基于深度学习算法联合Grad-CAM的宫腔镜子宫内膜病变诊断模型研究

作     者：曹明亮 尹蜜 王庆彬 朱汉峰 李星 张珺 毛林 穆雪峰 曹敏 马于涛 王健 张燕 CAO Mingliang;YIN Mi;WANG Qingbin

作者机构：武汉大学人民医院妇产科湖北武汉430060 华中师范大学计算机学院湖北武汉430079 武汉大学计算机学院湖北武汉430064 

出 版 物：《实用妇产科杂志》 (Journal of Practical Obstetrics and Gynecology)

年 卷 期：2024年第40卷第5期

页      面：409-413页

学科分类：1002[医学-临床医学] 100211[医学-妇产科学] 10[医学] 

基　　金：武汉大学人民医院2022年度交叉创新人才项目(编号:JCRCZN-2022-009) 

主　　题：宫腔镜 子宫内膜癌 卷积神经网络 梯度加权类激活热图 深度学习 

摘      要：目的:探讨基于深度学习(DL)算法联合可视化技术梯度加权类激活热图(Grad-CAM)开发的宫腔镜子宫内膜病变诊断模型的有效性。方法:选择2021年6月1日至2022年12月31日在武汉大学人民医院妇科行宫腔镜检查的291例患者的303段宫腔镜视频(4781张图像),采用权重采样的方法,将数据集划分为训练集(3703张)和测试集(1078张)。在对训练集用于模型学习与训练后,选择残差神经网络(ResNet18)和高效神经网络(EfficientNet-B0)两种模型架构对测试集分别采用五类和二类分类任务进行模型验证。以病理组织学为金标准,评估其诊断效能,从而选出最优模型,并将Grad-CAM层嵌入最优模型中,输出宫腔镜图像Grad-CAM。结果:①在五类分类任务中,EfficientNet-B0模型的准确度(93.23%)高于ResNet18模型(84.23%);EfficientNet-B0模型在诊断无不典型性子宫内膜增生、子宫内膜息肉、子宫内膜癌、子宫内膜非典型增生、黏膜下肌瘤5种疾病的曲线下面积(AUC)均稍高于ResNet18模型,两者的AUC几乎都在0.980以上。②在准确度的二类分类任务中和对特异度的评估中,两种模型相似,均在93.00%以上,而EfficientNet-B0模型敏感度(91.14%)明显优于ResNet18模型(77.22%)。③EfficientNet-B0模型联合Grad-CAM算法可识别出图像中异常区域,取活检经病理检查证实,模型输出热力图中标记区域约95%为病灶区域。结论:EfficientNet-B0模型联合Grad-CAM研发的宫腔镜诊断模型具有较高的诊断准确度、敏感度和特异度,在诊断子宫内膜病变方面具有应用价值。