Detekce mozkového nádoru pomocí AI analýzy výsledků krevních testů

Výzkumníci spojení s University of Strathclyde v Glasgow patentovali metodu analýzy krevních vzorků pro detekci mozkového nádoru. Výzkumníci z ClinSpec Diagnostics Limited kombinovali spektroskopii a algoritmy AI pro detekci mozkového nádoru na základě krevních biopsií. Podle zprávy na Psychology Today byla studie最近 publikována v časopise Nature Communications a podle výzkumného týmu představuje tato práce významný pokrok ve využívání klinické spektroskopie a AI.

Výzkum prezentovaný ve studii by mohl usnadnit a zjednodušit detekci mozkového nádoru. Často se vyskytující bolesti hlavy mohou být příznakem mozkového nádoru, ale i když bolesti hlavy jsou velmi časté, mozkový nádor není. Klinici potřebují lepší metodu pro rozlišení, které bolesti hlavy jsou důvodem k obavám a které jsou více benigní. Lékaři musí být schopni provést some formu triáže a snížit čas a zdroje investované do diagnostiky mozkového nádoru pomocí drahých mozkových zobrazovacích skenů. Pokud by jednoduchý krevní test mohl poskytnout klinickým pracovníkům spolehlivé informace, které by jim pomohly diagnostikovat případy mozkového nádoru, mohly by být zachráněny životy.

Právě z tohoto důvodu se výzkumníci z ClinSpec snažili vyvinout algoritmus, který by pomohl lékařům rozlišovat mezi případy možného mozkového nádoru a jinými příčinami bolestí hlavy.

Jednou z běžných metod detekce nemocí, jako je rakovina, je tekutá biopsie, tj. biopsie tekutin těla místo tkáňových vzorků. Trh s tekutou biopsií rychle roste a dosáhl odhadované velikosti 2,4 miliardy dolarů podle výzkumu BC Research LLC. Tekutá biopsie se osvědčila jako efektivní metoda pro detekci známek rakoviny, protože je schopna detekovat volně cirkulující tumorové DNA, nebo ctDNA, a cirkulující tumorové buňky, nebo CTC. Nicméně, výzkumníci z ClinSpec použili jinou metodu analýzy, a to spektroskopii krevních vzorků pro nalezení biochemických markerů indikujících rakovinu.

Spektroskopie je proces, který využívá elektromagnetické záření pro nalezení určitých cílených chemických složek. Světlo se rozděluje na složené elektromagnetické frekvence a tyto frekvence reagují odlišně s různými chemikáliemi. Tým výzkumníků z ClinSpec použil infračervené světlo pro vytvoření reprezentací krevních vzorků, techniku nazvanou attenuated total reflection (ATR)-Fourier transform infrared (FTIR) spektroskopie. Výzkumný tým uvedl, že tato technika je neinvazivní a netrvá dlouho a spolehlivě vytváří biochemický profil vzorku bez potřeby rozsáhlé přípravy vzorku. Reprezentace krevních vzorků mohly být poté analyzovány na anomálie a zkontrolovány na možné známky rakoviny.

Pro analýzu dat byl použit support vector machine pro vytvoření klasifikačního modelu. Support vector machine se používají pro klasifikaci a regresní analýzu a fungují tak, že vytvářejí rozhodovací hranice, nebo čáry, které dělí datové sady na více tříd. Algoritmus se snaží maximalizovat vzdálenost mezi dělící čárou a datovými body na obou stranách čáry a čím větší je vzdálenost, tím více je klasifikátor jistý.

Výzkumný tým uvedl, že jejich metoda analýzy krevních vzorků byla schopna účinně rozlišovat vzorky rakoviny od vzorků bez rakoviny. Bylo dosaženo senzitivitní hodnoty 93,2 % a specificity 92,8 %. Podle MDDI Online výzkumníci uvádějí, že při analýze vzorků od 104 různých pacientů byla jejich metoda AI asistované analýzy schopna rozlišovat zdravé pacienty od pacientů s rakovinou přibližně 86 % času.

Výzkumníci ve studii uvedli:

„Tato práce představuje krok v překladu ATR-FTIR spektroskopie do klinické praxe. Tento krok směrem k high-throughput analýze má důsledky v oblasti IR spektroskopie i v klinickém prostředí. Analýza krevní séra pomocí této techniky by se ideálně hodila do klinické cesty jako triážní nástroj pro mozkový nádor.”