CN113223723A - 一种多模态肾肿瘤保肾手术难度和并发症的预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多模态肾肿瘤保肾手术难度和并发症的预测方法，属于医学技术领域；通过计算机人工智能深度学习获得R.E.N.A.L评分系统、MAP评分系统和CSA评分系统三个影像学综合评分能力；通过计算机人工智能深度学习将患者的基础疾病信息，是否使用抗凝药物、抗生素、激素，术前心、肺、肾功能数据与影像学综合评分能力进行加权计算；保留并融合现有方案依靠影像学评分部分，比现有方案所有各个不同评分系统考虑的影像学特征更多、更全面，并且克服人工计算的费力、耗时、不稳定等缺点，结果更为准确和稳定。

Description

一种多模态肾肿瘤保肾手术难度和并发症的预测方法
技术领域
本发明涉及医学技术领域，具体为一种多模态肾肿瘤保肾手术难度和并发症的预测方法。
背景技术
对于肾肿瘤保肾手术复杂程度和围手术期并发症的预测，现有仅依靠影像学特征数据14个不同的肾肿瘤保肾手术评分系统；现有评分系统受时代和科技的限制，严重依赖人工评分，参数多的评分系统使用复杂、费力、耗时，不符合临床工作需要的简洁、高效的特点；复杂的评分系统改良后参数变少或者新创立参数少的评分系统，因不同人次测量值可能存在误差，导致最后评分存在不稳定性，亦不符合临床工作中稳定可靠的特点。患者的多模态数据包括：高血压、糖尿病、冠心病、恶性肿瘤病史、肺部疾病等基础疾病，是否使用抗凝药物、抗生素、激素，术前心、肺、肾功能等都影响着手术复杂程度和围手术期并发症的发生，不能只考虑影像学特征；原有评分系统之所以未考虑患者的多模态临床数据，是因为无法给各个基础疾病等数据进行加权评分，此问题亟待解决。
发明内容
针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种多模态肾肿瘤保肾手术复杂程度和围手术期并发症的预测方法，保留并融合现有方案依靠影像学评分部分，比现有方案所有各个不同评分系统考虑的影像学特征更多，也更为准确和稳定，并且克服人工计算的费力、耗时、不稳定等缺点；同时考虑患者多模态临床数据，通过人工智能深度学习方法克服人工计算无法将多模态临床数据进行加权评分的特点，使得结果更为准确和稳定。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种多模态肾肿瘤保肾手术难度和并发症的预测方法，其特征在于，包括：
S1、通过计算机人工智能深度学习获得R.E.N.A.L评分系统、MAP评分系统和CSA评分系统三个影像学综合评分能力；
S2、通过计算机人工智能深度学习将患者高血压、糖尿病、恶性肿瘤病史、冠心病、肺部疾病等基础疾病，是否使用抗凝药物、抗生素、激素，术前心、肺、肾功能数据与影像学综合评分能力进行加权计算。
优选地，S1中所述计算机人工智能深度学习的方法包括：
a、根据医学影像自动化分割模型的预测结果，将医学影像中肾、肾癌、肾周围脂肪层区域影像进行3D截取，计算肾与肾癌接触表面积；
b、根据图像建立基于深度学习分类网络建立R.E.N.A.L与MAP评分模型；
c、拟通过将深度学习分类模型最后输出层数目个数设置为7个神经元，依次存放用于R.E.N.A.L和MAP评分模型中7个重要指标：肿瘤最大直径，外凸情况，肿瘤与集合系统距离，肿瘤矢状轴位置，肿瘤相对极线距离，肾周脂肪厚度，纤维条索有无；
d、经过训练的模型能够自动化预测经典的CSA，R.E.N.A.L和MAP评分系统所用的重要指标，通过后期的指标加和，最终得到CSA，R.E.N.A.L和MAP系统中用于手术复杂度的评分。
优选地，S2中所述计算机人工智能深度学习的方法包括：
