Sobota 23. ledna 2021, svátek má Zdeněk
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Sobota 23. ledna 2021 Zdeněk

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.

Vyšetřovna s mamografem

Detail šikmé mediolaterální projekce.

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...

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

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.

Externí obrázek

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....

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

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...

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

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

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:
Témata: Google, rakovina
  • Nejčtenější

Android TV mizí z televizorů. Podívejte se, co jej letos mnohde nahradí

Operačnímu systému Android TV zřejmě začíná poslední sezóna. Jak se ukázalo na veletrhu CES 2021, již letošní novinky...

Válka v jednom čísle. Jak Sověti na papíře vyhráli nad Západem

Sověti vyvinuli na přelomu 60. a 70. let analytickou metodu, která měla umožnit snadné srovnání vojenské techniky...

Čest, talent i služba Hitlerovi. Nejlepší tankista války byl z Jesenicka

Během druhé světové války vznikla po vzoru leteckých es nová kasta es tankových. Patrně nejlepším tankistou 2. světové...

Rezervace očkování je plná zbytečných chyb. Způsobila i pád celého systému

Státní web na rezervaci očkování proti covidu-19 byl plný úplně základních chyb a zbytečných komplikací. Navíc začal...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

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

Operaci Pouštní bouře zahájily vrtulníky US Army úderem na radary

První letecký úder proti Iráku neprovedly před třiceti lety „neviditelné bombardéry“ USAF, ale vrtulníky Apache US...

Poslali jste životopis a marně čekáte na reakci. Proč jiným odpovědí, ale vám ne

Premium Jak žádají o práci bílé límečky a jak ty modré? Na koho nasazují personalisté robota? A proč se zájemcům o práci z...

Malý stěhovák pro rodinu. Měřili jsme, který kombík je ten nejlepší

Premium Ve velkém testu jsme srovnali tři kompaktní kombíky, které mohou být alternativou populární octavie. Navíc nejsou tak...

Jak bude za času Vodnáře? Býci se dočkají lásky, dařit se bude Pannám

Premium Vládu na nebi si jednotlivá znamení zvěrokruhu předávají podle toho, jak do nich vstupuje Slunce, což bývá vždy kolem...

  • Další z rubriky

Objev, který změní svět. Vědec Martin Jínek o nobelovských nůžkách na DNA

Premium Crisprování – zapamatujte si to slovo. Nová metoda editování genetické informace v blízké budoucnosti pronikavě promění...

Pochoutky z hladu. Některé kulinářské „hity“ mají zvláštní historii

Quinou nebo špagety z řas doporučují nutriční poradci i průkopníci zdravé bio výživy. Přitom ve své domovině se ještě...

Český badatel řeší záhadu štěchovické atomovky. Stopy vedou do Německa

Premium Badatel Jaroslav Mareš rád rozplétá záhady českých dějin. Během posledního roku se věnoval legendárnímu příběhu...

STO OBJEVŮ: Největší a nejstarší z objevů, zkrocení ohně, spasil lidstvo

Seriál Kdy přesně člověk zkrotil oheň a začal jej používat jako zdroj tepla, světla a lepší potravy? Nevíme. Zato je jasné, že...

Nechce se vám dnes vařit? Hotové polévky SALVEST Prestó jsou ideální alternativou
Nechce se vám dnes vařit? Hotové polévky SALVEST Prestó jsou ideální alternativou

S kolegyněmi v redakci jsme měly možnost vyzkoušet polévky Prestó, které jsou opravdu rychlé na přípravu a usnadní vám přemýšlení nad tím, co...

Vytetovaná sexuální instrukce zaráží i mého gynekologa, líčila dívka

Nesedí k ní, ale onen vulgární sexuální povel má na podbřišku opravdu vytetovaný. Vznikl jako rozpustilá, hrdá,...

Analytik: Evropa byla od blackoutu setiny. Bez ČR by to Rakousko nezvládlo

8. leden 2021 se mohl stát skutečným „černým dnem”. Evropě totiž hrozil blackout, tedy masivní výpadek dodávek...

Dalibor Janda leží ve vážném stavu v nemocnici na koronární jednotce

Dalibor Janda (67) byl hospitalizován v pražské Fakultní nemocnici Královské Vinohrady. Zpěvák leží ve vážném stavu na...

Hráč vytvořil v Minecraftu Everest v měřítku 1:1, na vrchol lezl čtyři hodiny

S využitím skutečných geografických dat vytvořil streamer G0ularte virtuální kopii nejvyšší hory na Zemi a poté vylezl...

Žiji s manželem v polyamorii. Jen o sex nejde, říká Těžká z dokumentu V síti

Terezu Těžkou (25) znají diváci jako jednu z hlavních představitelek náctiletých dívek v dokumentu o sexuálních...