富士膠片株式會(huì)社(以下簡(jiǎn)稱“富士膠片”)和日本國(guó)立精神·神經(jīng)醫(yī)療研究中心宣布了利用富士膠片全新的AI技術(shù)預(yù)測(cè)輕度認(rèn)知功能障礙癥(MCI)患者是否會(huì)在兩年內(nèi)進(jìn)展為阿爾茨海默病(AD)的積極研究成果。這項(xiàng)用于AD進(jìn)展預(yù)測(cè)的人工智能技術(shù)的準(zhǔn)確率達(dá)88%，該研究成果已于4月12日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》雜志子刊《npj Digital Medicine》上發(fā)表。

該技術(shù)是由富士膠片基于其先進(jìn)的圖像識(shí)別技術(shù)以及機(jī)器學(xué)習(xí)方面的專業(yè)知識(shí)所開發(fā)的。本研究在日本國(guó)立研究開發(fā)法人科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)產(chǎn)學(xué)共創(chuàng)平臺(tái)共同研究推進(jìn)項(xiàng)目(JST、OPERA、JPMJOP1842)的贊助下實(shí)施。

技術(shù)引入，對(duì)阿爾茨海默癥進(jìn)展進(jìn)行預(yù)測(cè)

據(jù)估計(jì)，目前全球約有5500萬認(rèn)知障礙癥患者。而隨著人口老齡化，預(yù)計(jì)到2050年這一數(shù)字將增加到約1.39億。在認(rèn)知障礙癥中，AD患者(認(rèn)知障礙癥的一種)的人數(shù)最多，預(yù)計(jì)今后這一趨勢(shì)還會(huì)繼續(xù)。

近年來，在AD的新藥研發(fā)過程中更傾向于以早期的MCI患者為對(duì)象實(shí)施臨床試驗(yàn)，以觀察β-淀粉樣蛋白的存在情況，因?yàn)?beta;-淀粉樣蛋白是AD的主要致病物質(zhì)，在發(fā)病前就已經(jīng)開始蓄積。然而，大多數(shù)臨床試驗(yàn)都沒有成功，其中一個(gè)原因是，兩年內(nèi)從MCI進(jìn)展到AD的患者比例不到20%，臨床試驗(yàn)期間有很多MCI患者未發(fā)現(xiàn)有進(jìn)展，被分配到對(duì)照組(服用安慰劑等)的患者也因未進(jìn)展到AD而被認(rèn)為其病情得到了控制。因此，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度而言無法得出可信結(jié)論。在這種情況下，富士膠片和日本國(guó)立精神·神經(jīng)醫(yī)療研究中心認(rèn)為，使用AI來預(yù)測(cè)哪些患者會(huì)從MCI發(fā)展到AD，并只對(duì)這些患者進(jìn)行臨床試驗(yàn)，能夠正確地評(píng)估新藥的有效性，使治療與驗(yàn)證取得成功。

以科學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證技術(shù)有效性

近年來，大量研究報(bào)告表明，通過引入深度學(xué)習(xí)，圖像識(shí)別準(zhǔn)確率可以顯著提升，但要達(dá)到深度學(xué)習(xí)的效果，需要大量的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)支持。然而，目前世界最大的AD研究項(xiàng)目NA-ADNI的公共數(shù)據(jù)庫中，也不過只有約1000名MCI患者的數(shù)據(jù)。通常，在物體識(shí)別研究領(lǐng)域，要形成深度學(xué)習(xí)需要超過1000萬張圖像。在這種情況下，如何通過有限的數(shù)據(jù)確立高準(zhǔn)確率的AI預(yù)測(cè)技術(shù)無疑是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。為了解決這個(gè)問題，富士膠片決定建立一種AD進(jìn)展預(yù)測(cè)AI技術(shù)，以大腦中與AD進(jìn)展高度相關(guān)的特定區(qū)域?yàn)閷?duì)象，利用深度學(xué)習(xí)預(yù)測(cè)AD的進(jìn)展。