将各种检测特征作为节点，将不同属性的数据整合在一起，加入多模态语义信息，构建异质图数据；每个患者的检测信息建立一个数据图，以术后围手术期围手术期并发症发生概率为数据图的标签；使用异质图注意力分类网络，建立图层面分类任务进行数据训练，用于预测围手术期并发症；将多模态图数据进行深度学习训练以预测患者围手术期并发症发生概率。
本发明的有益效果在于：保留并融合现有方案依靠影像学评分部分，比现有方案所有各个不同评分系统考虑的影像学特征更多，也更为准确和稳定，并且克服人工计算的费力、耗时、不稳定等缺点；通过人工智能深度学习方法克服人工计算无法将多模态临床数据进行加权评分的特点，使得结果更为准确和稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种多模态肾肿瘤保肾手术难度和并发症的预测方法的R.E.N.A.L.评分系统的补充说明图；
图2为本发明实施例提供的一种多模态肾肿瘤保肾手术难度和并发症的预测方法的CSA评分系统的补充说明图；
图3、图4为本发明实施例提供的一种多模态肾肿瘤保肾手术难度和并发症的预测方法的MAP评分系统的补充说明图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种多模态肾肿瘤保肾手术难度和并发症的预测方法，包括：
S1、通过计算机人工智能深度学习获得R.E.N.A.L评分系统、MAP评分系统和CSA评分系统三个影像学综合评分能力；
计算机人工智能深度学习的方法包括：根据医学影像自动化分割模型的预测结果，将医学影像中肾、肾癌、肾周围脂肪层区域影像进行3D截取，计算肾与肾癌接触表面积(Contact Surface Area，CSA)；根据图像建立基于深度学习分类网络建立R.E.N.A.L与MAP评分模型；拟通过将深度学习分类模型最后输出层数目个数设置为7个神经元，依次存放用于R.E.N.A.L和MAP评分模型中7个重要指标：肿瘤最大直径，外凸情况，肿瘤与集合系统距离，肿瘤矢状轴位置，肿瘤相对极线距离，肾周脂肪厚度，纤维条索有无；经过训练的模型能够自动化预测经典的CSA，R.E.N.A.L和MAP评分系统所用的重要指标，通过后期的指标加和，最终得到CSA，R.E.N.A.L和MAP系统中用于手术复杂度的评分；
S2、通过计算机人工智能深度学习将患者高血压、糖尿病、恶性肿瘤病史、冠心病、肺部疾病等基础疾病，是否使用抗凝药物、抗生素、激素，术前心、肺、肾功能数据与影像学综合评分能力进行加权计算；
计算机人工智能深度学习的方法包括：将各种检测特征作为节点，将不同属性的数据整合在一起，加入多模态语义信息，构建异质图数据(Heterogeneous Graphs，HetG)；每个患者的检测信息建立一个数据图，以术后围手术期围手术期并发症发生概率为数据图的标签；使用异质图注意力分类网络，建立图层面(Graph Level)分类任务进行数据训练，用于预测围手术期并发症；将多模态图数据进行深度学习训练以预测患者围手术期并发症发生概率；最终得到一种多模态肾肿瘤保肾手术复杂程度和围手术期并发症人工智能预测方法软件。
手术并发症分级如表1所示：
Figure BDA0003060693610000041
Figure BDA0003060693610000051
表1
R.E.N.A.L.评分系统如图1、表2所示：
Figure BDA0003060693610000052
Figure BDA0003060693610000061
表2
图1中，*实现表示极线，虚线表示肾中轴线。(a)，(b)，(c)如图所示。
CSA评分系统如图2所示，CSA(Contact Surface Area)＝2*π*R*D；
R：tumor radius；D：tumor depth)；
MAP评分系统如图3、图4、表3所示：
Figure BDA0003060693610000062
表3
图2中，RV＝肾静脉，在肾静脉水平测定肾周脂肪；
