人工智能在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用新突破：助力肺癌的診斷，減輕醫(yī)生的壓力

EurekAlert最近報(bào)道了人工智能技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的一項(xiàng)新研究，該研究設(shè)計(jì)了一種新的計(jì)算機(jī)程序，可以分析病人肺部腫瘤的圖像、確定癌癥類型，甚至可以識(shí)別導(dǎo)致細(xì)胞異常生長(zhǎng)的基因。

該研究由紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)表在雜志上，研究發(fā)現(xiàn)一種人工智能或機(jī)器學(xué)習(xí)程序有97％的準(zhǔn)確度可以區(qū)分腺癌和鱗狀細(xì)胞癌——這兩種肺癌類型有經(jīng)驗(yàn)的病理學(xué)家有時(shí)也難以確認(rèn)。

這種人工智能工具還能夠確定細(xì)胞中是否存在與肺癌相關(guān)的6種基因的異常形式——包括EGFR、KRAS和TP53，其準(zhǔn)確度在73％到86％之間。這種基因變化或基因突變通常會(huì)導(dǎo)致癌細(xì)胞異常生長(zhǎng)，但也會(huì)改變細(xì)胞的形狀和與周圍環(huán)境的相互作用，為自動(dòng)分析提供視覺線索。

研究人員說，隨著靶向治療的增加，確定每個(gè)腫瘤中哪些基因發(fā)生了變化變得至關(guān)重要，因?yàn)榘邢蛑委熤粚?duì)具有特定突變的癌細(xì)胞起作用。例如，已知大約20％的腺癌患者的基因表皮生長(zhǎng)因子受體中有突變，那么現(xiàn)在就可以開始藥物治療了。

研究作者表示，目前用于確認(rèn)突變存在的基因測(cè)試可能需要數(shù)周時(shí)間才能返回結(jié)果。

“延遲癌癥的治療從來都不是好事，”高級(jí)研究員、紐約大學(xué)朗格尼癌癥中心病理學(xué)系副教授Aristotelis Tsirigos博士說，“我們的研究提供了強(qiáng)有力的證據(jù)，證明人工智能方法能夠立即確定癌癥亞型和突變特征，從而使患者能夠更早地開始使用靶向治療。”

機(jī)器學(xué)習(xí)

在目前的研究中，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了統(tǒng)計(jì)技術(shù)，使他們的程序在沒被告知如何做的情況下，能夠“學(xué)習(xí)”如何在任務(wù)中變得更好。這些程序構(gòu)建規(guī)則和數(shù)學(xué)模型，使其能夠基于數(shù)據(jù)示例進(jìn)行決策，隨著訓(xùn)練數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)，程序?qū)⒆兊谩案又悄堋薄?/p>

受大腦神經(jīng)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)的啟發(fā)，新的人工智能方法能使用越來越復(fù)雜的電路分層處理信息，每一步都將信息輸入到下一個(gè)步驟，并在此過程中為每條信息分配或多或少的重要性。

目前的團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練了一個(gè)深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)——谷歌的Inception v3，來分析從癌癥基因組圖譜獲得的幻燈片圖像。這讓研究人員可以測(cè)量他們的程序是如何訓(xùn)練的，以準(zhǔn)確和自動(dòng)地對(duì)正常組織與患病組織進(jìn)行分類。

有趣的是，這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，在被人工智能程序錯(cuò)誤分類的一小部分腫瘤圖像中，約有一半也被病理學(xué)家錯(cuò)誤分類了，這說明腺癌和鱗狀細(xì)胞癌這兩種肺癌類型確實(shí)很難區(qū)分。另一方面，在被研究中的至少一名病理學(xué)家錯(cuò)誤分類的54幅圖像中，有45幅被機(jī)器學(xué)習(xí)程序分配正確了，這說明人工智能確實(shí)很有用。

“我們很高興自己的研究能夠提高病理學(xué)水平的準(zhǔn)確性，并證明人工智能能夠在癌細(xì)胞及其周圍組織的可見特征中發(fā)現(xiàn)以前未知的模式，”共同作者Narges Razavian博士說，他是放射學(xué)和人口健康系的助理教授，“數(shù)據(jù)和計(jì)算能力之間的協(xié)同作用正在創(chuàng)造前所未有的機(jī)會(huì)，以改善醫(yī)學(xué)實(shí)踐和科學(xué)。”

目前，他們正在尋求政府批準(zhǔn)在臨床上使用該技術(shù)，同時(shí)將該技術(shù)用于對(duì)幾種癌癥類型的診斷。接下來，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃繼續(xù)使用數(shù)據(jù)訓(xùn)練其人工智能程序，直到它能將特定癌癥中基因突變的可能性的準(zhǔn)確度提高到90％以上。