科学家开发深度学习算法 用“丑小鸭”技术高精准发现黑色素瘤

利用智能手机来检测皮肤癌是科学家们十多年来一直在探索的想法。早在2011年，科学家就研究了一款iPhone应用，该应用利用设备的摄像头和基于图像的模式识别软件来提供异常痣和雀斑的风险评估。2017年，研究人员提出了另一个令人兴奋的例子，其中一个人工智能能够使用深度学习来检测潜在的皮肤癌，其准确度与训练有素的皮肤科医生相当。

麻省理工学院和哈佛大学的研究人员开发的新系统再次利用深度学习算法来瞄准皮肤癌，但有一些关键的区别。到目前为止，为自动检测皮肤癌而构建的算法已经被训练成分析单个皮肤病变的奇特特征，这些特征可能是黑色素瘤的指标，这与皮肤科医生的操作方式有些不同。

为了更好地评估哪些痣可能是癌症，该团队转而采用了“丑小鸭”标准，该标准基于这样一个概念，即个人身上的大多数痣会看起来很相似，而那些不相似的痣，即所谓的“丑小鸭”，被认为是黑色素瘤的警告信号。研究人员表示，他们的系统是第一个复制这一过程的系统，他们首先建立了一个包含33000多张广角图像的数据库，这些图像不仅包含患者的皮肤，还包含其他物体和背景。

在这些图像中，既有可疑的病变，也有非可疑的病变，这些病变由三位训练有素的皮肤科医生进行标注。深度学习算法在这个数据库上进行了训练，经过一段时间的完善和测试，能够区分出危险的病变和良性的病变，不过这还是基于它对各个物体的评估。

该团队将“丑小鸭”方法带入其中，通过构建给定图像中所有病灶的3D地图–例如分布在患者背部的病灶–并对每个病灶上的特征有多奇特进行计算。通过比较其中一些特征与图像中其他病灶上的特征的不寻常程度，系统能够分配数值并确定哪些特征是危险的。

这被描述为“丑小鸭”标准的第一个可量化的定义，该技术被投入测试，使用135张宽视野照片识别68名不同患者的可疑病变。个别病变根据其特征的关注程度被赋予了奇异性得分，评估结果与三位训练有素的皮肤科医生的评估结果进行了比较。该算法在88%的时间里同意皮肤科医生的共识，在86%的时间里同意皮肤科医生个人的共识。

“人工智能和人类临床医生之间的这种高度共识是该领域的重要进展，因为皮肤科医生之间的共识通常非常高，约为90%，”研究共同作者Jim Collins说。“从本质上讲，我们已经能够从任何人都可以用智能手机拍摄的图像中达到皮肤科医生级别的诊断潜在皮肤癌病变的准确性，这为更早地发现和治疗黑色素瘤开辟了巨大的潜力。”

该团队已将该算法开源，并将继续开发该算法，希望能进一步开展临床试验。他们将重点关注的一个领域是使该算法能够在人类皮肤色调的整个范围内工作，以确保它是一个普遍适用的临床工具。

该研究发表在《科学转化医学》杂志上。