Background: Chronic pancreatitis is a long-term fibro-inflammatory disease of the pancreas that worsens the quality of life of patients and is associated with life-threatening complications. Chronic pancreatitis is based on fibro-inflammatory changes in the tissue of the pancreas. The necessity of a more accurate identification of early fibrosis is related to discrepancies in assessments done with conventional visual scales.
Aim: To evaluate the diagnostic accuracy of existing scales for visual assessment of the degree of pancreatic fibrosis compared to the techniques of whole-slide images (WSI) digital analysis.
Methods: The morphometric analysis of the assessment of pancreatic fibrosis grade was carried out in the postoperative material from 118 patients with the use of two assessment semi-quantitative visual scales (those proposed by G. Klöppel & B. Maillet in 1991 and by O. V. Paklina et al. in 2011), as well as with the use of the digital image marking in the ASAP software and an artificial intelligence algorithm in the QuPath software. Both intralobular and perilobular fibrosis grades were assessed, as well as their integrative index (II).
Results: The assessment of pancreatic fibrosis with a 12-point rating system (II) according to Klöppel & Maillett showed the following distribution: low grade fibrosis (LF), 55.9% of the cases, moderate fibrosis (MF), 25.4%, severe fibrosis (SF), 16.1%, no fibrosis (NF), 2.5% of the cases. According to the Paklina et al. scale, the results were as follows: LF, 66.1%, MF, 15.2%, SF, 12.7%, and NF, 5.9% of the cases. The comparison of the classical systems revealed a mismatch in the fibrosis grade in 27.9% of the cases; this resulted in the use of more objective methods for the WSI digital analysis. When comparing the average percentage of fibrosis area detected with ASAP with the fibrosis level according to Klöppel & Maillett, the data were distributed as follows: with LF, the mean fibrosis area by ASAP was 6.9%, with MF, the fibrosis area was 30%, and with SF, 65%. Similarly, when counting cells in QuPath the following values were obtained: LF, 8.2%, MF, 27.9%, SF, 69.3%. The use of the WSI digital image analysis showed a higher concordance between them (R = 0.937) relative to the comparison between the classical rating scales (R = 0.811). When comparing the methods for assessment of fibrosis for the accurate diagnosis of chronic pancreatitis with ROC analysis, the best result was shown by the cell counting method with QuPath (AUC = 0.943). The method of area calculation with ASAP showed the AUC of 0.910, the classical Klöppel & Maillett method demonstrated the AUC of 0.879 and the assessment according to Paklina et al. showed the AUC of 0.808.
Conclusion: the WSI digital analysis has higher and significant concordance and diagnostic accuracy; therefore it can be used in clinical practice.
Обоснование. Хронический панкреатит – длительно текущее фиброзно-воспалительное заболевание поджелудочной железы, снижающее качество жизни пациентов и сопровождаемое опасными для жизни осложнениями. В основе хронического панкреатита лежат фиброзно-воспалительные изменения в ткани поджелудочной железы. Необходимость повышения точности диагностики раннего фиброза обусловлена тем, что при использовании традиционных визуальных шкал могут возникать расхождения в оценках.
Цель – оценить диагностическую точность существующих шкал визуальной оценки степени фиброза поджелудочной железы по сравнению с методами цифрового анализа изображений.
Материал и методы. Морфометрический анализ оценки степени фиброза поджелудочной железы проведен на послеоперационном материале 118 пациентов с применением двух оценочных полуколичественных визуальных шкал: G. Klöppel, B. Maillett (1991) и О. В. Паклиной и соавт. (2011), а также с использованием разметки цифровых изображений в программе ASAP и алгоритма искусственного интеллекта в программе QuPath. Оценивали степень интралобулярного и перилобулярного фиброза, а также их интегративный показатель (ИП).
Результаты. Оценка фиброза поджелудочной железы с помощью 12-балльной системы градации (ИП) G. Klöppel, B. Maillett показала следующее распределение: фиброз слабой степени (ФСС) – 55,9% случаев, умеренной (ФУС) – 25,4%, выраженной (ФВС) – 16,1%, отсутствие фиброза (ФО) – 2,5% случаев. При использовании системы О. В. Паклиной и соавт. результаты были следующими: ФСС – 66,1% случаев, ФУС – 15,2%, ФВС – 12,7%, ФО – 5,9% случаев. Сравнение классических систем выявило расхождение в определении степени фиброза в 27,9% случаев, что обусловило применение более объективных методов цифрового анализа изображений. При сопоставлении среднего процента площади фиброза, определенной с помощью программы ASAP, с уровнем фиброза по шкале G. Klöppel, B. Maillett данные распределились следующим образом: при ФСС площадь фиброза составила в среднем 6,9%, при ФУС – 30%, при ФВС – 65%. Аналогичные показатели, полученные при подсчете клеток в QuPath, составили: ФСС – 8,2%, ФУС – 27,9%, ФВС – 69,3%. Использование цифровых методов анализа изображений показало более высокую конкордантность между ними (R = 0,937) относительно сравнения между классическими шкалами (R = 0,811). При сравнении методов оценки фиброза поджелудочной железы в отношении точности диагностики хронического панкреатита с помощью ROC-анализа лучший результат показал метод подсчета клеток в программе QuPath (AUC = 0,943). При использовании метода подсчета площадей с помощью ASAP AUC составила 0,910, классического метода G. Klöppel, B. Maillett – 0,879, шкалы О. В. Паклиной и соавт. – 0,808.
Заключение. Цифровой анализ гистопрепаратов характеризуется более сильной статистически значимой конкордантностью и точностью диагностики в сравнении с визуальными шкалами, поэтому может быть использован в клинической практике.