Новый ИИ научился находить рак легких в 98,6% случаев

2023-10-09 13:00 Новости

В новой статье, недавно опубликованной в JCO Global Oncology, представлена разработка искусственного интеллекта (ИИ) для точного обнаружения потенциально раковых узлов, описанных в отчетах компьютерной томографии (КТ), проводимой вне контекста скрининга рака.

Эта технология представляет собой инструмент обработки естественного языка (НЛП), предназначенный для анализа отчетов КТ грудной клетки. Исследование было проведено Институтом исследований и образования Д'Ор (IDOR) в партнерстве с Федеральным университетом медицинских наук Порту-Алегри (UFCSPA) и университетами Флориды и Стэнфорда в США.

Достижения в области обработки естественного языка в области искусственного интеллекта в последние годы часто попадали в заголовки газет, и использование этой технологии уже устоялось и окружает нас ежедневно. Если вы когда-либо использовали чат-ботов онлайн-банкинга, включали автоматические субтитры к видео или давали команды виртуальным помощникам на своих устройствах, вы, возможно, задавались вопросом, как машины могут так хорошо понимать человеческое общение.

Понимание человеческого языка и реагирование на него — основная цель обработки естественного языка (НЛП), одной из нескольких областей искусственного интеллекта. НЛП используется для выполнения нескольких функций во многих известных инструментах, включая чат-ботов и цифровых помощников, таких как Siri и Alexa. Однако его потенциал также исследуется в медицинской сфере.

Данное исследование было направлено на инвестирование в технологию для разработки инструмента, способного обнаруживать возможность рака легких на основе отчетов КТ, которые были выполнены по причинам, отличным от скрининга рака.

«Когда мы проводим КТ грудной клетки в контексте рака легких, есть два основных показания. Одно из них — скрининг рака у пациентов из группы риска, обычно старше 50 лет с историей курения. Второй контекст — пациент, у которого, например, есть подозрение на тромбоэмболию легочной артерии, и для его исследования проводят компьютерную томографию, и при этом обследовании обнаруживается случайный узелок».

«Это называется случайной находкой. Наш инструмент НЛП работает в последней ситуации, потому что иногда эти пациенты могут не получить ранний диагноз. Случайную находку легко не заметить, потому что врач сосредоточен на другой гипотезе и может не подозревать о ней. Ддетали в первоначальной интерпретации»,

— объясняет доктор Розана Родригес, радиолог из IDOR и один из авторов исследования.

При анализе изображений грудной клетки наличие узлов в легких является относительно распространенной находкой, и большинство из них доброкачественные. Однако серьезные риски могут скрываться в 1–3% таких случаев. Из-за своей высокой распространенности узелки в легких часто не учитываются при обследовании в больнице неотложной помощи.

Яркий пример этого произошел во время пандемии COVID-19, когда в клиниках и больницах часто проводили компьютерную томографию для выявления поражения легких при заболевании. В этом сценарии многие из этих узелков были описаны в медицинских отчетах, но не были должным образом исследованы на предмет их канцерогенного потенциала. Выявление проблемы на ранних стадиях дает возможность применять более эффективные методы лечения с большей вероятностью излечения пациентов.

«Идея этого инструмента возникла у нас во время пандемии, потому что мы проводили от 30 до 40 КТ в день пациентам с подозрением на COVID-19. Врачи, которые запрашивали КТ, полностью сосредоточились на заболевании, потому что им нужно было знать, требуется ли пациенту госпитализация. Когда мы писали отчеты, помимо наличия или отсутствия поражений легких, вызванных COVID-19, мы также видели множество узелков в легких, некоторые из которых были похожи на рак легких»,

- говорит доктор Родригес.

«Это вызвало у нас огромную обеспокоенность, потому что во время пандемии никто не смог получить эти отчеты, поэтому диагноз рака мог быть утерян. Именно тогда мы начали думать о том, как нам восстановить все эти подозрительные исследования. Именно тогда мы запланировали инструмент НЛП»,

— вспоминает рентгенолог, который также работает в трех больницах Рио-де-Жанейро, включая государственную больницу Федерального университета Рио-де-Жанейро (UFRJ).

Возможность выявления рака легких у пациентов, у которых нет подозрений на наличие этой проблемы, побудила исследователей статьи рассмотреть решения для этого диагностического окна. Именно тогда у них возникла идея разработать автоматизированный инструмент НЛП, способный искать подозрительные узелки, случайно обнаруженные в медицинских отчетах КТ грудной клетки.

Как и мы, искусственный интеллект не рождается со знанием. Чтобы обучить инструмент НЛП, разработанный для исследования, команда рентгенологов провела ретроспективный анализ более 21 500 отчетов КТ грудной клетки, выполненных в исследовательской больнице в период с 2020 по 2021 год. Из этих тысяч исследований в 484 исследованиях были представлены случайно обнаруженные узелки в легких с потенциальная канцерогенность, описания которой использовались для обучения инструмента НЛП выявлению этих поражений.

После обучения НЛП прошла внутреннюю проверку, включающую оценку более 300 отчетов о КТ грудной клетки, из которых 157 содержали случайно обнаруженные узлы с подозрением на злокачественность, а 148 служили контрольной группой для расчета потенциала точности инструмента.

НЛП научили понимать текст, написанный в отчетах, без доступа к изображениям. Исследователи запрограммировали его так, чтобы он сообщал о подозрительных любых случайно обнаруженных узлах, ранее не известных в истории болезни пациента, диаметром более 4 мм и без клинического контекста, связанного с раком, пневмонией или заболеванием мелких дыхательных путей. Инструмент также был способен классифицировать узелки повышенного риска, например, узлы размером более 8 мм или узлы с твердым компонентом более 6 мм.

При внутренней оценке инструмент НЛП достиг точности 98% при обнаружении интересующих узлов. Положительные результаты побудили исследователей провести второй тест в мае 2022 года, на этот раз проанализировав более 900 отчетов КТ грудной клетки, которые были случайно выбраны из 57 различных больниц.

Во втором тесте НЛП продемонстрировало еще более впечатляющую точность — 98,6%, что было дополнительно подтверждено окончательной проверкой врачей-рентгенологов, установившей золотой стандарт для тестирования инструмента. Эти результаты еще раз подтвердили точность и компетентность искусственного интеллекта для помощи в клинических приложениях.

Из 484 случайных находок, использованных при обучении НПЛ, у 8 пациентов был диагностирован рак легких, и им удалось пройти раннее лечение. Согласно исследованию, 2 из этих диагнозов можно было бы пропустить без помощи инструмента НЛП.

Учитывая, что 70% случаев рака легких излечимы при лечении на ранних стадиях, раннее выявление заболевания значительно повышает эти шансы для пациентов. Искусственный интеллект был разработан на широко используемом языке программирования Python, и его использование совместимо с несколькими учреждениями и больницами, где португальский язык является официальным языком. Инструмент может внести существенный вклад в раннее распознавание рака легких, особенно у пациентов, находящихся на лечении в службах неотложной помощи и за пределами специализированных онкологических центров.