人工智能在癌症领域取得的这些重大突破,你都了解吗?

医疗健康 来源:药明康德AI
2018
10/22
16:10
药明康德AI 医疗健康

我们都知道,癌症是一种非常顽强的疾病,人类和它斗争的过程也非常漫长。而如今,随着人工智能技术的不断发展,AI已经在医疗健康领域取得了越来越多的突破,在癌症领域也不例外。下面我们就来看一下,AI近期在癌症治疗方面取得了哪些新进展呢?

谷歌AI转移性乳腺癌检测模型,准确率高达99%!

来自圣地亚哥海军医学中心(Naval Medical Center San Diego)和Google AI的研究人员开发出了一个新的AI系统,利用癌症检测算法来自主评估淋巴结活检,从而对转移性乳腺癌患者的诊断和治疗进行更好的决策。在测试中,这个系统实现了99%的检测准确度。

研究人员开发出了一个名为LYNA的新型AI系统。LYNA基于开源图像识别深度学习模型Inception-v3开发而成,可以将299像素大小的图像输入模型,在图像中以像素为单位确定肿瘤范围,将图像贴上“良性”或“恶性”等标签,并调整模型的算法权重以减少误差。 在这个模型基础上,研究人员将LYNA放置于正常组织与肿瘤组织比例为4:1的环境中,并提高了训练过程的“计算效率”,进而使算法“看到”了更大的组织多样性。此外,他们将活检切片扫描进行了标准化,在更大程度上提高了模型的性能。

研究人员将LYNA应用于淋巴结转移2016年挑战数据集(Camelyon16)之中,这个数据集包括来自多个医学机构的399张完整淋巴结切片图像。同时,研究人员还使用了来自20名患者的108张图像进行测试。在所有的图片中,研究人员利用其中的160张正常图像和110张肿瘤图像对LYNA进行了训练,并使用剩下的图片组成了两个图像集合,来对算法模型进行评估。

在测试中,LYNA识别图像的精度达到了惊人的99.3%。当模型的灵敏度阈值被调整以检测每张幻灯片上的所有肿瘤时,LYNA达到了69%的灵敏度,准确地识别出了评估数据集中的所有40个转移性肿瘤,中间没有出现任何假阳性结果。并且,LYNA并没有受到切片图像中气泡、不良处理、出血和过度染色等干扰因素的影响。

人工智能找到了预测免疫疗法效果的关键

一项来自法国的新研究发现,AI可用于创建患者使用免疫疗法疗效的预测评分,从而预测免疫疗法的治疗效果,并且增加治疗成功的几率。这也是人工智能首次可以通过处理医学图像来提取生物和临床信息,从而辅助免疫疗法的治疗。这项研究发表在了《The Lancet Oncology》上。

研究人员使用了MOSCATO研究项目参与者的CT图像,以及相关的肿瘤基因组数据,作为这项研究的数据集。同时,研究人员利用机器学习技术,训练算法使用这些CT图像数据,来预测基因组揭示了哪些肿瘤免疫浸润的情况,尤其是关于肿瘤中是否存在细胞毒性T细胞(CD8),并在这些结果的基础上在图像中建立了放射标记。

然后,为了测试这些放射标记在真实情况下的适用性,并将其与免疫疗法的疗效相关联,研究人员将开发出的AI算法在参与5个anti-PD-1/PD-L1免疫疗法1期临床试验的患者中进行验证,即使用在治疗开始前进行的CT图像对算法进行评估。 结果发现,在那些免疫疗法分别在3个月和6个月内起效的患者中,机器学习算法给出的放射学评分较高,同时这些患者的总生存率也较好。

谷歌AI精确识别肺癌突变基因

《Nature Medicine》上发表了一项重磅研究:来自纽约大学医学院的研究人员开发了一个新的机器学习程序,不仅能够以97%的准确率确定患者的肺癌类型,甚至还可以识别导致异常细胞生长的变异基因!

