Un nou sistem bazat pe inteligență artificială poate să identifice cu mare precizie peste 100 de tipuri de tumori ale sistemului nervos central, în doar câteva minute, folosind probe de țesut analizate deja în spitale. Dacă rezultatele vor fi confirmate la scară largă, noua tehnologie ar putea reduce dramatic timpul de diagnostic și ar putea face accesibile investigații avansate, inclusiv în regiunile cu resurse medicale limitate.
Un nou studiu, publicat ieri în prestigioasa revistă Nature Cancer, dezvăluie performanțele sistemului „Hetairos”, dezvoltat de cercetători de la Centrul German de Cercetare a Cancerului (DKFZ) și de la Universitatea din Heidelberg.
Testele costisitoare, care durează săptămâni, ar putea deveni istorie
În prezent, multe tumori ale creierului și măduvei spinării nu mai pot fi diagnosticate corect doar prin examinarea lor la microscop. Medicii au nevoie și de informații moleculare, iar una dintre cele mai importante metode pentru o identificare corectă este analiza metilării ADN-ului, considerată standardul de aur pentru clasificarea precisă a numeroase tumori cerebrale.
Problema este că aceste investigații, pe lângă faptul că sunt costisitoare, necesită și laboratoare specializate, și echipamente performante, iar rezultatele apar în general după aproximativ două săptămâni. În plus, multe țări nici măcar nu dispun de tehnologia necesară.
Noua soluție propusă de cercetătorii germani promite să schimbe radical această situație.
Pentru dezvoltarea Hetairos, cercetătorii au folosit peste 11.000 de secțiuni de țesut digitalizate provenite de la peste 9.600 de pacienți, datele fiind colectate din 11 centre medicale de specialitate aflate pe patru continente.
Concret, noul instrument AI a fost antrenat să recunoască tipare invizibile ochiului uman și să le asocieze cu diagnostice stabilite anterior prin metode moleculare complexe.
Iar rezultatul este impresionant: Hetairos poate diferenția 102 subtipuri moleculare distincte de tumori, acoperind aproape întreaga clasificare actuală a Organizației Mondiale a Sănătății (OMS) pentru tumorile sistemului nervos central.
Mai mult, algoritmul AI nu oferă doar un diagnostic, ci și un grad de încredere pentru fiecare predicție. În aproximativ 50% până la 70% dintre cazuri, sistemul a emis diagnostice cu un nivel ridicat de certitudine, iar acuratețea a ajuns la 88%.
Chiar și atunci când nu este complet sigur de rezultat, Hetairos reușește să reducă drastic lista posibilităților. Astfel că, în loc să ia în calcul peste 100 de subtipuri tumorale, medicii primesc doar câteva variante probabile, ceea ce poate orienta rapid investigațiile suplimentare.
„Studiul arată că inteligența artificială este capabilă să extragă informații moleculare direct din secțiuni de țesut analizate de rutină și să schimbe fundamental diagnosticul cancerului”, a declarat Darui Jin, unul dintre autorii principali ai cercetării.
AI-ul a depășit specialiști cu experiență
Una dintre cele mai spectaculoase concluzii ale studiului vine din comparația dintre algoritm și experți.
Cinci neuropatologi experimentați din centre internaționale au primit 210 cazuri și au fost rugați să stabilească diagnosticul doar pe baza imaginilor histologice. Autorii cercetării au constatat că Hetairos a avut o acuratețe de 68%, în timp ce media specialiștilor a fost de numai 30%.
Diferențele au rămas semnificative și atunci când au fost luate în calcul primele trei diagnostice probabile pentru fiecare caz. Inteligența artificială a atins o precizie de 84%, în timp ce medicii au ajuns la aproximativ 50%.
„Rezultatele arată că sistemele moderne de inteligență artificială sunt acum capabile să recunoască modele morfologice extrem de subtile, greu de diferențiat chiar și pentru specialiști foarte experimentați”, a explicat neuropatologul Felix Sahm, de la Facultatea de Medicină a Universității din Heidelberg.
Cercetătorii admit însă că încă există unele limite. Tumorile foarte rare continuă să reprezinte o provocare pentru algoritm, iar în aceste situații experiența medicilor rămâne esențială.
„În prezent, diagnosticul tipurilor foarte rare de tumori încă reprezintă o provocare majoră pentru Hetairos. Din acest punct de vedere, neuropatologii cu experiență par să fie cel puțin la egalitate. Totuși, ne așteptăm ca performanța sistemului să se îmbunătățească și mai mult cu seturi de date mai mari și mai diverse”, a declarat cercetătorul Moritz Gerstung.
Tratamentul poate începe în două zile
Reducerea considerabilă a timpului necesar pentru diagnostic este, probabil, cel mai spectaculos rezultat al studiului.
În cadrul unei evaluări desfășurate în condiții clinice reale, în care algoritmul AI a fost utilizat în paralel cu procedurile standard folosite în spitale, Hetairos a analizat 210 probe tumorale (fără ca rezultatul AI să influențeze diagnosticul sau decizia reală de tratament), iar diferențele au fost semnificative.
Mai exact, în timp ce diagnosticul molecular complet a necesitat în medie aproximativ 12 zile, sistemul bazat pe inteligență artificială a generat rezultatele în numai 12 minute după digitalizarea preparatelor histologice. Luând în calcul și pregătirea probelor, rezultatele ar putea fi disponibile în multe situații într-un interval de 24 - 48 de ore.
Pentru pacienți, această diferență poate însemna începerea mult mai rapidă a tratamentului și reducerea perioadelor de incertitudine care urmează descoperirii unei tumori.
Soluție pentru spitalele fără laboratoare performante
Autorii studiului subliniază că Hetairos nu este conceput pentru a înlocui metodele moleculare consacrate, ci pentru a le completa și accelera.
„Am dezvoltat Hetairos în primul rând ca instrument de sprijin pentru diagnostic. Nu este destinat să înlocuiască analizele moleculare, ci să le completeze și să le accelereze în mod țintit”, a explicat Felix Sahm.
Tehnologia ar putea avea un impact major în țările unde accesul la laboratoare performante este limitat, deoarece sistemul utilizează secțiuni standard de țesut, pregătite deja în majoritatea spitalelor din lume, fără a necesita infrastructură suplimentară costisitoare.
Există, de asemenea, și un avantaj economic important. În timp ce o analiză de metilare ADN poate costa câteva sute de euro, Hetairos funcționează pe baza probelor deja existente.
„Hetairos demonstrează potențialul enorm al patologiei digitale asistate de inteligență artificială de a furniza metode rapide și larg accesibile de diagnostic, care până acum erau posibile doar printr-un efort tehnic considerabil”, a declarat cercetătorul Moritz Gerstung.
Dacă rezultatele vor fi confirmate și implementate la scară globală, această tehnologie ar putea revoluționa diagnosticul neuro-oncologic, reducând timpul de așteptare de la câteva săptămâni la câteva minute și aducând expertiza medicală avansată mai aproape de spitalele din întreaga lume.