美國哈佛大學(xué)研究者通過訓(xùn)練一個卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)模型，僅依靠讀取患者的病理切片，便能實(shí)現(xiàn)對原發(fā)灶不明癌癥的溯源。(Nature. 2021, 594: 106-110 DOI: 10.1038/s41586-021-03512-4)

人工智能(AI)的進(jìn)步推動了各個行業(yè)的發(fā)展，通過將AI圖像識別技術(shù)和醫(yī)學(xué)影像資料相結(jié)合，在多個醫(yī)學(xué)影像讀片或診斷任務(wù)中，AI已經(jīng)能夠達(dá)到甚至超越專業(yè)醫(yī)生的水平。

該研究又一次實(shí)現(xiàn)了AI與癌癥診療的完美結(jié)合。若該研究成果得到驗(yàn)證并投入臨床應(yīng)用，就意味著僅需一張普通病理切片，醫(yī)生就能確定原發(fā)灶不明腫瘤的范圍。

原發(fā)灶不明腫瘤(CUP)是一類“經(jīng)過詳細(xì)的檢查，但始終無法確認(rèn)癌癥原發(fā)灶”的轉(zhuǎn)移性腫瘤的統(tǒng)稱，在所有癌癥患者中占比1%~2%。這類患者往往會經(jīng)歷各種各樣的檢查，最終只能依據(jù)經(jīng)驗(yàn)聯(lián)合使用放化療，經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)很重但普遍預(yù)后較差，中位生存時(shí)間僅為2.7~16個月。

有研究者利用基因組學(xué)技術(shù)尋找CUP的起源，但表現(xiàn)并不令人滿意，基因組學(xué)檢測對于CUP患者來說也是不小的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

既然沒有尋找原發(fā)灶不明腫瘤來源的手段，能否依據(jù)現(xiàn)有檢查結(jié)果來預(yù)測腫瘤來源?圖像識別任務(wù)向來是AI的強(qiáng)項(xiàng)，研究者通過學(xué)習(xí)大量患者的蘇木精伊紅染色(H&E)病理切片，以弱監(jiān)督的方式訓(xùn)練出一個CNN模型(命名為TOAD)。在讀取一張病理切片后，TOAD能對人體的18種組織進(jìn)行預(yù)測打分，通過對預(yù)測分?jǐn)?shù)進(jìn)行排序，以找到腫瘤最可能的組織來源。

研究者從公共數(shù)據(jù)庫與布列根和婦女醫(yī)院中收集了來自29 107例患者的32 537 張H&E染色切片，分別標(biāo)記為18種原發(fā)癌源。按照70%、10%、20%的比例劃分為訓(xùn)練、驗(yàn)證和測試數(shù)據(jù)。通過反復(fù)的訓(xùn)練和優(yōu)化模型，TOAD在測試數(shù)據(jù)中的Top-1準(zhǔn)確率為83.4%，Top-3準(zhǔn)確率為95.5%，而Top-5準(zhǔn)確率達(dá)98.1%。

為了探討TOAD是否具有普適性，研究者從223家醫(yī)學(xué)中心收集了682例患者的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。在這些數(shù)據(jù)中，TOAD的Top-1準(zhǔn)確率為79.9%，Top-3準(zhǔn)確率為93.4%。

研究者采用“是否通過免疫組化(IHC)進(jìn)行診斷”來定義診斷難度。對于那些不需要IHC就能完成診斷的患者，TOAD的Top-1準(zhǔn)確率為87.4%，Top-3準(zhǔn)確率為96.7%。而對于那些需要三次或以上IHC才能完成診斷的患者，TOAD的Top-1準(zhǔn)確率為75.7%，Top-3準(zhǔn)確率為92.0%，提示就算是那些診斷困難的癌癥患者，AI依然能很好地完成預(yù)測。

研究者從152家醫(yī)學(xué)中心收集了743例患者數(shù)據(jù)，這些患者均在診療過程中的某一個時(shí)段被診斷為CUP，其中的317例患者經(jīng)歷徹底的臨床和輔助檢查之后，最終確定了腫瘤來源。研究者選擇這317例患者的切片進(jìn)行原發(fā)灶預(yù)測。

分析發(fā)現(xiàn)，TOAD對于這些數(shù)據(jù)的Top-1準(zhǔn)確率下降到60.6%，但Top-5準(zhǔn)確率仍達(dá)92.1%。表明即使是面對臨床中最難診斷的CUP患者，TOAD僅僅通過讀取病理切片，便能很好地提示縮小癌癥的可能來源。

研究結(jié)果顯示，TOAD能成為腫瘤科醫(yī)生非常好的輔助工具。在資源有限地區(qū)，TOAD能夠?yàn)槠胀[瘤患者提供很好的診斷參考，而不需進(jìn)行額外的檢查。對于那些診斷困難的腫瘤患者，TOAD也能極大地縮小診斷范圍。有了TOAD作為參考，臨床上在轉(zhuǎn)移灶溯源時(shí)不必再僅憑經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)氣，將使診療策略更具目的性，更高效地完成診療。 (編譯 趙佳加)