Sobota 22. ledna 2022, svátek má Slavomír
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Sobota 22. ledna 2022 Slavomír

Automat Googlu najde rakovinu prsu lépe než lékař. Má to však háček

Umělá inteligence z dílny Googlu dokázala detekovat rakovinu lépe než vybraní radiologové. Úspěšnost vytrénovaného automatu byla srovnatelná s úsudkem dvou lékařů. Studie předvedla potenciál, ale v žádném případě neprokázala nahrazení lékařů počítačem. Ukazuje se však, jak mohou stroje v budoucnu asistovat při diagnóze.

Google předvedl automatickou detekci rakoviny prsu pomocí strojového učení, úspěšností předčil vybrané radiology | foto: montáž: Pavel Kasík, Technet.czProfimedia.cz

Že počítače pomohou lékařům odhalovat rakovinu, o tom se mluví už dlouho. Počítačový program Watson to třeba sliboval od roku 2011, ovšem zatím je stále ve fázi testů. Také Google pracuje na automatizované detekci různých nemocí s využitím strojového učení, včetně nemocí oční sítnice nebo melanomu kůže. Přestože jde zatím takřka výhradně o teoretické projekty, jejich dopad na praxi může být značný.

Čím dřív se rakovinotvorné bujení v těle podaří odhalit, tím lepší jsou šance na úspěšnou léčbu. Proto jsou důležité preventivní testy. U jedné z nejčastějších rakovin – rakoviny prsu – se proto doporučuje pravidelné mamografické vyšetření.

Co je mamogram a kdo by se měl nechat vyšetřit?

Mamograf je speciální rentgen určený ke snímkování (screeningu) prsní tkáně za účelem včasné detekce rakoviny prsu

Vyšetřovna s mamografem

Během snímkování je prs stlačen průsvitnou plastovou deskou, která je součástí mamografu

Každý prs se snímkuje ve dvou projekcích, a to v kraniokaudální a v šikmé mediolaterální projekci.

Snímek obou prsů pořízený mamografem, který budou nezávisle na sobě kontrolovat dva lékaři.

Každá žena od 45 let věku by měla chodit na preventivní screeningové mamografické vyšetření, a to jednou za dva roky. Pokud si v prsu nahmatá bulku, vyšetření by měla podstoupit co nejdříve. Každý měsíc by si své prsy měla pravidelně vyšetřovat každá žena (návod na samovyšetření krok za krokem zde).

Na rentgenovém snímku z mamogramu pak specializovaný lékař (radiodiagnostik, též radiolog) hledá stopy, které na základě svých zkušeností a praxe rozpozná jako začínající nádor.

Růst nádoru prsu a jeho následné metastázování

Pokud je podezření na nádor, odebírají se vzorky na histologii, aby se mohlo případně co nejdřív začít s léčbou. Ne každou rakovinu se však takto podaří odhalit, přibližně dvacet procent nádorů lékařům unikne.

Automat na odhalování rakoviny prsu

Nově publikovaná studie (PDF) ukazuje, jak by mohla v budoucnu fungovat spolupráce lékařů s automatizovaným systémem na detekci rakoviny. „Mamogramy jsou velmi účinnou metodou, ale stále je zde významný počet falešných negativ a falešných pozitiv,“ uvedla Shravya Shetty, programátorka firmy Google, která se na výzkumu podílela. „Ve studii jsme se pokusili aplikovat stejné principy, které používají lékaři radiodiganostici.“ Cílem bylo porovnat úspěšnost při rozpoznávání rakoviny na mamogramech v ranném stádiu.

Neuronovou síť vyvinutou odborníky z britské firmy DeepMind (Google ji koupil v roce 2014, je známá třeba svými úspěchy ve hře go) tentokrát výzkumníci natrénovali na obrazových datech z britských (a později amerických) mamografických klinik. Na vzorku anonymizovaných mamografů více než 76 tisíc britských žen se neuronová síť naučila rozpoznávat, jak vypadá obraz, na kterém je prs s rakovinou. Počítač přitom neměl k dispozici žádné údaje o pacientce ani předchozí měření, věk apod.

