每年，僅僅在美國就有40,000女性因乳腺癌死亡。當(dāng)癌癥在早期階段得到發(fā)現(xiàn)，它們往往就可以被治愈。乳房X光檢查是一個最佳的可選診斷方法，但是這種方法也有不足之處，它經(jīng)常會得到假陽性的結(jié)果，從而導(dǎo)致不必要的手術(shù)。
常見的導(dǎo)致假陽性的原因稱之為“高風(fēng)險”病變，在X光檢查上看上去非?？梢?，而生物活檢中也能看到異常的細(xì)胞。在這種情況下，患者通常會通過手術(shù)去除病變;然而，在90%的情況中病變是良性的。這意味著每年數(shù)千位女性所經(jīng)受的痛苦、昂貴的治療、術(shù)后的疤痕都是不必要的。
然而，必要的手術(shù)是否能夠很好的消除，而同時保留X光檢查在癌癥監(jiān)測中的重要角色。來自MIT計算機科學(xué)和人工智能實驗室(CSAIL)、馬薩諸塞州總醫(yī)院(MGH)，以及哈佛醫(yī)學(xué)院的研究人員認(rèn)為答案在人工智能(AI)。他們聯(lián)合發(fā)表了一篇文章在最近的《 Radiology》雜志上。
左至右：麻薩諸塞州醫(yī)院乳房成像獎學(xué)金項目主任Manisha Bahl;麻省理工學(xué)院教授Regina Barzilay;Constance Lehman，哈佛醫(yī)學(xué)院教授，MGH放射科的乳房成像部門主任。
團(tuán)隊聯(lián)合開發(fā)了一個AI系統(tǒng)，使用機器算法來預(yù)測在乳房X光檢測后術(shù)后，針刺活檢確定高風(fēng)險病變在手術(shù)時是否升級為癌癥。通過超過600個現(xiàn)有的高風(fēng)險病變信息的訓(xùn)練，該模型在許多不同的數(shù)據(jù)元素中尋找模式，包括人口統(tǒng)計學(xué)，家族史，過去的活檢和病理學(xué)報告。對335對高風(fēng)險病變進(jìn)行測試，模型能夠正確診斷97%的乳腺癌為惡性，與現(xiàn)在的長隊檢測方法相比能夠減少超過30%的良性手術(shù)數(shù)量。
“由于診斷工具如此不精確，醫(yī)生過度篩查乳腺癌是一個可以理解的趨勢，”麻省理工學(xué)院電氣工程與計算機科學(xué)教授Regina Barzilay，她也是一位乳腺癌幸存者。“當(dāng)數(shù)據(jù)中有很大的不確定性時，機器學(xué)習(xí)正是我們所需要的工具，用于改善發(fā)現(xiàn)及防止過度治療。”
“據(jù)我們所知，這是首個使用機器學(xué)習(xí)來區(qū)分高風(fēng)險病變哪些需要手術(shù)而哪些不需要的研究”，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授， MGH放射科乳腺成像科主任，合作者Constance Lehman表示，“我們認(rèn)為可以幫助女性對她們的治療做出更明智的決定，以及我們可以提供更具有針對性的健康護(hù)理?！?/p>
那么機器學(xué)習(xí)究竟是如何達(dá)到上述的目標(biāo)的呢?
當(dāng)一個X光成像發(fā)現(xiàn)了一個可疑的病變，針刺活檢用來確認(rèn)它是否是癌癥。大約70%的病變是良性的，20%是惡性的，10%是高風(fēng)險病變。
醫(yī)生處理高風(fēng)險病變的方式有所不同。有些在所有情況中都會采用手術(shù)，而另一些只在病變具有高度癌癥化概率的情況下進(jìn)行手術(shù)，例如“非典型性導(dǎo)管增生”(ADH)或“小葉原位癌”(LCIS)。
第一種途徑需要患者經(jīng)受痛苦、耗時并且昂貴的手術(shù)，而且可能是不必要的;而第二種則不夠精確，可能會導(dǎo)致遺漏一些ADH和LCIS外的癌癥高風(fēng)險的病變。
“絕大多數(shù)具有高風(fēng)險病變的患者并沒有癌癥，因而我們試圖找到那些可以確認(rèn)的，” MGH的放射科醫(yī)師Bahl表示，“在這樣的情況下，當(dāng)你試圖增加你能識別的癌癥的數(shù)量時，你也會增加你發(fā)現(xiàn)假陽性的數(shù)量?！?/p>
團(tuán)隊使用一種被稱為“隨機森林分類器”的方法，該團(tuán)隊所開發(fā)的模型相比于總是做手術(shù)的策略避免了不必要的手術(shù)，同時也能診斷出更多的癌癥病變，而不是只在傳統(tǒng)的“高危病變”上做手術(shù)的策略。尤其是，新模型診斷了97%的癌癥，而傳統(tǒng)手段只有79%。
Lehman說:“過去，我們可能建議將所有高風(fēng)險病灶切除。但是現(xiàn)在，如果模型確定病灶有很低的幾率在特定的病人中發(fā)生癌變，我們就可以與病人就她的選擇進(jìn)行更詳細(xì)的討論。對于一些患者來說，他們的病灶是依據(jù)影像切除的而不是手術(shù)，是更為合理的?！?/p>
明年MGH會將這個模型納入臨床實踐，團(tuán)隊也在進(jìn)一步努力使得模型更加完善。未來，這種機器學(xué)習(xí)有望用于更多的癌癥治療評估中，這對改變傳統(tǒng)模式中很多“一刀切”的做法將有著更多的幫助和參考意義。