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)舊金山分校的醫學(xué)博士Jae Ho Sohn利用機器學(xué)習方法，應用于PET掃描，能夠在確診前6年做出診斷，準確率高達98%。

研究人員利用一種常見(jiàn)的腦部掃描編寫(xiě)了一種機器學(xué)習算法，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 )給醫生提供一個(gè)干預治療的機會(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)和生物醫學(xué)成像系醫學(xué)博士Jae Ho Sohn說(shuō)：“阿爾茨海默癥的一個(gè)難點(diǎn)是，當所有的臨床癥狀出現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?！?/span>

機器學(xué)習應用于PET掃描，全局監測大腦細微變化

在最近發(fā)表在《放射學(xué)》(Radiology)雜志上的一項研究中，Sohn將神經(jīng)成像與機器學(xué)習結合起來(lái)，試圖預測患者在首次出現記憶障礙時(shí)是否會(huì )患上阿爾茨海默癥——這是進(jìn)行干預的最佳時(shí)機。

正電子發(fā)射斷層掃描(PET)是一種測量大腦中特定分子(如葡萄糖)水平的掃描技術(shù)，已被當做一種研究工具，可以在癥狀變得嚴重之前，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，尤其是在較小的醫療機構和發(fā)展中國家，因為它們也用于癌癥分期。

放射科醫生利用這些掃描來(lái)檢測阿爾茨海默氏癥，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微，很難用肉眼發(fā)現。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，Sohn將機器學(xué)習算法應用于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)習的理想應用，因為它在尋找非常微妙但分散的過(guò)程方面特別強大。 人類(lèi)放射科醫生非常擅長(cháng)識別像腦腫瘤這樣的微小病灶，但我們很難發(fā)現更緩慢的全局變化?！?/span>

預測準確率高達98%，下一步著(zhù)眼更多樣化樣本

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

最終，該算法開(kāi)始自主學(xué)習哪些特征對于預測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)行了訓練，科學(xué)家們就會(huì )在兩個(gè)新的數據集上對其進(jìn)行測試，以評估其性能。 第一個(gè)是來(lái)自同一ADNI數據庫的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，可能患有認知障礙。

算法的執行效果很好。在第一次測試中，有92%的患者患上了老年癡呆癥，而在第二次測試中有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，它平均預測了75.8個(gè)月 ，略多于6年。

Sohn說(shuō)，下一步的計劃是在來(lái)自不同醫院和國家的更大、更多樣化的數據集上測試并校準算法。

他說(shuō)：“我相信這種算法具有很強的臨床相關(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證和校準算法，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?！?/span>

Sohn認為，如果這種算法能夠經(jīng)受住這些測試，那么當神經(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測和診斷工具，幫助病人更快地得到他們需要的治療。

原文鏈接：

https://www.ucsf.edu/news/2018/12/412946/artificial-intelligence-can-detect-alzheimers-disease-brain-scans-six-years