图像识别算法诊断乳腺癌优于人类医生

机器比人类做得更好的事情又多了一项:检查和诊断乳腺癌。斯坦福大学的研究人员开发了一种新软件,可以自动评估乳腺癌的显微图像,并判断其侵袭性和类型,从而为患者提供准确的预后。事实证明,它的准确率比人类医生更高

该系统将自大萧条以来基本未曾改变的癌症病理学带入了21世纪。

新系统名为C-Path,意为计算病理学家。据开发者称,它可以对存在的癌细胞类型进行分类,甚至识别出与生存几率低相关的一组新特征。耶鲁大学病理学家、未参与此项研究的大卫·里姆博士表示,这项技术可以改变计算机在病理学和医学中的应用。“C-Path似乎是‘沃森式’的计算机辅助医学的前身,”他在一篇关于这项工作的论文的评论中写道。

由安德鲁·贝克博士(Dr. Andrew Beck)领导的斯坦福大学研究人员开发了一种机器学习算法,并使用来自已知病情的患者的现有组织样本对其进行了训练。计算机分析了来自荷兰癌症研究所和温哥华总医院的大量图像,并对细胞的形态和其他特征进行了数千次测量。然后,人类病理学家手工训练计算机区分两种细胞:基质细胞和上皮细胞(结缔组织与腺体组织),这是预测乳腺癌严重程度和扩散的重要区别。最终,C-Path系统使用了6,642个独立特征,并创建了一个新的评分系统,可以预测乳腺癌患者的预后。

在训练完成后,贝克等人使用C-Path评估了它之前未检查过的癌症患者的组织。同样,研究人员已经知道结果,因此能够检查C-Path的成功率。作者表示,其结果在统计学上显著优于基于人类的检查。

C-Path甚至发现了病理学家尚未发现的——癌细胞和周围细胞的特征对于确定患者的预后都很重要。“通过机器学习,我们开始更全面地看待癌症,将其视为一个复杂的系统,而不是肿瘤中的一堆坏细胞,”病理学教授、该研究的合著者马特·范·德·里恩博士(Dr. Matt van de Rijn)在一份声明中说。“计算机正在为我们指出什么更重要,而不是反过来。”

里姆解释说,这是一个令人印象深刻的结果,因为现有的病理分析是一门非常主观的科学。专家通过观察组织来判断组织的转移情况和患者的总生存几率,他们自己的诊断可能差异很大,正如2008年的一项研究所示。但使用数千倍标准参数的计算机模型可以更加一致。

尽管取得了成功,但作者表示,C-Path距离临床应用还有很长的路要走。但这是一个有力的概念验证,正如里姆所说,人类病理学家应该注意到它。这项工作今天在线发表在《科学转化医学》(Science Translational Medicine)杂志上。

由Science/AAAS提供
 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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