Síť (ve studii výzkumníci používají výraz AI, tedy umělá inteligence) se na malém vzorku učí rozpoznávat, zda je na fotce rakovina, a poté svůj předpoklad konfrontuje s realitou. Pokud se strefila, posílí neurony (samostatné části rozhodovacího algoritmu), které k tomuto správnému rozhodnutí vedly. Pokud se nestrefila, poučí se z toho pro příště. To celé se opakuje třeba milionkrát, jednotlivé neurony se postupně vyvíjejí a neuronová síť se „učí“ rozpoznávat v obrazu informace a závislosti, dokud není výsledná úspěšnost dostatečně vysoká.

Co to je neuronová síť a jak se učí

Umělá neuronová síť do jisté míry napodobuje způsob, jakým informace zpracovává lidský mozek

Počítačem simulovaná struktura pro zpracování dat - tzv. neuronová síť nebo umělá neuronová síť - se inspirovala u anatomie lidského mozku. Skládá se obvykle z vrstev velkého množství „neuronů“, což je samostatná jednotka, která má vstupy a výstupy. Více takových neuronů a vrstev znamená síť náročnější na simulaci (je třeba velký výpočetní výkon).

Neuronová síť se učí (trénuje) na základě vstupních (testovacích, trénovacích) dat a zpětné vazby. Neuronová síť může také „učit sama sebe“, což zjednodušeně znamená, že sama sobě dává otázku, na kterou zná správnou odpověď, a trénuje sama sebe tak dlouho, dokud tuto odpověď není schopna poskytnout s určitou spolehlivostí.

Ukázka jednoduché neuronové sítě se čtyřmi vrstvami po šesti neuronech. Spojnice mezi neurony ukazují „dráhy“, kudy nejčastěji proudí komunikace. Tyto dráhy se posilují nebo oslabují na základě zpětné vazby. Tedy neuron, který dává neužitečný výstup, se buď poučí, nebo zůstane nevyužit.

Příkladem může být třeba neuronová síť učící se tvořit obličeje, hrát poker, hrát go, hrát počítačové hry, analyzovat rizika nebo překládat cizojazyčné texty. Mezi problémy spojené se strojovým učením naopak patří zkreslené představy, zkreslená trénovací data nebo neschopnost rozhodnutí zdůvodnit.

Neuronová síť se „učí“ na základě zpětné vazby. Tu v tomto případě zajišťovala s odstupem času potvrzená diagnóza. Proto byly do studie zařazeny staré snímky, rakovina se totiž mohla u pacientek rozvinout později.

Natrénovanou neuronovou síť poté výzkumníci pustili na zcela oddělený, testovací dataset. Britský testovací dataset sestával ze snímků 25 856 žen. Mamografy pocházely z let 2012 až 2015 (šlo o náhodný a anonymizovaný vzorek z přibližně čtvrt milionu žen). U 765 těcho žen byla provedena biopsie a u 414 z nich byla posléze potvrzena rakovina prsu. Počítač měl k dispozici pouze obrazová data (dva snímky ke každému prsu) a tyto prsy rozděloval na ty, kde detekoval rakovinu, a ty, kde nikoli.

V porovnání s šesticí lidských lékařů si neuronová síť vedla velmi dobře. Měla vyšší procento úspěšných nálezů a nižší chybovost. Rozdíl byl relativně malý. Míra falešných negativ byla u počítače o 2,7 procenta nižší na britském vzorku, což je ale statisticky významný pokrok. Právě falešná negativa jsou přitom nejhorším výsledkem. Znamenají totiž, že žena odejde ze screeningu s tím, že rakovinu nemá, zatímco nádor u ní bují až do příštího vyšetření, čímž klesá šance na úspěšnou terapii. Na americkém vzorku, který byl menší, byla dokonce AI při eliminaci tohoto negativního výsledku úspěšnější o 9,4 procenta.

