《现代仪器与医疗》2025年第3期优秀文章速递
面向LR-M肝癌精准诊断的超声造影时空感知深度学习系统开发
林雅丹1，阮思敏2，陈立达2，何云1*
（1.广西医科大学第一附属医院超声医学科，南宁 530021；2.中山大学附属第一医院超声医学科，广州 510080 ）
【摘要】 目的 利用深度学习（deep learning，DL）结合超声造影（contrast-enhanced ultrasound，CEUS）视频开发一个时空混合感知的DL模型，从肝脏影像报告与数据系统（liver imaging reporting and data system，LI-RADS）LR-M类肝结节中无创诊断肝细胞癌（hepatocellular carcinoma，HCC）。 方法 对来自中山大学附属第一医院和广西医科大学第一附属医院的经CEUS诊断为LR-M类的患者进行回顾性分析，以病理和综合诊断标准，分为HCC组和非HCC组。使用R(2+1)D-18卷积神经网络对CEUS视频进行多尺度时空分时相并行特征提取，构建HCC诊断模型，并通过帧采样策略（15帧、30帧、45帧）平衡信息完整性与计算效率，辅以梯度加权分类激活映射技术（gradient-weighted class activation mapping，Grad-CAM）可视化解释决策依据。使用准确率、敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值和受试者工作特征（receiver operating characteristic，ROC）曲线来评估模型的诊断效能。 结果 来自中山大学附属第一医院的176例LR-M患者按7∶3划分训练集和验证集；来自广西医科大学第一附属医院的46例LR-M患者为测试集。当以45帧视频作为输入时，模型诊断效能最佳，在验证集和测试集中，敏感度为91.67%和84.21%，特异度为96.43%和81.48%，曲线下面积（area under curve，AUC）为0.940和0.828。与甲胎蛋白（alpha-fetoprotein，AFP）指标相比，模型对HCC的检出率更高（验证集：50.00%，测试集：31.58%；P值均 <0.05），联合使用DL模型与AFP可以优化整体诊断效能。 结论 基于CEUS时空感知的深度学习模型可以精准诊断LR-M类中的HCC，诊断效能显著优于AFP，两者联合诊断有望减少不必要的肝穿刺活检。
【关键词】超声造影；肝脏影像报告与数据系统；肝细胞癌；深度学习；诊断效能
基金项目：国家自然科学基金（82272076）
第一作者：林雅丹，女，硕士研究生，研究方向：医学影像与人工智能
通信作者：何云，女，硕士研究生，主任医师，研究方向：医学影像与人工智能
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基于多专家系统的长尾内窥镜视频伪影检测算法研究
金浩龙，冯庆敏，刘胜林*
（华中科技大学同济医学院附属协和医院生物医学工程研究所，武汉 430000）
【摘要】 目的 通过长尾学习的视角探讨内窥镜视频伪影检测的方法。 方法 通过分析公开数据集EAD 2020中内窥镜视频伪影分布特性，采用解耦框架，提出一种基于多专家系统的长尾内窥镜伪影检测算法，将头部类别与尾部类别分为两组，不同专家处理不同组别，并且设计了专家结果聚合的方式，最后通过引入视觉提示（visual prompt）辅助专家，提高了伪影检测的全类平均精度（mean Average Precision, mAP）。 结果 得益于更强大的主干网络与更先进的分类器设计，相比于现有流行的集成方法，内窥镜连续视频帧检测的mAP从0.440提高至0.491，独立视频帧检测的mAP从0.339提升至0.384，并且本方法在所有类别上全面领先于集成方法。 结论 基于多专家系统的长尾内窥镜视频伪影检测框架通过分组与多专家有效平衡了不同伪影检测的表现，有效提高了尾部类别的检测性能，同时没有损害头部类别的性能，缓解了类别不平衡带来的问题，为数据不平衡场景下的医学图像检测任务提供了一个新的解决思路。
【关键词】深度学习；长尾学习；内窥镜；伪影检测；多专家系统；视觉提示
基金项目：湖北省重点研发计划项目（2022BCA025）
第一作者：金浩龙，男，在读硕士研究生，研究方向：医学图像处理、长尾学习
通信作者：刘胜林，男，博士研究生，高级工程师，研究方向：人工智能医疗器械、医学图像处理、裸眼三维可视化技术