富士膠片利用其在攝影和醫(yī)療領(lǐng)域積累的先進(jìn)圖像識(shí)別技術(shù)，從腦部三維MRI圖像中，分別對(duì)以(1)海馬體、(2)前顳葉為中心的區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，因?yàn)椋�這兩塊區(qū)域被認(rèn)為與AD進(jìn)展最為相關(guān)。

利用深度學(xué)習(xí)，從以(1)海馬體、(2)前顳葉為中心的兩個(gè)區(qū)域，提取與AD進(jìn)展相關(guān)的詳細(xì)萎縮模式，并計(jì)算其圖像特征。AI進(jìn)而專注于兩個(gè)區(qū)域確認(rèn)的、對(duì)讀片診斷起重要作用的海馬體區(qū)域和杏仁體區(qū)域的萎縮模式，并依據(jù)其模式識(shí)別其向AD的進(jìn)展。

使用NA-ADNI公共數(shù)據(jù)庫的MCI患者數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)。除了被認(rèn)為與AD進(jìn)展高度相關(guān)的腦內(nèi)特定區(qū)域的圖像特征外，還確立了通過認(rèn)知能力測(cè)試評(píng)分等多種臨床信息進(jìn)行高精度AD進(jìn)展預(yù)測(cè)的技術(shù)。

富士膠片和日本國(guó)立精神·神經(jīng)醫(yī)療研究中心的研究小組，采用AD進(jìn)展預(yù)測(cè)AI技術(shù)，預(yù)測(cè)2年內(nèi)患者是否會(huì)從MCI進(jìn)展至AD。除了將AD進(jìn)展預(yù)測(cè)AI技術(shù)應(yīng)用于NA-ADNI數(shù)據(jù)庫外，還將其應(yīng)用于未學(xué)習(xí)過的J-ADNI數(shù)據(jù)庫，對(duì)該技術(shù)的預(yù)測(cè)準(zhǔn)確性進(jìn)行了客觀的評(píng)估。

在預(yù)測(cè)MCI患者是否會(huì)發(fā)展為AD患者時(shí)，NA-ADNI的預(yù)測(cè)正確率為88%，J-ADNI為84%。

同時(shí)，與準(zhǔn)確率同等重要的AI精度指標(biāo)AUC，NA-ADNI為0.95、J-ADNI為0.91。

綜上所述，AD進(jìn)展預(yù)測(cè)AI技術(shù)可以高精度地預(yù)測(cè)不同人種從MCI到AD的進(jìn)展，屬于可推廣性較高的AI技術(shù)。

未來展望

富士膠片和日本國(guó)立精神·神經(jīng)醫(yī)療研究中心將在臨床試驗(yàn)數(shù)據(jù)中，對(duì)根據(jù)AD進(jìn)展預(yù)測(cè)AI技術(shù)的預(yù)測(cè)結(jié)果分層的患者進(jìn)行分析，以進(jìn)一步驗(yàn)證這項(xiàng)技術(shù)的有效性。具體而言，通過AD進(jìn)展預(yù)測(cè)AI技術(shù)預(yù)測(cè)患者的認(rèn)知障礙癥進(jìn)展速度，并通過(1)對(duì)沒有AD進(jìn)展的患者不進(jìn)行臨床試驗(yàn)、(2)縮小對(duì)照組和治療組之間在進(jìn)展速度分布上的差異來研究提高臨床試驗(yàn)成功率的可能性。力爭(zhēng)在AD治療藥物的新臨床試驗(yàn)中使用AD進(jìn)展預(yù)測(cè)AI技術(shù)。

同時(shí)，還將探討將AD進(jìn)展預(yù)測(cè)AI技術(shù)的算法推廣到各種精神疾病和神經(jīng)系統(tǒng)疾病的腦部圖像和臨床數(shù)據(jù)中應(yīng)用。這關(guān)系到患者預(yù)后和對(duì)治療的反應(yīng)預(yù)測(cè)，富士膠片希望在推動(dòng)個(gè)性化醫(yī)療方面能發(fā)揮重要作用。

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