WCN 2025 | 从机器学习到深度学习:AI技术在肾脏病早期诊断与疾病进展预测中的应用

健康   2025-02-06 19:20   四川  

导语


2025年2月6日,为期4天的国际肾脏病学会(ISN)世界肾脏病大会(WCN 2025)在印度新德里盛大开幕。作为全球颇具影响力的肾脏病学术会议之一,此次大会汇聚了全球各地的顶尖专家、学者及专业人士,深入探讨肾脏健康的未来发展趋势,携手推动肾脏病学研究的进步与突破。


肾脏疾病是全球范围内的主要健康问题,影响着数百万人,对医疗系统构成了重大挑战。准确、及时的诊断对于肾脏病的治疗和管理至关重要。随着人工智能(AI)在医疗领域的深入应用,AI诊断已经成为医学界的重要发展方向。本期内容整理了WCN大会摘要中关于AI辅助诊断的前沿进展,以飨读者。



促进肾脏病精准诊断:一种基于计算机断层扫描(CT)数据进行疾病分类的机器学习方法


【摘要号:WCN25-1821】

Advancing kidney disease diagnosis:A machine learning approach for multiclass classification using computed tomography (CT)  data.

【引言】

肾脏疾病,包括囊肿、结石和肿瘤,传统的诊断方法通常依赖于对CT扫描的手动解读,这种方法既耗时又容易受到人为错误的影响。本文提出了一种先进的机器学习(ML)模型——MobileNetV2模型,基于包含12,400张肾脏图像的数据集,旨在有效分析四种疾病类别:正常、囊肿、结石和肿瘤。研究评估了预训练的MobileNetV2模型在准确性方面的表现。


【结果】

图1展示了模型在训练和验证过程中的表现。训练准确率稳步提升,验证准确率也呈上升趋势,表明模型具有良好的泛化能力。训练和验证损失均有所下降,反映出错误率低且性能强劲。这些趋势表明,模型可有效学习并分类肾脏疾病,有潜力成为肾脏疾病分类的强大工具。


图1训练并验证模型准确率


图2展示了为“肾脏疾病预测”应用设计的Jupyter Notebook界面。该界面包括用于图像上传、清除输入和提交分析的按钮。从图3可以看出,该工具使用MobileNetV2对肾脏疾病(包括正常、囊肿、结石和肿瘤)进行高效分类。


图2 Jupyter Notebook界面


图3 MobileNetV2对肾脏疾病(包括正常、囊肿、结石和肿瘤)进行分类

【结论】

MobileNetV2模型的高准确性和高效性表明,其有望在临床实践中帮助放射科医生快速准确地诊断肾脏疾病。这种自动化技术可帮助减少诊断错误并改善患者预后。



贝叶斯深度学习算法预测慢性肾脏病恶化速度


【摘要号:WCN25-867】

Bayesian deep learning algorithms to predict the rate of deterioration in chronic kidney disease.


【引言】

慢性肾脏病(CKD)直接增加了终末期肾病(ESRD)的风险,间接提高了心血管疾病的风险。尽管早期CKD在人群中普遍存在,但早期CKD通常在临床上无症状,只能通过实验室方法检测,因此,早期检测和准确预测疾病进展至关重要。本研究旨在开发和验证一种贝叶斯深度学习算法,用于预测CKD恶化的速度。研究回顾性分析了1,529例患者数据,通过贝叶斯神经网络(BNNs)建模以预测eGFR恶化的速度。模型使用K折交叉验证技术(K=5)进行开发和验证,以防止过拟合或欠拟合。


【结果】

多变量比值比显示:糖尿病 (OR:3.2,95%CI:2.85-3.55)、年龄 (OR:2.6,95%CI:2.14-2.93)、高血压 (OR:3.3,95%CI:2.97-3.63) 与eGFR恶化显著相关。肌酐、eGFR、尿素、血红蛋白、白蛋白和钠水平与CKD恶化相关。


回归方程的结果见图4,R2与早期CKD变化 (G1-> 90mL/min/1.73m) 显著相关。eGFR恶化阈值不同,分为0.05、0.10、0.15和0.20(ml/min/1.73m)/天,基于此建立了多个分类模型。阈值0.05时的 AUC 为0.85(AP为0.83),0.10为0.88(AP为0.73)。


图4 恶化率:eGFR变化(天)的回归分析


【结论】

本研究强调了贝叶斯深度学习在准确预测CKD进展方面的有效性,有助于早期检测和干预CKD。如果在后续试验中得到验证,研究结果将产生显著的医疗、财务和资源分配获益,并且有助于将AI广泛应用于慢性病管理。



基于机器学习的慢性肾脏病非侵入性诊断——尿液中脱落的近端小管细胞多光谱自动荧光分析


【摘要号:WCN25-79】

Non-invasive diagnosis of chronic kidney disease by machine-learning based evaluation of urinary exfoliated proximal tubule cell multispectral autofluorescence.


【引言】

早期诊断慢性肾脏病(CKD)对于确保患者及时接受必要的干预、优化临床结果以及降低进展为终末期肾病的风险至关重要。肾活检仍然是诊断CKD的金标准方法。然而,常规肾活检成本高昂,并且可能伴随疼痛和出血等风险。鉴于这些问题,探索CKD的非侵入性诊断方法显得尤为重要。


近端小管细胞(PTCs)是肾脏的主要细胞,在 CKD 的病理生理学中发挥关键作用。PTCs自动脱落进入尿液,其可能生成关于个体肾脏状态的重要信息。已知PTC的自体荧光对代谢变化和氧化应激敏感,是肾功能下降的关键机制。该研究评估了多光谱自体荧光成像技术在尿液脱落PTCs中的创新应用,作为一种非侵入性CKD诊断手段,通过基于机器学习的方法比较了不同肾功能水平(基于eGFR)个体的细胞自体荧光特征。


【结果】

研究共纳入60例受试者,其中40例受试者的eGFR≥60ml/min/1.73m2,20例受试者的eGFR<60ml/min/1.73m2。通过评估细胞自发荧光特征,能够区分这两组个体的脱落近端肾小管上皮细胞(PTCs),其AUC值为0.81±0.04(图5)。


图5 ROC曲线的显著性检验


在亚组分析中,20例受试者eGFR≥90ml/min/1.73m220例受试者eGFR在60-90ml/min/1.73m2之间。评估细胞自发荧光特征能够区分这两组个体的脱落PTCs,其AUC值为0.74±0.05(图6)。

图6 ROC曲线的显著性检验


此外,评估细胞自发荧光特征区分eGFR在60-90ml/min/1.73m2之间的20例受试者与eGFR<60ml/min/1.73m2的20例受试者的脱落PTCs,其AUC值为0.80±0.08(图7)。


图7 ROC曲线的显著性检验


【结论】

研究结果表明,尿液中脱落的PTCs在不同肾功能水平(包括正常或高eGFR)之间具有良好的区分能力。基于机器学习的光谱特征,尿液脱落PTCs的多光谱自发荧光成像可能成为一种有效的非侵入性CKD诊断方法。


内容来源WCN官网:

1.https://www.kireports.org /article /S2468-0249 (24) 02201-0 /fulltext

2.https://www.kireports.org /article /S2468-0249 (24) 02195-8 /fulltext

3.https://www.kireports.org /article /S2468-0249 (24) 02190-9 /fulltext


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