中国之声 | 早期高效筛查急性早幼粒细胞白血病——基于卷积神经网络的定量全血细胞计数散点图框架

       急性早幼粒细胞白血病（APL）是急性髓系白血病（AML）的一种亚型，其特征是形态表现为异常、超颗粒或微颗粒的早幼粒细胞，以及t(15;17)平衡易位，导致癌蛋白转录物早幼粒细胞白血病基因-维甲酸受体α（PML-RARα）融合。APL约占所有AML的5%-10%。由于其易并发弥散性血管内凝血病和系统性纤溶，APL以其快速进展和致死性临床过程为特征。早期死亡（ED）是指确诊后30天内和就诊前的死亡，是APL患者长期生存的主要障碍。根据基于真实世界数据和临床试验的研究，APL的ED率在5%到29%之间。在就诊时快速和早期筛查可疑病例对于降低急诊率和促使患者接受后续有效治疗至关重要。四川大学华西医院开发了一种卷积神经网络（CNN）框架，这种框架可以在早期筛查APL。医脉通整理如下，以餮读者。

研究方法

2019年1月至2022年2月，该研究纳入82例APL患者、160例非APL AML患者和384例健康对照者（HC）患者。研究者开发了一个由ResNet-18（一种卷积神经网络架构）组成的创新框架，目的是定量绘制全血细胞计数（CBC）散点图，以快速、稳健地提示APL的可能易感性。为了构建定量CBC散点图映射框架，散点图被分成训练集和测试集，以4:1的比例进行测试，没有任何重复，并进行了五倍交叉验证（图1、图2）。

图1

图2

研究结果

为了验证散点图映射框架的性能，将测试数据集的白细胞分类（WDF）散点图输入模型，以预测APL（图2）。在五倍交叉验证中，使用当前的实验室检查将输出结果与真值注解进行比较（图2A）。通过散点图映射框架在所有五倍交叉验证中获得的曲线下面积和平均精度均>0.99（图2B、C）。

为了验证框架的稳健性和泛化性，研究者在测试数据集上对通过五倍交叉验证获得的每个模型进行了独立验证。通过散点图映射框架在所有五倍交叉验证中获得的曲线下面积和平均精度均>0.99（图3）。

图3

在上述的五倍交叉验证中，APL患者的320个散点图中有95.00%（304/320）被正确预测，这优于国际实验室血液学学会推荐的CBC审查规则（全部p值<0.001）。基于包括31例APL患者的56个散点图、55例非APL AML患者的56个散点图和64例健康对照的64个散点图的独立测试数据集的外部验证也证实了该框架的敏感性和特异性。

研究结论   综上所述，研究者提出了一种创新的CBC散点图映射框架，这种框架旨在使用CNN架构从CBC分析定量映射WDF散点图以检测潜在的异常APL状态，可以消除人工观察的潜在主观性。在一个前所未有的真实数据集上的验证表明，CBC散点图与APL异常之间的定量关系与真值注解情况高度一致。这是第一项利用常规CBC检测中的WDF散点图进行APL筛查的研究。迄今为止，该研究具有显著的临床意义。研究者推使用该方法进行快速、早期的APL筛查，能够敏感、准确地为APL筛查提供最早标志。