科研进展

基于深度学习的日本血吸虫病肝纤维化超声图像精准分级

日本血吸虫病是严重威胁流行区群众健康的重要公共卫生问题。虫卵沉积可诱发肝纤维化,继而引发门脉高压、脾肿大、腹水等严重并发症。B超是血吸虫病筛查随访的核心无创手段,但日本血吸虫引发的隔间质纤维化会出现渔网样、鱼鳞状、龟背样特征超声回声,影像形态复杂多变。传统超声分级高度依赖医师个人经验,判读主观性较强,不同医疗机构结果一致性差;加之基层专业诊断人才短缺,给大规模流行病学筛查、长期病情随访带来较大难题。肝穿刺虽是纤维化评估的参考标准,但属于有创检查,存在并发症风险,不适用于大规模人群筛查。

近日,江苏省血吸虫病防治研究所联合香港中文大学、北京师范大学-香港浸会大学联合国际学院、南京邮电大学等单位,在国际权威期刊《Nature Communications》发表题为Deep learning for precision grading of Schistosoma japonicum?induced liver fibrosis in ultrasound images的研究成果,研发端到端深度学习系统SFibAI,实现日本血吸虫病肝纤维化超声影像自动化精细定量分级,为流行区大规模标准化筛查提供全新技术工具。

该研究联合江苏多家血吸虫病流行区医疗机构,构建多中心大样本B超影像数据集。在国内血吸虫病4级(0-3级)临床分级基础上,创新建立0.0-3.5、步长0.1的36级精细评分体系,既可以还原肝纤维化连续演变的病理过程,又可直接映射现有4级临床诊断标准,兼顾定量精度与临床实用性。研究以ResNet50为骨干网络,采用融合邻域感知KL散度、期望约束均方误差、边界敏感惩罚项的定制混合损失函数完成多尺度超声图像训练。模型输出36个等级的概率分布,经加权期望运算输出纤维化定量分数,并可换算为临床0-3级分级结果。独立测试集验证表明模型93.9%预测结果与专家判读误差≤0.5级,平均绝对误差0.116;全部临床分级任务AUC介于0.967-1.000;针对鉴别难度较高的1级与2级、2级与3级纤维化,AUC分别达0.967、0.972,性能优于传统影像组学及VGG基线模型。人机对照测试显示,SFibAI综合诊断能力优于乡镇放射医师平均水平,具备基层辅助诊断的应用潜力。

为满足基层落地需求,团队完成模型轻量化SDK开发,可部署于Windows、Android设备,单张图像推理耗时小于400毫秒,适配流行区便携式B超设备与

移动终端,实现秒级自动分级。t-SNE特征可视化结果证实,对比传统4分类标签训练方案,36级精细分级监督能够更好保留纤维化逐步演进的特征流形,更适合病程动态监测。下一步,研究团队将开展更大范围前瞻性队列验证,持续优化软件交互,推动这套AI工具真正融入血吸虫病现场筛查与随访管理工作。

徐子阳为论文第一作者,杨坤研究员、曾铁勇教授为共同通讯作者。

论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-026-76287-9