人工智能識(shí)別與癌癥預(yù)后相關(guān)的未知特征
由日本RIKEN高級(jí)智能項(xiàng)目中心(AIP)開發(fā)的人工智能(AI)技術(shù)成功地在人類癌癥患者的病理圖像中發(fā)現(xiàn)了特征,沒有注釋,這是人類醫(yī)生可以理解的。此外,人工智能確定了與癌癥預(yù)后有關(guān)的特征,這是病理學(xué)家以前沒有注意到的,導(dǎo)致前列腺癌復(fù)發(fā)的準(zhǔn)確性高于基于病理學(xué)家的診斷。將人工智能所做的預(yù)測與人類病理學(xué)家的預(yù)測相結(jié)合,導(dǎo)致了更高的準(zhǔn)確性。
據(jù)發(fā)表在《自然通訊》上的研究報(bào)告的第一作者山本洋一郎說,
這項(xiàng)技術(shù)可以通過從圖像中獲取新知識(shí),使癌癥復(fù)發(fā)的高度準(zhǔn)確預(yù)測成為可能,從而為個(gè)性化醫(yī)學(xué)做出貢獻(xiàn)。它還有助于了解如何通過幫助解決人工智能被視為一個(gè)“黑匣子”的問題,將人工智能安全地用于醫(yī)學(xué)。
由Yamamoto和Go Kimura領(lǐng)導(dǎo)的研究小組與日本一些大學(xué)醫(yī)院合作,采取了一種稱為“無監(jiān)督學(xué)習(xí)”的方法。只要人類教授人工智能,就不可能獲得超越目前所知的知識(shí)。人工智能不是被“教授”醫(yī)學(xué)知識(shí),而是被要求學(xué)習(xí)使用無監(jiān)督的深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),被稱為自動(dòng)編碼器,而不需要任何醫(yī)學(xué)知識(shí)。研究人員開發(fā)了一種方法,將人工智能發(fā)現(xiàn)的特征(最初只有數(shù)字)翻譯成人類可以理解的高分辨率圖像。
為了完成這一壯舉,該小組從日本醫(yī)學(xué)院醫(yī)院(NMS H)獲得了13188張前列腺的完整病理幻燈片圖像,數(shù)據(jù)量巨大,相當(dāng)于大約860億張圖像補(bǔ)?。ǚ譃樯顚由窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的子圖像),計(jì)算是在AIP強(qiáng)大的RAIDEN超級(jí)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行的。
該人工智能學(xué)習(xí)使用病理圖像,沒有診斷注釋從1100萬個(gè)圖像補(bǔ)丁。人工智能發(fā)現(xiàn)的特征包括全球使用的關(guān)于Gleason評(píng)分的癌癥診斷標(biāo)準(zhǔn),但也包括在專家不知道的非癌癥領(lǐng)域涉及基質(zhì)-支持器官的結(jié)締組織。為了評(píng)估這些AI發(fā)現(xiàn)的特征,研究小組使用來自NMSH(內(nèi)部驗(yàn)證)的剩余病例驗(yàn)證了復(fù)發(fā)預(yù)測的性能。該小組發(fā)現(xiàn),人工智能發(fā)現(xiàn)的特征比基于病理學(xué)家制定的人類既定癌癥標(biāo)準(zhǔn)Gleason評(píng)分(AUC=0.744)的預(yù)測更準(zhǔn)確(AUC=0.820)。此外,結(jié)合人工智能發(fā)現(xiàn)的特征和人類建立的標(biāo)準(zhǔn),比單獨(dú)使用這兩種方法更準(zhǔn)確地預(yù)測復(fù)發(fā)(AUC=0.842)。該小組使用另一個(gè)數(shù)據(jù)集證實(shí)了這一結(jié)果,其中包括來自圣馬利亞納大學(xué)醫(yī)院和愛知醫(yī)科大學(xué)醫(yī)院(外部驗(yàn)證)的2276張全山病理圖像(100億張圖像補(bǔ)丁)。
山本說:“我非常高興地發(fā)現(xiàn),人工智能能夠從無注釋的病理圖像中自己識(shí)別癌癥。我非常驚訝地看到,人工智能發(fā)現(xiàn)了病理學(xué)家尚未發(fā)現(xiàn)的可用于預(yù)測復(fù)發(fā)的特征?!?/p>
他繼續(xù)說,“我們已經(jīng)證明,人工智能可以自動(dòng)從無診斷注釋的組織病理學(xué)圖像中獲得人類可以理解的知識(shí)。這種“新生”的知識(shí)可以通過允許對(duì)癌癥復(fù)發(fā)的高度準(zhǔn)確的預(yù)測對(duì)患者有用。非常好的是,我們發(fā)現(xiàn)將人工智能的預(yù)測與病理學(xué)家的預(yù)測相結(jié)合,進(jìn)一步提高了準(zhǔn)確性,表明人工智能可以與醫(yī)生一起使用,以改善醫(yī)療保健。此外,人工智能可以作為一種工具來發(fā)現(xiàn)迄今尚未注意到的疾病的特征,而且由于它不需要人類知識(shí),它可以用于醫(yī)學(xué)以外的其他領(lǐng)域。
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