研究提示:AI癌症病理工具或依赖视觉“捷径”;立体定向放疗改善脑转移患者结局

华威大学发表在《Nature Biomedical Engineering》的研究指出,部分AI病理系统可能利用统计相关性的“捷径”,而非真正的生物学信号,从而限制其在真实世界医疗中的可靠性。另一项Ⅲ期随机试验显示,stereotactic radiation较hippocampal-avoidance whole brain radiation可改善多发脑转移患者的症状与生活质量,且高级别不良事件发生率相近。

人工智能工具被开发用于直接从显微镜图像预测癌症生物学特征,但英国华威大学(University of Warwick)发表在《Nature Biomedical Engineering》上的新研究指出,这类工具可能依赖隐藏的“捷径”,而非真实的生物学信号。研究结果引发担忧:部分AI病理工具目前对真实世界的患者照护而言仍不够可靠。

研究人员分析了4种主要癌症类型——乳腺癌、结直肠癌、肺癌和子宫内膜癌——的8,000余份患者样本,并比较了主流机器学习方法的表现。尽管这些模型在“表面”准确率上往往表现突出,但团队发现,其中相当一部分来自统计学“捷径”。

例如,模型可能并非在识别与癌症相关的 BRAF基因 中的突变,而是学到BRAF突变常与另一临床特征——如 微卫星不稳定性(MSI——同时出现。随后,系统会利用这组线索的组合来预测BRAF状态,而不是学习BRAF本身的因果信号。这意味着只有当这些生物标志物(biomarker)同时出现时,预测才“看起来准确”;一旦不再共现,模型就会变得不可靠。

当在分层的患者亚组内评估AI模型表现时——例如仅在高级别乳腺癌或仅在MSI阳性肿瘤中——准确率明显下降。这揭示出:在控制混杂因素后,模型所依赖的“捷径”信号会消失,从而导致性能下滑。

在某些预测任务中,深度学习相较于由人类提炼的临床信息,其性能优势并不显著。AI系统在预测生物标志物时的准确率略高于80%,而仅使用肿瘤分级这一指标(病理科医师已常规评估)时,准确率约为75%。

机器学习方法仍可在研究、药物开发候选物筛选,以及临床分诊、筛查或辅助决策支持方面发挥价值。然而,研究者认为,未来的AI工具必须超越基于相关性的学习,转而采用能明确建模生物学关系与因果结构的方法。他们还呼吁在考虑将其部署于常规医疗之前,建立更严格的评估标准,包括开展亚组测试,并与简单的临床基线进行对比。

在另一项聚焦脑转移治疗的独立研究中,美国4家中心开展的一项Ⅲ期随机临床试验发现,针对单个肿瘤的 stereotactic radiation 相较于 hippocampal-avoidance whole brain radiation,可改善症状严重程度并减少其对日常功能的干扰。

在196例随机入组患者中(平均年龄61岁;女性129例[66%];白人176例[90%];脑转移中位数14个[IQR,11-18];既往接受神经外科切除者49例[25%]),共有83例(42%)完成了6个月评估。入选患者需有5-20个脑转移灶且既往未接受脑部定向放射治疗。入组时间为2017年4月11日至2024年5月17日(最终随访:2025年3月18日)。

针对主要结局,在基线至基线后评估并随访至6个月期间,stereotactic radiation使加权复合 MD Anderson Symptom Inventory–Brain Tumor score 从2.69降至2.37(平均变化−0.32);而hippocampal-avoidance whole brain radiation使该评分从2.29升至3.03(平均变化0.74)(平均差−1.06 [95% CI,−1.54至−0.58];P < .001)。该量表范围为0-10,评分变化范围为−10至10,其中−10代表最佳结局。临床意义差异定义为0.98。

与治疗相关的3-5级不良事件在stereotactic radiation组为12例(12%),在hippocampal-avoidance whole brain radiation组为13例(13%);1-3级疲劳最常见(分别为27例[28%] vs 43例[44%])。

该试验注册号为ClinicalTrials.gov Identifier:NCT03075072。

Related Entities

Related Articles

References

  1. AI cancer tools may be using visual shortcuts rather than true biology - News-Medical · news-medical.net
  2. Treatment for Brain Metastases With Stereotactic Radiation vs Hippocampal-Avoidance ... · jamanetwork.com
  3. Highlighting Emerging Technologies in CNS Radiation Oncology - CancerNetwork · cancernetwork.com