研究人员团队使用了来自Google的深度卷积神经网络Inception v3,并使用来自The Cancer Genome Atlas(TCGA)数据集的1634张图像对其进行了重新训练。然后,研究人员开始使用该神经网络,来区分腺癌(LUAD)和鳞状细胞癌(LUSC),这两种癌症都是肺癌最常见的形式。结果显示,尽管样本中出现了在之前训练中从未出现的特征,比如血块、炎症、坏死区域和肺萎缩等等,Inception v3仍然可以正确识别绝大部分样本中的肺癌类型,正确率最高可到达97%。更加令人印象深刻的是,该模型在一台拥有单一图形处理器的电脑上运行时,平均计算时间只需短短20秒。

有趣的是,研究人员发现,在被AI程序错误分类的那一小部分肿瘤图像中,约有一半也被病理学家错误地进行了分类,这一点表明了区分两种肺癌类型的难度。另一方面,在54幅被至少一位病理学家分类错误的图像中,机器学习正确识别出了其中45幅的癌症类型,这一点说明人工智能可以为医生提供有用的补充信息。

除了对疾病类型的识别外,研究人员还训练Inception v3识别癌变组织内的突变基因。利用肿瘤外观的细微差异,AI模型可以预测在细胞中是否存在与肺癌相关的6个突变基因,这6个基因分别为STK11、EGFR、FAT1、SETBP1、KRAS和TP53。针对不同的突变基因,Inception v3的预测准确率也不同,总体介于73%到86%之间。

AI识别肺癌小肿瘤,准确率高达95%

来自中佛罗里达大学(University of Central Florida)计算机视觉研究中心的研究人员们开发出了一个新的人工智能系统,以帮助检测肺癌患者的小肿瘤,而这些小肿瘤在使用传统检测方法时往往很难发现。

在这项研究中,研究人员使用了一种类似于面部识别算法的方法,使用大脑作为模型来创建一个AI系统,从而识别肺癌患者CT图像的小肿瘤。就像面部识别软件需要扫描成千上万张面部照片,来寻找特定的模式并与人脸进行匹配一样,研究人员也需要训练AI系统从无数的CT图像中识别那些不易被肉眼发现的小肿瘤。

为了实现这一点,研究人员使用了1000多例来自美国国立卫生研究院(NIH)的CT图像,并将这些图像数据输入到他们开发的AI系统中进行训练。在这个过程中,每一张CT图像都可以帮助AI完善其需要识别的肿瘤信息,如肿瘤的大小和形状等。同时在这个过程中,AI模型也逐渐学会了如何区分良性和恶性肿瘤,以及如何忽略CT图像中呈现的其他组织、神经和肿块等因素。

研究结果显示,经过训练的AI系统在CT图像中发现小肿瘤的准确率约为95%,而人类放射科医生的准确率只有65%。AI系统取得的这一结果大大超出了人类医生的水平。

虽然用这些技术帮助医生和患者的道路是漫长的,但是研究人员仍然乐观地认为,经过精心验证和精心设计的深度学习技术和临床工具,将有助于提高病例诊断的可用性和准确性。看了以上这些AI在癌症领域取得的重大突破,你是否对我们战胜癌症有了更大的信心呢?

参考资料:

[1] Applying Deep Learning to Metastatic Breast Cancer Detection. Retrieved October 15, 2018, from https://ai.googleblog.com/2018/10/applying-deep-learning-to-metastatic.html

[2] Predicting the response to immunotherapy using artificial intelligence. Retrieved August 28, 2018, from https://www.biospace.com/article/releases/predicting-the-response-to-immunotherapy-using-artificial-intelligence/

[3] Artificial intelligence can determine lung cancer type. Retrieved September 19, 2018, from https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-09/nlh-aic091718.php

[4] Engineers develop artificial intelligence system to detect often-missed cancer tumors. Retrieved August 27, 2018, from https://www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180822114436.htm?utm_source=feedburner&utm_medium=email&utm_campaign=Feed%3A+sciencedaily%2Fcomputers_math%2Fartificial_intelligence+%28Artificial+Intelligence+News+--+ScienceDaily%29

来源:药明康德AI

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