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基于分子印迹的电化学探针在临床检测25-羟基维生素D3中的性能探究
李嘉伟，徐立新，郎春辉*
（重庆大学附属三峡医院，重庆市老年疾病临床医学研究中心，重庆 404000）
【摘要】 目的 开发一种基于分子印迹技术（molecularly imprinted polymers，MIPs）的高灵敏度、高选择性电化学探针，用于25-羟基维生素D3［25-(OH)D3］的精准检测，以满足维生素D代谢相关疾病的诊断需求。 方法 通过逐层修饰丝网印刷电极（screen-printed electrode，SPE），构建Co3O4@还原氧化石墨烯（reduced graphene oxide，rGO）@Pt@Au复合基底，以增强导电性。结合聚吡咯的电沉积与模板分子洗脱，成功形成了具有特异性识别能力的印迹空腔。通过优化扫描速率、沉积循环次数、孵育时间和温度，平衡了膜层结构、电子传递效率与特异性结合能力。采用方波伏安法（square wave voltammetry，SWV）对该传感器的响应性能进行评估，分析其灵敏度、选择性及重现性。 结果 扫描电子显微镜（scanning electron microscope，SEM）表征显示，模板洗脱后电极表面形成清晰的印迹空腔，该空腔可在100 nmol/L至1 mmol/L范围内进行靶标检测，其检测限为26.76 nmol/L。该检测策略对10倍浓度干扰物无特异性响应，且3批次电极重现性相对标准偏差为3.2%。加标实验也显示该检测策略具有较好的实际应用能力。 结论 本研究成功构建了一种灵敏度高、抗干扰性强、重现性优异的新方法，为临床上25-(OH)D3的检测提供了一种新思路。
【关键词】25-羟基维生素D3；分子印迹聚合物；电化学检测
基金项目：重庆市万州区博士“直通车”科研项目（wzstc-20220134）；国家自然科学基金资助项目（82402741）；重庆大学附属三峡医院科研项目（2022YJKYXM-034）
第一作者：李嘉伟，男，博士研究生，副研究员，研究方向：微纳传感材料
通信作者：郎春辉，男，博士研究生，副主任医师，研究方向：生物医药
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多孔空心氧化铁纳米增敏剂增强射频消融的研究
江泽龙 赵昌*
（广西医科大学附属肿瘤医院介入治疗科，南宁 530000）
【摘要】 目的 通过在多孔空心氧化铁纳米颗粒（hollow iron oxide nanoparticles，HION）上负载VER-155008制备纳米增敏剂（HION/VER），研究HION/VER增强射频消融对肝癌肿瘤的作用机制与效果。 方法 通过透射电镜及表面电位实验，考察多孔空心氧化铁纳米增敏剂的构建及药物负载。通过细胞生存率以及细胞活/死染色实验，考察增敏剂的体外抗肿瘤能力。通过检测细胞内活性氧（reactive oxygen species，ROS）、谷胱甘肽（glutathione，GSH）以及热休克蛋白70（heat shock protein 70，HSP70）水平，考察纳米增敏剂体外抗肿瘤机制。 结果 通过材料表征分析，多孔空心氧化铁纳米增敏剂已成功构建，粒径约为100 nm。在56.89 μg/mL和45℃ 条件下，HION/VER将肿瘤细胞生存率降低至50%。细胞活/死染色实验进一步证实，大量肿瘤细胞死亡，表明HION/VER具有良好的体外抗肿瘤能力。通过ROS荧光探针及GSH水平分析，ROS荧光明显增强，GSH水平下降，表明HION/VER可以通过破坏氧化还原平衡的机制来促进肿瘤铁死亡。通过HSP70免疫荧光实验分析，经过HION/VER处理后，细胞HSP70表达量明显减少，表明HION-VER通过抑制HSP70增加
了肿瘤细胞对轻度射频消融的敏感性。 结论 HION/VER被肿瘤细胞内吞后，细胞摄取药物量增加，通过破坏氧化还原平衡增强铁死亡，抑制HSP70增加了肿瘤细胞对轻度射频消融的敏感性，有效提高了射频消融的效果。
【关键词】射频消融；热休克蛋白；肝细胞癌；靶向；肿瘤治疗
基金项目：柳州市科技计划项目（2022SB017）
第一作者：江泽龙，男，硕士研究生，住院医师，研究方向：肿瘤仿生药物
通信作者：赵昌，男，博士研究生，主任医师，研究方向：肿瘤仿生药物
