Изкуствен интелект определя подвида на рака по време на операция за отстраняване на мозъчен тумор

Учени от Харвардското медицинско училище създават система от изкуствен интелект, която много бързо успява да декодира ДНК на мозъчен тумор и да определи неговата молекулярна идентичност по време на операция за отстраняването му.

Алгоритъмът на невронната мрежа, наречен CHARM (Cryosection Histopathology Assessment and Review Machine), позволява на хирурзите да изберат най-добрия начин за лечение при това в реално време.

Например, казват специалистите, да решат точно колко мозъчна тъкан да отстранят или дали могат да поставят медикаменти за унищожаването на тумори директно в мозъка докато пациентът е на операционната маса.

Как изкуственият интелект диагностицира глиома

Алгоритъмът, който учените разработват, успява да разреши сериозни проблеми, свързани с всяка операция за премахване на тумори. Например, да помогне на хирурга да реши точно колко мозъчна тъкан да отстрани. Важно е, защото когато туморът не е толкова агресивен, а бъде премахнато голямо количество тъкан, това е в състояния да повлияе на когнитивните и неврологични функции на болния.

В обратния случай, когато туморът е изключително агресивен, премахването на малко може да остави от злокачествената тъкан, която ще продължи да расте и да се разпространява в организма бързо.

"Сега дори най-съвременната клинична практика не може да извърши молекулярна диагностика на туморите по време на операцията. Създаденото от нас преодолява това предизвикателство като извлича информация от изображенията на замразени туморни проби“, разяснява водещият изследването доц. Kun-Hsing Yu. Ученият пояснява, че стандартният метод, който се използва в момента от лекарите, включва вземането на мозъчна тъкан, която бива замразена, а след това се изследва под микроскоп.

Недостатъкът на този подход е, че замразяването променя външния вид на клетките и може да повлияе върху точността на оценката. А дори през мощните модерни микроскопи е трудно да бъдат открити фините геномни вариации. Подходът, създаден от екипа на Харвардското медицинско училище, преодолява точно тези недостатъци.

Инструментът CHARM

За разработването на CHARM са използвани 2334 проби от мозъчните тумори на 1524 души с глиома. При тестването той успява да разграничи тумори със специфични молекулярни мутации. Успешно класифицира три основни типа глиоми, които имат различни молекулярни характеристики. Те реагират по различен начин на леченията и дават отличаващи се една от друга прогнози за развитието на заболяването. Точността е 93%.

>>>Изкуствен интелект може да предвиди ефекта от химиотерапията при рак на гърдата

Освен това инструментът успява да улови успешно визуалните характеристики на тъканта около злокачествените клетки. Забелязва и всички издайнически зони, които са с по-голяма плътност и при които има повече клетъчна смърт в пробите, а това е знак за наличието на много по-агресивни видове глиоми.

Учените установяват още, че CARM без затруднения определя клинично важните молекулярни промени в подгрупа от глиоми с ниско качество, които не са толкова агресивни и вероятността да нахлуят в околните тъкани е много по-малка. Както разясняват от екипа, всяка от тези промени сигнализира за различна склонност към растеж, разпространение и начин за провеждане на терапията.

Наблюденията показват и още интересни подробности. Инструментът свързва външния вид на клетките – формата на ядрата им и наличието на оток около тях с молекулярния профил на тумора. Изводът е, че очевидно алгоритъмът може да определи как външният вид на клетката е свързан с молекулярния тип на тумора.

„Тази способност за оценка на по-широкия контекст около изображението прави модела по-точен и по-близък до начина, по който един патолог би оценил визуално туморна проба“, казва доц. Kun-Hsing Yu.

Докладът за работата на екипа е публикуван в списание Med.

За предимствата на метода

Със сигурност факта, че извършва молекулярна диагностика по време на операция, прави създаденият от учените алгоритъм изключително успешен и продуктивен инструмент. Според учените той ще бъде особен ценен в райони с ограничен достъп до технологии, тъй като с него ще се извърши бързо генетично секвениране на рака.

Не е за подценяване и това, че познаването на типа тумор предоставя данни за неговата агресивност, за поведението му и за начините, по които да се проведе лечението.

>>>Изкуствен интелект, наречен Sybil, открива ранните признаци на рак на белите дробове

Не на последно място, уточняват създателите на CHARM, новият инструмент прави диагнози по време на операцията, които са съобразени напълно с актуализираната наскоро класификационна система на

Световната здравна организация за диагностициране и класифициране на тежестта на глиомите. Изискването е подобен вид диагнози да бъдат правени въз основа на геномния профил на тумора.

Ръководителят на проучването доц. Kun-Hsing Yu е убеден, че създаденият от тях инструмент ще даде тласък напред в развитието на прецизната онкология в реално време.

Бъдещето на CHARM

Предстои CHARM да бъде валидиран клинично, което ще стане след тестването му в реални условия.

Следва и одобрението му от Агенцията за контрол на храните и лекарствата в САЩ (FDA). След това той ще бъде предоставен за използване в болниците. CHARM е достъпен за всички други изследователи, които се интересуват от него и възможностите му.

Моделът е обучен и тестван върху проби от глиоми, но успешно може да се промени за други видове рак.

Екипът вече е проектирал модели на изкуствения интелект за рак на дебелото черво, на белия дроб и гърдата. Както поясняват обаче учените от Харвард, глиомите остават най-голямото предизвикателство за тях. Причината се крие в тяхната молекулярна сложност и огромните вариации във формата и външния вид на туморните клетки.

CHARM трябва постоянно да се обновява, за да бъде в състояние да отразява новите класификации на болестите. Или както подчертава доц. Kun-Hsing Yu: „Подобно на лекарите, които трябва постоянно да се обучават и образоват, инструментите на изкуствения интелект трябва да са в крак с най-новите знание, за да бъдат наистина полезни.“