阿爾茨海默癥，又稱(chēng)老年癡呆癥，不僅給患者帶來(lái)痛苦，也會(huì)給患者的家庭造成困擾。目前阿爾茲海默癥并沒(méi)有治愈的方法，但是近期，來(lái)自加州大學(xué)舊金山分校的醫(yī)學(xué)博士Jae Ho Sohn利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，應(yīng)用于PET掃描，能夠在確診前6年做出診斷，準(zhǔn)確率高達(dá)98%。

研究人員利用一種常見(jiàn)的腦部掃描編寫(xiě)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)算法，在確診出早期阿爾茨海默癥(Alzheimer 's disease，又稱(chēng)老年癡呆癥)前大約6年前就可以做出診斷，這可能會(huì)給醫(yī)生提供一個(gè)干預(yù)治療的機(jī)會(huì)。

目前還沒(méi)有治愈阿爾茨海默癥的方法，但近年來(lái)出現(xiàn)的藥物有希望阻止病情的發(fā)展，而且這些治療必須在疾病的早期進(jìn)行。這場(chǎng)“與時(shí)間賽跑的比賽”激發(fā)了科學(xué)家們尋找早期診斷病情的方法。

加州大學(xué)舊金山分校放射學(xué)和生物醫(yī)學(xué)成像系醫(yī)學(xué)博士Jae Ho Sohn說(shuō)：“阿爾茨海默癥的一個(gè)難點(diǎn)是，當(dāng)所有的臨床癥狀出現(xiàn)并且我們可以做出明確診斷的時(shí)候，太多的神經(jīng)元已經(jīng)死亡，而且基本上不可逆轉(zhuǎn)。”

對(duì)阿爾茨海默氏癥患者大腦的PET掃描

機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于PET掃描，全局監(jiān)測(cè)大腦細(xì)微變化

在最近發(fā)表在《放射學(xué)》(Radiology)雜志上的一項(xiàng)研究中，Sohn將神經(jīng)成像與機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合起來(lái)，試圖預(yù)測(cè)患者在首次出現(xiàn)記憶障礙時(shí)是否會(huì)患上阿爾茨海默癥——這是進(jìn)行干預(yù)的最佳時(shí)機(jī)。

正電子發(fā)射斷層掃描(PET)是一種測(cè)量大腦中特定分子(如葡萄糖)水平的掃描技術(shù)，已被當(dāng)做一種研究工具，可以在癥狀變得嚴(yán)重之前，幫助診斷阿爾茨海默癥。

其他類(lèi)型的PET掃描主要是尋找與阿爾茨海默病相關(guān)的蛋白質(zhì)，但葡萄糖PET掃描更常見(jiàn)、更便宜，尤其是在較小的醫(yī)療機(jī)構(gòu)和發(fā)展中國(guó)家，因?yàn)樗鼈円灿糜诎┌Y分期。

放射科醫(yī)生利用這些掃描來(lái)檢測(cè)阿爾茨海默氏癥，主要是尋找整個(gè)大腦，尤其是大腦額葉和頂葉的葡萄糖水平降低的情況。然而，由于該病是一種慢性疾病，葡萄糖的變化非常細(xì)微，很難用肉眼發(fā)現(xiàn)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Sohn將機(jī)器學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于PET掃描，使得早期阿爾茨海默癥的診斷更加可靠。

Sohn說(shuō)：“這是深度學(xué)習(xí)的理想應(yīng)用，因?yàn)樗趯ふ曳浅Ｎ⒚畹稚⒌倪^(guò)程方面特別強(qiáng)大。 人類(lèi)放射科醫(yī)生非常擅長(zhǎng)識(shí)別像腦腫瘤這樣的微小病灶，但我們很難發(fā)現(xiàn)更緩慢的全局變化。”

預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率高達(dá)98%，下一步著眼更多樣化樣本

為了訓(xùn)練算法，Sohn從阿爾茨海默癥神經(jīng)成像計(jì)劃(ADNI)中獲取了大量圖像。ADNI是一個(gè)龐大的公共數(shù)據(jù)集，收集了最終被診斷患有阿爾茨海默癥、輕度認(rèn)知障礙或無(wú)障礙患者的PET掃描數(shù)據(jù)。

最終，該算法開(kāi)始自主學(xué)習(xí)哪些特征對(duì)于預(yù)測(cè)阿爾茨海默癥的診斷是重要的，哪些不是。

阿爾茨海默癥患者的大腦(左)與未患此病的患者的大腦進(jìn)行比較。

一旦算法在1921次掃描中進(jìn)行了訓(xùn)練，科學(xué)家們就會(huì)在兩個(gè)新的數(shù)據(jù)集上對(duì)其進(jìn)行測(cè)試，以評(píng)估其性能。第一個(gè)是來(lái)自同一ADNI數(shù)據(jù)庫(kù)的188張圖片，但尚未提交給算法。 第二個(gè)是來(lái)自40名患者的全新掃描，他們被送到加州大學(xué)舊金山分校的記憶與衰老中心，可能患有認(rèn)知障礙。

算法的執(zhí)行效果很好。在第一次測(cè)試中，有92%的患者患上了老年癡呆癥，而在第二次測(cè)試中有98%的患者患上了老年癡呆癥。更重要的是，在患者接受最終診斷之前，它平均預(yù)測(cè)了75.8個(gè)月 ，略多于6年。

Sohn說(shuō)，下一步的計(jì)劃是在來(lái)自不同醫(yī)院和國(guó)家的更大、更多樣化的數(shù)據(jù)集上測(cè)試并校準(zhǔn)算法。

他說(shuō)：“我相信這種算法具有很強(qiáng)的臨床相關(guān)性。然而，在我們能夠做到這一點(diǎn)之前，我們需要在更大、更多樣化的患者群體中驗(yàn)證和校準(zhǔn)算法，理想情況下，患者群體來(lái)自不同的大洲和不同類(lèi)型的環(huán)境?！?/p>

Sohn認(rèn)為，如果這種算法能夠經(jīng)受住這些測(cè)試，那么當(dāng)神經(jīng)學(xué)家在記憶診所看到病人時(shí)，就可以將其作為阿爾茨海默癥的預(yù)測(cè)和診斷工具，幫助病人更快地得到他們需要的治療。