人工智能辅助诊断系统与计算机辅助阅片系统在子宫颈癌筛查中应用的对比观察

潘育，周东华，范菊花，平静，欧阳晨捷，马慧思，徐雪芬，刘兰甜

佛山市妇幼保健院病理科，广东佛山528000

子宫颈癌是全球女性常见的恶性肿瘤之一，严重威胁女性的生命健康。近年来，随着子宫颈癌筛查普及推广，越来越多子宫颈癌和癌前病变得以早期发现和治疗，子宫颈癌的发病率和病死率已有明显下降［1-2］。宫颈液基薄层细胞学检查是临床使用最广泛的一种子宫颈癌筛查手段。但传统的宫颈液基薄层细胞涂片往往需要病理医师花费大量时间和精力在细胞涂片中寻找数量较少的异常细胞，并且容易受个人经验、情绪、疲劳程度等因素影响，工作效率较低。随着人工智能（AI）技术和计算机辅助阅片系统（TIS）兴起，有望实现病理科的数字化、智慧化。而这些新兴的技术若用于宫颈液基薄层细胞学检查，将极大地提高子宫颈癌筛查的准确性和工作效率［3-6］。AI 辅助诊断系统需先将传统的宫颈液基薄层细胞涂片扫描为全视野数字图像（WSI），然后根据TBS-2014 宫颈细胞学分类分析图像，最终给出诊断结果。TIS 则是先通过对宫颈液基薄层细胞涂片预览，识别出每张涂片中最可疑的22个目标视野（FOV），然后由阅片医师在TIS 引导下通过检查这22 个FOV，最终得出诊断结果。但目前鲜有这两种技术在子宫颈癌筛查中应用的对比观察。鉴于此，本研究对比观察了AI辅助诊断系统与TIS在子宫颈癌筛查中的应用效果。现报告如下。

1 材料与方法

1.1 材料 选择2022 年3 月—2023 年2 月在佛山市妇幼保健院行子宫颈癌筛查患者的宫颈液基薄层细胞涂片25 000 例份。所有细胞涂片背景干净，细胞形态完整，全片鳞状细胞数量＞5 000个；细胞核染色清晰且具有颗粒感，无大量血液、黏液及炎症细胞遮盖，无溢胶、无破损，盖玻片及标签不超出载玻片范围。宫颈液基薄层细胞涂片均由ThinPrep2000液基薄层细胞制片机制作，AK-26 全自动染色机巴氏染色。Pannoramic P250 型数字切片扫描仪，购自匈牙利3D HISTECH 公司；AI辅助诊断系统，购自广州赛维森医疗科技服务有限公司；TIS，购自美国Hologic 公司。本研究经佛山市妇幼保健院伦理委员会批准（审批编号：2022247）。

1.2 宫颈细胞分类 根据TBS-2014 将宫颈细胞分为以下几类：①未见上皮内病变或恶性细胞（NILM）；②意义不明的非典型鳞状细胞（ASC-US）；③非典型鳞状细胞，不除外高级别鳞状上皮内病变（ASC-H）；④低级别鳞状上皮内病变（LSIL）；⑤高级别鳞状上皮内病变（HSIL）；⑥鳞状细胞癌（SCC）。细胞学异常是指ASC-US、ASC-H、LSIL、HSIL、SCC。

1.3 “AI 辅助+人工复核”阅片过程 将25 000例份宫颈液基薄层细胞涂片通过数字切片扫描仪扫描为WSI，AI辅助诊断系统根据TBS-2014宫颈细胞学分类分析数字图像并选择最可能包含异常细胞的视图窗，最终给出诊断结果，最后再由2位具有5年以上宫颈液基薄层细胞学诊断资质的病理科医师复核，结果不一致时再由第3位具有高级职称的病理科医生进行复验。“AI辅助+人工复核”阅片流程图见图1。

图1 “AI辅助+人工复核”阅片流程图

1.4 “TIS 辅助阅片+人工复核”阅片过程 通过TIS 对同一批25 000 例份宫颈液基薄层细胞涂片进行全片预览，识别出每张涂片中最可疑的22 个FOV，然后由阅片医师在TIS 引导下检查这22 个FOV，最终得出诊断结果。“TIS辅助+人工复核”阅片流程图见图2。

图2 “TIS辅助+人工复核”阅片流程图

1.5 统计学方法 采用SPSS22.0统计软件。计数资料比较采用χ2检验。一致性分析采用Kappa检验，Kappa值＜0.40为一致性较差，Kappa值0.40～＜0.75为一致性一般，Kappa 值≥0.75 为一致性较好。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两种辅助阅片方式筛查结果 两种阅片方式筛查的宫颈细胞学分类结果见表1。“AI 辅助+人工复核”、“TIS 辅助+人工复核”阅片筛查结果的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值均较高，见表2。

