人工智能 (AI) 是全球范圍內(nèi)日益增長的趨勢。許多高科技行業(yè)正在采用人工智能，目的是讓行業(yè)受益，無論是時(shí)間、金錢還是準(zhǔn)確性方面的利益。人工智能正在成為化學(xué)和制藥科學(xué)不可或缺的一部分。一方面，你有人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為公司提供設(shè)計(jì)和合成新藥的方法。另一方面，機(jī)器學(xué)習(xí)算法提供了一種以更高的準(zhǔn)確度檢測患者體內(nèi)癌細(xì)胞的方法。我們在這里談?wù)摵笳摺?/p>

現(xiàn)代癌癥檢測方法

多年來，科學(xué)家們使用了許多方法來測試和觀察癌癥，但顯微鏡和其他成像技術(shù)一直是一些關(guān)鍵方法。科學(xué)家在沒有任何計(jì)算機(jī)幫助的情況下在顯微鏡下觀察并得出結(jié)論的日子已經(jīng)一去不復(fù)返了。近年來，許多計(jì)算機(jī)軟件程序使科學(xué)家能夠觀察成像樣本（包括細(xì)胞）的形狀、大小和形態(tài)。然而，許多這些程序仍然需要人工輸入來表征興趣點(diǎn)（在本例中為癌細(xì)胞）的起始位置和停止位置。這些成像方法專為一系列分析設(shè)備而設(shè)計(jì)，從簡單的實(shí)驗(yàn)室臺式顯微鏡到 MRI 掃描儀。

因此，雖然有有效的癌癥診斷方法——這就是為什么人類作為一個(gè)整體在識別和理解這種疾病方面變得更好——但這些方法中的大多數(shù)仍然容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤。即使是一個(gè)小錯(cuò)誤也可能導(dǎo)致誤診。機(jī)器學(xué)習(xí)是最近幾年出現(xiàn)的一種潛在解決方案。迄今為止，結(jié)果表明能夠分析成像樣本并高度準(zhǔn)確地查明癌細(xì)胞的存在。

幾種化學(xué)傳感器可以檢測患者是否患有癌癥。雖然臨床醫(yī)生可以檢查患者血液中的特定生物標(biāo)志物，但生物樣本本身就很復(fù)雜。雖然測試可以檢測特定的生物標(biāo)志物，但生物樣本本身就很復(fù)雜，對人體生物體液的分析有時(shí)會產(chǎn)生容易出錯(cuò)的結(jié)果。因此，臨床醫(yī)生可以將機(jī)器學(xué)習(xí)算法與早期預(yù)警化學(xué)測試結(jié)合使用，以消除測試的“噪音”并分析感興趣的數(shù)據(jù)點(diǎn)，以確定患者是否患有癌癥。

癌細(xì)胞特征

癌細(xì)胞表現(xiàn)出某些區(qū)別于健康細(xì)胞的特征。這些特征通常是確定患者是否患有癌癥的一種方式，以及患者患有疾病時(shí)血液中存在的特定生物標(biāo)志物。特別是從成像的角度來看，健康細(xì)胞和癌細(xì)胞的物理特征是從物理上判斷患者是否患有癌癥的一種更簡單的方法。

例如，相同類型的正常健康細(xì)胞往往具有相同的形狀和大小——通常本質(zhì)上是球形/橢圓形，除非它們是特化細(xì)胞——癌細(xì)胞往往具有截然不同（即更隨機(jī)）的形狀和大小，它可以突出更健康的細(xì)胞。此外，在健康的細(xì)胞系統(tǒng)中，細(xì)胞的分裂往往是受控的，細(xì)胞的排列是有組織的。另一方面，癌細(xì)胞分裂的速度要快得多，而且往往非常雜亂無章。

癌細(xì)胞具有的另一個(gè)特征是它們往往具有大的、形狀可變的細(xì)胞核，而健康細(xì)胞只有一個(gè)小的、形狀規(guī)則的細(xì)胞核。此外，癌細(xì)胞內(nèi)往往會丟失一些特征——這就是它們危險(xiǎn)的原因，因?yàn)檫@種特征的丟失是癌細(xì)胞無法像健康細(xì)胞一樣執(zhí)行特定功能的原因。只要軟件有足夠的數(shù)據(jù)，機(jī)器學(xué)習(xí)算法就可以使用、分析和比較健康細(xì)胞和癌細(xì)胞的所有這些差異和特征。

將機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用于癌癥成像

機(jī)器學(xué)習(xí)算法提供了一種更好地分析癌細(xì)胞并確定患者體內(nèi)是否存在癌細(xì)胞的方法。機(jī)器學(xué)習(xí)算法的工作原理是獲取歷史數(shù)據(jù)并將其與當(dāng)前分析的數(shù)據(jù)相匹配。將歷史數(shù)據(jù)與新數(shù)據(jù)進(jìn)行比較的能力使算法能夠檢測系統(tǒng)是否正?！诒纠袨榻】导?xì)胞——或者是否存在異?！窗┘?xì)胞。

為此，機(jī)器學(xué)習(xí)算法需要從以前的研究中獲取數(shù)據(jù)，其中包括癌細(xì)胞和健康細(xì)胞的不同大小、形狀和表面形態(tài)。通過這樣做，算法可以快速輕松地識別圖像中哪些細(xì)胞是健康的，哪些細(xì)胞可能是癌變的。通過提供分析細(xì)胞的準(zhǔn)確和統(tǒng)計(jì)方法，算法在確定細(xì)胞是否確實(shí)癌變或是否需要進(jìn)行進(jìn)一步測試以確認(rèn)一個(gè)人是否患有癌癥時(shí)減少了人為錯(cuò)誤。

