изображений - эффективный способ повысить надежность и точность ультразвукового исследования. При диагностике ограничения роста было получено 3D-изображение мозга плода с использованием искусственных границ и был измерен объем черепно-мозговой полости плода (включая мозжечок, головной мозг и лобную область). Сообщалось, что объем черепа у аномально маленьких плодов был меньше, чем у нормальных плодов. Тем не менее, это исследование не может достичь полностью автоматической сегментации мозга и распознавания формы. Из-за неточного прогнозирования GA(гестационный возраст ), которое зависело от опыта сонографистов, различий в индивидуальных размерах черепа из-за этнической принадлежности и субъективного получения 2D диагностических плоскостей, в другом исследовании была разработана полуавтоматическая система, основанная на обучении, для определения возрастных областей и признаков на срезах черепно-мозгового УЗИ плода и связанных с ними они обладают зрелостью развития нервной системы, чтобы обеспечить новые показатели развития плода, просто наблюдая морфологические изменения черепа с помощью ультразвукового исследования. Чтобы сделать оценку более систематической, в исследовании был создан инструмент классификации для диагностики задержки внутриутробного развития.  Такие передовые методы были загружены на коммерческое ультразвуковое оборудование, одним из представителей которого является “Smart plan” (Resona 7, Mindary, Шэньчжэнь, Китай). Он может не только обеспечить автоматическое распознавание внутренних структур черепа, но и помочь в диагностике заболеваний. Система может использовать эти измерения и информацию распознавания для диагностики частичной агенезии мозолистого тела (определения его структуры), порока развития Денди-Уокера (DWM) и

---

других заболеваний, связанных с мозжечком. В недавних исследованиях сообщалось о комбинированных алгоритмах для диагностики заболеваний головного мозга плода, включая вентрикуломегалию, гидроцефалию, кисту мешка Блейка (BPC), DWM и гипоплазию червеобразного отростка (CVH). Это показало, что эти алгоритмы были полезны для сегментации черепно-мозговой области, классификации и локализации поражения при ультразвуковой диагностике аномалий головного мозга плода, что может повысить эффективность диагностики для младших врачей.

Интеллектуальный анализ и диагностика заболеваний с помощью эхокардиографии плода

Эхокардиография плода является сложной задачей, потому что сердце плода сложное и маленькое, а сердцебиение плода очень быстрое. Диагностика сердечных заболеваний у плодов в основном основывается на опыте сонографа и общих наблюдениях. В настоящее время ИИ полезен для определения объема сердца плода, распознавания атриовентрикулов, измерения толщины стенки желудочка, диагностики заболеваний, а также для создания интеллектуальной навигационной системы сердца. Благодаря постоянному совершенствованию алгоритма может быть реализована автоматическая и точная идентификация сердца плода. Точное распознавание и сегментация полостей сердца с помощью ИИ может помочь в выявлении врожденных пороков сердца (ВПС), таких как синдром гипоплазии левых отделов сердца, дефекты эндокардиальной подушки и большие дефекты межпредсердно-желудочковой перегородки. Недавнее исследование больших данных разработало ансамбль нейронных сетей для определения рекомендуемых видов сердца и диагностики сложных ИБС, который достиг 95% чувствительности и 96% специфичности. Это исследование также продемонстрировало, что классификатор принимал решения на основе клинически значимых характеристик изображения, и преодоление проблем нехватки опыта, а также низкого качества изображений были ключевыми моментами в диагностике ИБС(ишемическая болезнь сердца) с помощью искусственного интеллекта. Однако артефакты, потеря контура, шум и неравномерная интенсивность всегда влияют на распознавание признаков и анализ изображений сердца плода. Ожидается, что технология искусственного интеллекта будет способствовать стандартизации и оптимизации эхокардиографии плода.

---

Обсуждение и перспективы на будущее

Сочетание искусственного интеллекта и ультразвукового исследования помогает врачам в диагностике различных состояний и заболеваний, поскольку может повысить эффективность, снизить частоту ошибочных и пропущенных диагнозов, эффективно улучшить качество медицинских услуг и, в конечном счете, принести пользу пациентам. В настоящее время достигнуты значительные успехи в применении ИИ в области акушерства и гинекологии, но универсальность и эффективность многих моделей все еще требуют дальнейших исследований. В текущих отчетах было изучено множество навыков для преодоления дилеммы ограниченной точности, таких как разработка алгоритмов ансамбля, использование видеозаписей УЗИ или информации временных рядов в качестве набора для проверки) или рассмотрение особенностей дополнительных методов визуализации и т.д. Кроме того, при постоянной оптимизации и модификации алгоритмов не только разработчик алгоритмов, но и врачи-клиницисты должны обладать знаниями, чтобы они могли устранить или стандартизировать субъективную предвзятость, чтобы избежать ошибочного диагноза, чтобы достичь объективных, справедливых и унифицированных стандартов обобщения.

С другой стороны, акушерские ультразвуковые методы, связанные с искусственным интеллектом, постепенно играют важную роль в образовании и социальном обслуживании. Например, телемедицинская служба ультразвукового исследования плода может связать специализированный центр фетальной медицины и удаленное акушерское отделение, что может обеспечить высококачественную ультразвуковую диагностику и консультацию специалиста, а также значительно сократить расходы семьи и время в пути . Кроме того, было доказано, что этот метод полезен в транснациональных консультациях. Поскольку акушерское ультразвуковое исследование остается недоступным во многих

---

---