表1 两种辅助阅片方式筛查的宫颈细胞学分类结果（例份）

表2 两种辅助阅片方式筛查结果

2.2 两种辅助阅片方式筛查结果的一致性分析“AI 辅助+人工复核”、“TIS 辅助+人工复核”阅片筛查结果与病理结果的一致性均较好（Kappa 值分别为0.907、0.902）。

2.3 两种辅助阅片方式筛查结果的灵敏度、特异度比较 “AI辅助+人工复核”与“TIS 辅助+人工复核”阅片方式筛查结果的灵敏度和特异度比较差异均无统计学意义（P均＞0.05），二者灵敏度一致性较好（Kappa 值=0.752）、特异度一致性一般（Kappa 值=0.539）。

3 讨论

子宫颈癌是全球女性常见的恶性肿瘤之一，严重威胁女性的生命健康。据统计，全球每年子宫颈癌新发病例约60 万例，死亡病例约34.1 万例［2］。近年来，随着子宫颈癌筛查普及推广，越来越多子宫颈癌和癌前病变得以早期发现和治疗，子宫颈癌的发病率和病死率已有明显下降［1］。宫颈液基薄层细胞学检查是临床使用最广泛的一种子宫颈癌筛查手段。传统的宫颈液基薄层细胞涂片往往需要病理医师花费大量时间和精力在细胞涂片中寻找数量较少的异常细胞，并且容易受个人经验、情绪和疲劳程度等因素影响，工作效率较低。此外，我国地域辽阔，人口众多，不同地域子宫颈癌的发病率差别较大，宫颈液基薄层细胞筛查人员分布不均衡。以上各种原因成为我国控制子宫颈癌发病率和病死率的瓶颈。

近年来，随着AI技术和TIS兴起，有望实现病理科的数字化、智慧化。而这些新兴的技术若用于宫颈液基薄层细胞学检查，将极大地提高子宫颈癌筛查的准确性和工作效率［3-6］。有学者提出了一种基于超像素和卷积神经网络的分割方法，用于宫颈细胞的背景、细胞质以及细胞核的分割，结果发现其核区检测精度可达到94.5%［7-8］，这为AI辅助阅片用于宫颈细胞筛查奠定了基础。AL-BATAH 等［9］报道了一种多重适应神经模糊推理系统模型，其能将宫颈细胞图像分为正常、LSIL、HSIL。有研究报道，AI辅助诊断系统在子宫颈癌筛查中表现出了非常高的准确度，并且其阅片时间不足人工镜下阅片时间的1/6；AI 辅助阅片系统在不同制片方式、不同胞质染色及不同仪器扫描下预测宫颈上皮内病变的灵敏度并不相同［10-11］。AI辅助阅片系统能够排除大部分正常宫颈细胞学检查结果，与人工阅片相比，还能提高HSIL的检出率［12］。周东华等［13］研究发现，TIS 辅助可明显提高人工阅片速度，不但能提高工作效率，还能提高病变检出率。此外，TIS 较传统的人工阅片还可提高ASC-H 及HSIL 的检出率［14］。杨静等［15］研究指出，TIS 辅助阅片的异常细胞检出率较上一年度同期人工阅片明显提高，主要是ASCUS、LSIL 检出增多，其他宫颈细胞分类检出未见明显增多。OZCAN等［16］研究发现，TIS 辅助阅片与人工阅片这两种方法的特异度相似，但TIS 辅助阅片的灵敏度较高。以上研究表明，AI 辅助阅片与TIS 不仅能提高工作效率，还能提高病变检出率。但目前鲜有这两种技术在子宫颈癌筛查中应用效果的对比观察。

本研究发现，“AI辅助+人工复核” 及“TIS辅助+人工复核”这两种阅片方式的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值均较高，这两种阅片方式的灵敏度及特异度比较差异均无统计学意义，且这两种阅片方式具有较好的一致性，揭示“AI 辅助+人工复核”与“TIS 辅助+人工复核”在子宫颈癌筛查准确性方面无差别，二者与病理结果的一致性均较好；以上实验结果证实这两种阅片方式均能很好的应用于临床。在便捷性方面，AI 能直接给出诊断意见，而TIS只是帮助细胞诊断医生找出可疑病变的22 个FOV，仍需细胞诊断医生对可疑病变进行判断和分类。

本研究结果发现，“AI 辅助+人工复核”与“TIS辅助+人工复核”两种阅片方式在子宫颈癌筛查中的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值均较高；“AI辅助+人工复核”“TIS 辅助+人工复核”阅片筛查结果与病理结果的一致性均较好，但两种阅片方式筛查结果的灵敏度、特异度比较差异均无统计学意义，二者灵敏度的一致性较好、特异度的一致性一般。说明这两种阅片方式筛查宫颈液基薄层细胞涂片的效果相当，均可作为临床辅助阅片的手段。

综上所述，“AI 辅助+人工复核”与“TIS 辅助+人工复核”阅片在子宫颈癌筛查中均表现出较高的灵敏度和特异度，并且其筛查结果与病理结果的一致性均较好，均可作为临床辅助阅片的手段。