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恶性肿瘤遇对手,谷歌AI预测甲状腺结节遗传风险初见效

药明康德AI 2019-12-05

药明康德AI/报道


面对癌症,人类最好的武器是什么?
 
近年来,甲状腺疾病特别是甲状腺癌发病率迅猛攀升。在40岁以上成人甲状腺B超检查中,大约有50%的人会有各种各样的结节样病变,甚至是甲状腺癌。甲状腺结节是指在甲状腺内的肿块,可随吞咽动作随甲状腺而上下移动,是临床上较为常见的病症,由多种病因引起,在一般人群中很常见,患病率高达67%。
 
不过大多数甲状腺结节不具有癌性,它的发生也没有任何症状。对于不具有明显症状显示的甲状腺结节还没有许多明确的指导方针,来规范指导人们如何处理不确定的癌症风险的结节。悉尼·金梅尔癌症中心(Sidney Kimmel Cancer Center at Jefferson)与杰弗逊健康(Jefferson Health)联合进行了“超声成像方法结合谷歌人工智能平台的机器学习算法,是否可以作为甲状腺结节遗传风险预测的第一筛查方法”的研究。这项研究也在10月24日发表在《美国医学会杂志》子刊耳鼻咽喉-头颈外科(JAMA Otolaryngology Head & Neck Surgery)上。

 


对于甲状腺结节的检查目前主要依靠超声,相较于CT和核磁,超声的好处是便宜、灵活、实时、无副作用,所以它是普通老百姓喜闻乐见的一种检测手段;但它的缺点是图像不清楚、造影比较大,这对医生的要求就比较高。
 
来自托马斯杰弗逊大学(Thomas Jefferson University)的耳鼻喉科医生Elizabeth Cottril博士表示:“针对目前临床上现有的甲状腺结节检查的技术,超声波可以显示结节是否可疑,然后医生决定是否为患者进行穿刺活检从而进一步诊断。但即使进行活检,细针活检在整个诊疗过程中只是承担了‘切入口’的角色,并不能详细告诉医生患者的整体病情,这也就是说,一些活检结果还是无法确定甲状腺肿瘤是否为恶性、如何癌变。”
 
若是穿刺活检的细胞“好”“坏”还是无法定性,则可以通过分子诊断进一步检测细胞样本从而确定有恶性肿瘤的风险,这些样本细胞测试可以找出与甲状腺癌相关的某些突变基因或分子标志物。这样,一旦检测出高风险标记物或突变细胞时,患者可尽快通过手术的治疗方案切除甲状腺。这样的诊断过程看起来十分合理,但是针对何时可以使用分子诊断的标准仍在制定中,并且目前的医疗资源分布情况并不是所有的临床环境都可以提供这种检测。从分子诊断的实操性来看还是存在一定局限性。
 
如此情况下,托马斯杰弗逊大学的研究人员寻求人工智能方法的帮助,他们将机器学习算法应用于患者甲状腺结节的超声图像,以查看它是否可以识别出超声图像中不同的模式。为提高一线诊断的预测能力,研究人员借助谷歌人工智能平台的机器学习模型,此前该算法其他领域使用谷歌的AI已取得不错的成绩。例如,零售业使用该模型来对其产品进行分类,使消费者第一时间找到他们最感兴趣的产品;迪士尼公司用该AI模型根据旗下不同人物角色或电影来为其周边产品进行注释。


 甲状腺结节的超声图像(图片来源:Elizabeth Cottril from Thomas Jefferson University)


研究人员表示,这项研究的目的是将分子诊断与机器学习的诊断能力进行对比,进而使用图像处理技术来预测甲状腺结节的遗传风险。
 
本项研究纳入121位患者参与实验,他们均已接受过超声波检查、穿刺活检以及分子诊断。研究人员将这部分受试者的超声波图像作为人工智能模型的训练对象,根据分子诊断中的一组基因,AI从图像中检测出134处病变,其中43个被归类为高危结节,91个为低危结节。接着,人工智能算法从这组标记图像中利用机器学习来分别选择与高风险结节和低风险结节相关的识别模式。进而,AI使用这些模式形成自己的内部参数集,这些内部参数可用于对未来的甲状腺结节超声图像集进行排序和学习。
 
经实验,AI能将97%患有良性甲状腺结节的超声图像定义为“良性”,同时也能将90%患有恶性甲状腺结节患者的超声图像定义为“阳性”。高特异性代表着假阳性率低,换言之,如果算法通过学习将甲状腺结节定义为“恶性”的话,那么极大可能该患者就会患上甲状腺癌。该算法预测整体遗传风险的准确性为77.4%,也就表明,AI可以单独通过超声成像将甲状腺结节分层为高或低遗传风险


图片来源:Pixabay


该研究的主要作者、放射学副教授John Eisenbrey博士表示,机器学习相对来说是一种低成本、更高效的工具,可以帮助医生更快地决定如何处理不确定的结节。目前来说,能够根据超声图像成功预测出患者患有甲状腺癌的AI不是没有,但是还没有人在超声对甲状腺结节的遗传风险分层方面使用过机器学习模型。所以某种程度来说,这项研究具有一定的开创意义。

借助人工智能,这项研究是外科医生和放射科医生的一次重要紧密的合作,目前已经有相关机构已经对这项合作产生兴趣,并提供了更多的数据集用于AI算法训练。通常模型所被“喂”的数据越多元丰富,那么其预测性能就会更强,这对医生的帮助也将会更大。

其实机器学习还有很多潜在方面的应用。下一步,研究人员计划使用机器学习对识别出的病灶进行精确化的特征提取,这对于人类有效快速识别高风险结节的解剖学相关特征大有益处。

药明康德AI整理编译
来源:eurekalert

参考资料(可上下滑动查看) 

[1] Using artificialintelligence to predict risk of thyroid cancer on ultrasound Retrieved Oct 25,2019

from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-10/tju-uai102219.php

[2] Daniels K, Gummadi S, Zhu Z,et al. Machine Learning by Ultrasonography for Genetic Risk Stratification ofThyroid Nodules. JAMA Otolaryngol Head Neck Surg. Published online October 24, 2019.doi:10.1001/jamaoto.2019.3073



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