Un sistem de inteligență artificială revoluționar în clasificarea tumorilor cerebrale
Experți din Heidelberg au dezvoltat un sistem de inteligență artificială capabil să clasifice tumorile cerebrale cu o precizie fără precedent, utilizând secțiuni tisulare microscopice standard.
Sistemul, denumit „Hetairos”, folosește secțiuni tisulare digitizate și identifică peste 100 de subtipuri moleculare ale tumorilor sistemului nervos central. Acesta oferă rezultate în doar câteva minute și ar putea accelera diagnosticul tumorilor cerebrale la nivel global.
Tipurile de tumori ale creierului și măduvei spinării sunt extrem de diverse. În ultimii ani, s-a constatat că multe dintre aceste tumori pot fi diagnosticate corect doar prin analiza proprietăților lor moleculare, pe lângă aspectul microscopic. Analiza metilării ADN-ului este deosebit de importantă, fiind acum considerată standardul de aur pentru clasificarea precisă a multor tumori cerebrale.
Cu toate acestea, aceste teste sunt complexe: necesită laboratoare specializate, echipamente costisitoare și o cantitate suficientă de material tumoral. În plus, rezultatele durează, de obicei, aproximativ două săptămâni pentru a fi disponibile. În multe regiuni ale lumii, tehnologiile necesare nu sunt nici măcar disponibile.
Hetairos promite îmbunătățiri substanțiale. A fost dezvoltat de o echipă condusă de Moritz Gerstung și Felix Sahm. Scopul proiectului a fost de a prezice la ce subgrup molecular aparține o tumoră, bazându-se exclusiv pe secțiuni histologice preparate și colorate în mod obișnuit.
Sistemul a fost antrenat și validat folosind peste 11.000 de secțiuni tisulare digitizate de la 9.606 pacienți, iar diagnosticele au fost stabilite în principal prin diagnostice de metilare ADN. Datele au fost obținute din unsprezece centre medicale de pe patru continente. În total, Hetairos distinge 102 subtipuri moleculare tumorale diferite, acoperind aproape întregul spectru al clasificării tumorilor sistemului nervos central conform OMS.
AI-ul nu doar evaluează diagnosticul său, ci indică și cât de încrezător este în acesta. În aproximativ 50 până la 70 la sută din cazuri, Hetairos a făcut predicții cu un grad ridicat de certitudine, iar în aceste cazuri, acuratețea a fost de aproximativ 87-88%. Chiar și atunci când AI-ul nu era sigur, de obicei reușea să restrângă semnificativ numărul de diagnostice posibile.
În loc să fie necesar să distingă între mai mult de o sută de subtipuri tumorale, Hetairos le oferă adesea neuropatologilor doar câțiva candidați probabili. Aceasta poate simplifica semnificativ selecția testelor diagnostice suplimentare.
Studiul demonstrează că inteligența artificială este capabilă să derive informații moleculare direct din secțiuni tisulare de rutină, schimbând astfel fundamental diagnosticul cancerului.
Hetairos a depășit performanțele specialiștilor experimentați. O comparație directă cu cinci neuropatologi experimentați din diverse centre internaționale a arătat că, în 210 cazuri, Hetairos a obținut un grad de acuratețe de 68%, în timp ce specialiștii au avut o medie de 30%. Când au fost luate în considerare cele mai probabile trei diagnostice pentru fiecare caz, AI-ul a obținut 84%, iar specialiștii aproximativ 50%.
„Rezultatele arată că sistemele moderne de AI sunt acum capabile să recunoască modele morfologice extrem de subtile, care sunt dificile chiar și pentru specialiștii experimentați”, afirmă Felix Sahm.
„În prezent, diagnosticul tipurilor foarte rare de tumori rămâne o provocare majoră pentru Hetairos; în această privință, neuropatologii experimentați par să fie cel puțin la același nivel. Totuși, ne așteptăm ca performanța sistemului să se îmbunătățească și mai mult cu seturi de date mai mari și mai diverse”, adaugă Moritz Gerstung.
În cadrul unui studiu prospectiv, Hetairos a fost utilizat în paralel cu practica clinică de rutină. Sistemul a analizat 210 probe tumorale fără ca rezultatul AI-ului să influențeze diagnosticul sau decizia de tratament efectivă.
În timp ce diagnosticele moleculare complete au durat în medie aproximativ douăsprezece zile, Hetairos a generat rezultatele în doar douăsprezece minute pe un hardware standard. Incluzând pregătirea și digitizarea secțiunilor tisulare, rezultatele puteau fi disponibile adesea în termen de 24 de ore până la două zile.
Hetairos ar putea fi deosebit de valoros în situațiile în care metodele moleculare tradiționale își ating limitele, când materialul tumoral pentru testarea genetică este insuficient sau când testele moleculare nu oferă rezultate clare. De asemenea, sistemul evidențiază zonele din secțiunea tisulară care au fost deosebit de importante pentru decizia sa. Acest lucru permite medicilor să înțeleagă baza diagnosticului AI-ului și să identifice regiunile care ar putea fi potrivite pentru investigații suplimentare.
„Am dezvoltat Hetairos în principal ca un instrument pentru a sprijini diagnosticul”, explică neuropatologul Felix Sahm. „Nu este destinat să înlocuiască analizele moleculare, ci mai degrabă să le completeze și să le accelereze. Tehnologia ar putea aduce o contribuție importantă, în special în țările sau regiunile cu resurse limitate, deoarece se bazează pe secțiuni tisulare standard utilizate la nivel mondial.”
Metoda ar putea oferi și avantaje economice. În timp ce o analiză de metilare ADN costă de obicei câteva sute de euro, Hetairos utilizează secțiuni tisulare existente pentru analiza sa.
Moritz Gerstung confirmă: „Hetairos demonstrează potențialul enorm al patologiei digitale susținute de AI pentru a oferi metode de diagnostic rapid și larg accesibile, care înainte erau posibile doar cu un efort tehnic considerabil.”