Dodejme, že zatímco počítač pracoval pouze s jednorázovou obrazovou informací a jinak o testované ženě nic nevěděl, lékaři měli k dispozici ženinu stručnou anamnézu (věk, předchozí léčbu apod.). To mohlo dát lékařům výhodu, lze však spekulovat o tom, že to mohlo v jistých případech ovlivnit úsudek i opačným směrem. Výzkumníci k této nesrovnalosti přistoupili proto, že lépe napodobuje, jakým způsobem radiodiagnostika probíhá v praxi.

Výzkum ukázal důležitost spolupráce

Znamená to tedy, že by měli jít lékaři do předčasného důchodu, protože odteď za ně rozpoznávání bude dělat počítač, rychleji a efektivněji? Rozhodně ne, zdůrazňují lékaři i autoři studie. Je k tomu několik důvodů.

Prvním je, že AI síť, jakkoli svými výsledky porazila každého z šesti radiodiagnostiků individuálně, dosáhla v podstatě srovnatelných výsledků, jako dvojice diagnostiků. V Británii každý snímek prohlédnou po sobě dva odborníci. Teprve pokud se oba shodnou, že snímek nezachycuje nádor, je označen za rakovinyprostý. Ve srovnání s tímto systémem byly výsledky AI na stejné úrovni, tedy nebyly horší (noninferiority). Což je stále úspěch, ale už to přece jen zní jinak než „počítač je lepší než lékaři“.

Výsledky studie a porovnání AI systému s úspěšností lékařů

Dalším důvodem, proč by náhrada lékařů strojem nebyl dobrý nápad, je otázka variability systému. Neuronové sítě často trpí zvláštními vrtochy, které jsou z lidského pohledu těžko pochopitelné. Stačí trochu pozměnit způsob prezentace obrazových dat – třeba šumu – a systém najednou může dávat úplně jiné výsledky, což by se u lidského hodnotitele nestalo. Stejně tak si může natrénovaný systém zvyknout na určitou značku mamogramu a nedokáže se přizpůsobit jinému přístroji (na to upozorňují i autoři této studie placené Googlem).

No a konečně výzkumníci odhalili i vzorky, které byly vyhodnoceny zcela opačně počítačem a lidmi. „Je zde nádor, který všech šest radiologů přehlédlo, ale náš algoritmus si jej všiml. Na druhou stranu, byly jiné případy, kdy všech šest radiologů našlo nádor, zatímco náš algoritmus ne,“ uvedl Scot McKinney, vedoucí autor studie. „Je zřejmé, že dělají – doufejme – komplementární rozhodnutí“

Ukázka nádoru, který rozpoznalo všech šest lékarů, zatímco automat jej nezaznamenal

Ukázka nádoru, který automat rozpoznal, zatímco žádný z šesti lékařů si jej nevšiml

Autoři nicméně předvedli praktickou ukázku toho, jak by mohl počítač pomoci s analýzou snímků v tandemu s člověkem. V jedné ze simulací „zapřáhli“ algoritmus coby druhého člena týmu. Ve chvíli, kdy lékař i počítač usoudili, že je na snímku rakovina, nebyl už k analýze volán druhý lékař. Tím se ušetřilo až 88 procent času druhého posuzovatele, což je vzhledem k nenaplněné poptávce po této odbornosti velký úspěch.

Podobně, jako tomu bylo i v řadě dalších případů, se tak jako nejlepší jeví spolupráce člověka a stroje. Přičemž člověk musí znát limity počítačové analýzy a nespoléhat na ni slepě.

Jak probíhá mamografické vyšetření:

Autor:

CES 2022 - největší veletrh spotřební elektroniky

Veletrh CES je největší událost v oblasti spotřební elektroniky a IT každoročně pořádaný v lednu v Las Vegas.

Další témata: Koronavirus  Omikron  Sonda Parker Solar Probe Dalekohled Jamese Webba 

Témata: Google, rakovina
  • Nejčtenější

Prázdná letadla nad Evropou. Proč létají, i když na tom všichni tratí?

Tisíce poloprázdných nebo úplně prázdných letadel přeletěly v uplynulých měsících nad Evropou a svým způsobem zcela...

Geopolitické šachy: Německo potřebuje F-35 k nesení jaderných zbraní

V Německu se opět rozhořela debata o možném nákupu amerických víceúčelových nadzvukových taktických letadel páté...