早期預(yù)警護(hù)理點(diǎn)設(shè)備

但機(jī)器學(xué)習(xí)可以幫助癌癥診斷的不僅僅是成像方法。近年來，已經(jīng)創(chuàng)建了許多早期預(yù)警床旁設(shè)備，可以更早地檢測出患者是否患有癌癥。許多這些設(shè)備都基于微流體系統(tǒng)，其中內(nèi)部涂有特定的表面受體/功能化，這些受體會附著在任何癌細(xì)胞上。因此，受體確實(shí)需要針對所針對的癌癥，但這些系統(tǒng)本質(zhì)上充當(dāng)一系列護(hù)理點(diǎn)納米傳感器，可以提供早期預(yù)警信號，使臨床醫(yī)生能夠更早地治療疾病，并在轉(zhuǎn)，增加生存的機(jī)會。

那么，機(jī)器學(xué)習(xí)從何而來？可以從這些平臺（以及一般的化學(xué)測試）收集相當(dāng)多的數(shù)據(jù)。試圖找出不同數(shù)據(jù)集之間的趨勢以提供準(zhǔn)確的診斷并不是最簡單的任務(wù)——因?yàn)檫@些趨勢的范圍從細(xì)胞的大小和形態(tài)到基因表達(dá)以及細(xì)胞群內(nèi)的生長/分裂程度。

床旁設(shè)備可以與成像方法相結(jié)合，從化學(xué)角度分析數(shù)據(jù)，并在分析樣本的同時(shí)對樣本進(jìn)行成像。因此，通過將圖像分割成切片，并使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，上述原理得以實(shí)現(xiàn)關(guān)于破譯健康細(xì)胞和癌細(xì)胞之間差異的方法也可以應(yīng)用于某些即時(shí)醫(yī)療設(shè)備。因此，未來有可能結(jié)合化學(xué)和影像診斷方法來創(chuàng)建能夠提供定量和定性分析的平臺。

機(jī)器學(xué)習(xí)是癌癥診斷的未來嗎？

機(jī)器學(xué)習(xí)是癌癥診斷的未來嗎？這是一個(gè)開放式問題，在這個(gè)階段有一個(gè)開放式答案。機(jī)器學(xué)習(xí)和其他 AI 算法引起了極大的興趣和工作，整個(gè)醫(yī)療和制藥行業(yè)都對此感興趣。機(jī)器學(xué)習(xí)在未來的癌癥診斷中具有廣闊的前景，因?yàn)樗鼘瘜W(xué)測試和成像方面都有好處。范圍很廣，機(jī)器學(xué)習(xí)在臨床層面上可能在一個(gè)領(lǐng)域比另一個(gè)領(lǐng)域更有用。

機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能算法的使用雖然在不斷增長，但仍處于起步階段。盡管許多部門開始更多地采用它，但由于圍繞誤診和患者福利的潛在問題，醫(yī)學(xué)界必須更多地審查技術(shù)。然而，有一種對癌癥和其他疾病進(jìn)行更準(zhǔn)確分析的動力。機(jī)器學(xué)習(xí)提供了這方面的潛力和消除人類偏見的好處。

顯然，醫(yī)學(xué)診斷還需要考慮倫理方面的問題，人工智能方法可能仍需要訓(xùn)練有素的臨床醫(yī)生的人工輸入來確認(rèn)結(jié)果。否則，如果出現(xiàn)誤診或軟件問題，任何類型的技術(shù)都可能發(fā)生這種情況。雖然醫(yī)療技術(shù)可能會失敗，但在大多數(shù)臨床環(huán)境中通常會有人工支持來糾正錯(cuò)誤。因此，盡管機(jī)器學(xué)習(xí)可以提供所有分析，但從倫理的角度來看，可能仍然需要人工輸入。

如果我們能夠處理倫理方面的考慮，并且使算法準(zhǔn)確可靠，那么我們就沒有理由看不到機(jī)器學(xué)習(xí)在未來以某種形式被用于癌癥診斷。但是，只有時(shí)間才能證明醫(yī)療專業(yè)人員在腫瘤學(xué)和更廣泛的臨床環(huán)境中采用 AI 的程度。

利亞姆·克里奇利 ( Liam Critchley ) 是一名作家、記者和傳播者，專門研究化學(xué)和納米技術(shù)以及分子水平的基本原理如何應(yīng)用于許多不同的應(yīng)用領(lǐng)域。利亞姆最出名的可能是他的信息豐富的方法以及向科學(xué)家和非科學(xué)家解釋復(fù)雜的科學(xué)主題。Liam 在與化學(xué)和納米技術(shù)交叉的各個(gè)科學(xué)領(lǐng)域和行業(yè)發(fā)表了 350 多篇文章。

Liam 是歐洲納米技術(shù)工業(yè)協(xié)會 (NIA) 的高級科學(xué)傳播官，過去幾年一直在為全球的公司、協(xié)會和媒體網(wǎng)站撰稿。在成為一名作家之前，利亞姆完成了化學(xué)與納米技術(shù)和化學(xué)工程的碩士學(xué)位。

除了寫作之外，利亞姆還是美國國家石墨烯協(xié)會 (NGA)、全球組織納米技術(shù)世界網(wǎng)絡(luò) (NWN) 的顧問委員會成員，以及英國科學(xué)慈善機(jī)構(gòu) GlamSci 的董事會成員。Liam 還是英國納米醫(yī)學(xué)學(xué)會 (BSNM) 和國際先進(jìn)材料協(xié)會 (IAAM) 的成員，以及多個(gè)學(xué)術(shù)期刊的同行評審員。

審核編輯黃宇