L＝侧路，平行于肾静脉与侧腹壁的距离；
P＝后路：肾包膜后方到后腹壁直线距离(Mayo黏连概率评分方法)；
图3中，A代表0分；
B代表类型I 2分，肾脏周围脂肪呈密集的纤维状，没有粗的纤维条索；
C代表类型II 3分，图像显示严重的肾周围粘连，有较粗的纤维条索。
输入端的输入信息包括：住院号(读取系统内基本信息包括：姓名、性别、年龄、影像)；基础疾病；心功能；肺功能；总肾功能umol/l；患肾功能ml/min；肝功能；抗凝药；抗生素；激素；身体状态。
输出格式：
R.E.N.A.L评分：示例：3+1+3+a+2h＝9ah，术中预计出血量XXml、术后需要输血概率XX％、术后漏尿概率XX％；
CSA：示例：XXcm^2，预计术后患肾残留GFR＝xxml/min；
MAP评分：示例：1+2＝3；
并发症发生综合概率：术后某级并发症发生概率XX％。
解释：
基础疾病：
高血压(无、控制良好、控制不佳)；
糖尿病(无、餐前低于7mmol/l，餐前7-10mmol/L,餐前大于10mmol/l)；
冠心病(冠脉狭窄＝<50％，冠脉狭窄50-70％，冠脉狭窄>＝70％)；
恶性肿瘤病史(有、无)；
心功能：(I、II、III、IV级)；
肺功能：(FEV1/预计值，FEV1绝对值，FEV1/FVC,MVV)(可自动读取或手工填写)；
总肾功能：具体数值(可自动读取或手工填写)；
患肾功能：具体数值(可自动读取或手工填写)；
肝功能：总胆红素、谷丙转氨酶、谷草转氨酶三个具体数值(可自动读取或手工填写)；
抗凝药：(无、停药>7天，停药5-7天，停药<5天)；
抗生素：(有、无)；
激素：(有、无)；
身体状态：(卧床、搀扶可行走、自主行走)；
并发症(见表1)。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (3)

1.一种多模态肾肿瘤保肾手术难度和并发症的预测方法，其特征在于，包括：
S1、通过计算机人工智能深度学习获得R.E.N.A.L评分系统、MAP评分系统和CSA评分系统三个影像学综合评分能力；
S2、通过计算机人工智能深度学习将患者高血压、糖尿病、恶性肿瘤病史、冠心病、肺部疾病等基础疾病，是否使用抗凝药物、抗生素、激素，术前心、肺、肾功能数据与影像学综合评分能力进行加权计算。
2.如权利要求1所述的一种多模态肾肿瘤保肾手术难度和并发症的预测方法，其特征在于，S1中所述计算机人工智能深度学习的方法包括：
a、根据医学影像自动化分割模型的预测结果，将医学影像中肾、肾癌、肾周围脂肪层区域影像进行3D截取，计算肾与肾癌接触表面积；
b、根据图像建立基于深度学习分类网络建立R.E.N.A.L与MAP评分模型；
c、拟通过将深度学习分类模型最后输出层数目个数设置为7个神经元，依次存放用于R.E.N.A.L和MAP评分模型中7个重要指标：肿瘤最大直径，外凸情况，肿瘤与集合系统距离，肿瘤矢状轴位置，肿瘤相对极线距离，肾周脂肪厚度，纤维条索有无；
d、经过训练的模型能够自动化预测经典的CSA，R.E.N.A.L和MAP评分系统所用的重要指标，通过后期的指标加和，最终得到CSA，R.E.N.A.L和MAP系统中用于手术复杂度的评分。
3.如权利要求1所述的一种多模态肾肿瘤保肾手术难度和并发症的预测方法，其特征在于，S2中所述计算机人工智能深度学习的方法包括：
将各种检测特征作为节点，将不同属性的数据整合在一起，加入多模态语义信息，构建异质图数据；每个患者的检测信息建立一个数据图，以术后围手术期围手术期并发症发生概率为数据图的标签；使用异质图注意力分类网络，建立图层面分类任务进行数据训练，用于预测围手术期并发症；将多模态图数据进行深度学习训练以预测患者围手术期并发症发生概率。
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