Počítač vypnout, uspat nebo hibernovat? Poradíme, co, kdy a proč zvolit

Premium Tuto situaci zná asi každý. Pokud chci přestat používat počítač s operačním systémem Windows, je možné ho vypnout,...

Nová baterie z Česka využívá vodu, zinek a grafit. Bude levná a nemá vybuchovat

Vědci z české Akademie věd si nechali patentovat nový druh vodné baterie, která nemůže z principu začít hořet, a tím...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Přeletěli nejvyšší horu Afriky. Kilimandžáro překonali v balonu

Exkluzivně „Pohled přímo do kráteru byl nezapomenutelný,“ líčí pilot Kurt Frieden okamžik, kdy 6. prosince 2021 ve výšce 6 100 m...

ANALÝZA: Tři důvody, proč Rusko vpadne na Ukrajinu. A tři další, proč ne

Premium Copak se asi odehrává v hlavě Vladimira Putina? To je otázka, kterou dnes řeší celý svět. Ruský prezident rozehrál...

Velký test samotestů na covid: lépe fungují výtěrové, některé neodhalí nic

Premium Ještě před dvěma lety znamenaly dvě čárky na testu, že se budou chystat křtiny, delta byly americké aerolinky, gama...

Nevěra dříve či později vztah zničí. A není cesty zpět, říká filmařka Sedláčková

Premium Vede doslova dvojí život ve dvou zemích. Ve Francii pracuje Andrea Sedláčková především jako střihačka filmů, u nás...

  • Další z rubriky

STO OBJEVŮ: Malý křemíkový zázrak. Tranzistor zmenšil monstra do kapsy

Seriál Kousek křemíku umožnil lidstvu naučit elektřinu doslova zázračným kouskům. Někdejší obrovské sálové počítače díky...

STO OBJEVŮ: Champollion léta luštil hieroglyfy. Když to zvládl, omdlel

Urputný a trpělivý. Tak by se dal charakterizovat Jean-François Champollion. Muž, jemuž je přičítána největší zásluha...

STO OBJEVŮ: Muži s maskou se přestali strachovat o život a řešili puk

Seriál Než brankáři začali používat masky, byl hokej mnohem nebezpečnějším sportem. V éře před maskami měli muži v brance...

STO OBJEVŮ: Einsteinova teorie relativity se cizelovala u břehů Vltavy

Seriál Speciální teorie relativity vyjádřená dnes nejslavnější rovnicí mu nestačila. Geniální fyzik Albert Einstein představil...

Opět jsme to roztočili: Ohlédnutí za Vánočním kolotočem v roce 2021
Opět jsme to roztočili: Ohlédnutí za Vánočním kolotočem v roce 2021

Vánoční kolotoč se stal nedílnou součástí eMimina. Letos si už po třinácté naše uživatelky vzájemně poslaly dárečky, které opět udělaly velkou...

Co bolí nejvíc? Ani porod, ani kopanec do varlat. Lékaři sestavili žebříček

Bolí nejvíc porod, nebo když muže nakopnete do varlat? Ani jedno. Podle průzkumu britské Národní zdravotnické služby...

Praktiky ve vile Playboy: orgie, orální sex se psem i ošklivé prostitutky

V novém dokumentu Secrets of Playboy (Tajemství Playboye) promluvily bývalé playmates o praktikách ve vile zakladatele...

Čtyři typy žen, které by chtěl mít každý muž po svém boku. Jste mezi nimi?

Možná právě vy si lámete hlavu nad tím, jak si zajistit přízeň stávající či budoucího partnera? V tomto směru záleží na...

Sineád O’Connorová šla na pohřeb syna v teplákovce, do rakve dala cigarety

Sedmnáctiletý syn Sineád O’Connorové (55) spáchal začátkem ledna sebevraždu. Zpěvačka skončila následně v péči...

Pořízková ukázala vrásky a šediny. Stárnoucí ženy z médií téměř vymazali, říká

Pavlína Pořízková (56) se pochlubila neretušovanou fotkou s odrůstajícími šedinami. Podle české topmodelky je přirozené...