Der AI-Dual-Stain-Ansatz verbesserte die Genauigkeit und Effizienz des Gebärmutterhalskrebs-Screenings in der NCI-Studie

Ein Objektträger aus einem automatisierten Zytologietest mit doppelter Färbung. Die Prozentsätze sind AI-generierte Wahrscheinlichkeiten für positive Ergebnisse. Das Bild in der Mitte (mit 98,75% gekennzeichnet) zeigt ein positives Ergebnis.

Bildnachweis: Nicolas Wentzensen, MD, Ph.D.

In einer neuen Studie verbesserte ein Computeralgorithmus die Genauigkeit und Effizienz des Gebärmutterhalskrebs-Screenings im Vergleich zur Zytologie (Pap-Test), dem aktuellen Standard für das Follow-up von Frauen, die mit dem primären humanen Papillomavirus-Screening (HPV) positiv getestet wurden. Der neue Ansatz verwendet künstliche Intelligenz (KI) zur Automatisierung der Bewertung von Doppelfärbungen und hat klare Auswirkungen auf die klinische Versorgung.

Die Ergebnisse der Studie wurden am 25. Juni 2020 im Journal des National Cancer Institute veröffentlicht . Der Algorithmus wurde entwickelt und die Studie von Forschern des National Cancer Institute (NCI), einem Teil der National Institutes of Health, in Zusammenarbeit mit Forschern mehrerer anderer Institutionen durchgeführt.

"Wir freuen uns zu zeigen, dass wir einen vollautomatisierten Ansatz für das Screening von Gebärmutterhalskrebs als Folge eines positiven HPV-Tests haben, der die Standardmethode in unserer Studie übertrifft", sagte Dr. Nicolas Wentzensen von NCI Abteilung für Krebsepidemiologie und Genetik, die die Studie leitete. "Basierend auf unseren Ergebnissen könnte dies die Effizienz der Früherkennung von Gebärmutterhalskrebs steigern, indem mehr Krebsvorstufen gefunden und falsch positive Ergebnisse reduziert werden, was das Potenzial hat, eine erhebliche Anzahl unnötiger Verfahren bei HPV-positiven Frauen zu eliminieren."

In den letzten Jahren haben Kliniker gehofft, die Fortschritte in der digitalen Bildgebung und im maschinellen Lernen nutzen zu können, um die Früherkennung von Gebärmutterhalskrebs zu verbessern. Frauen, die HPV-negativ testen, haben in den folgenden zehn Jahren ein geringes Risiko für Gebärmutterhalskrebs, und selbst die meisten HPV-Infektionen des Gebärmutterhalses, die positive HPV-Tests verursachen, führen nicht zu Krebsvorstufen. Die Herausforderung besteht darin, herauszufinden, welche Frauen mit positiven HPV-Testergebnissen am wahrscheinlichsten präkanzeröse Veränderungen in ihren Gebärmutterhalszellen aufweisen und daher eine Kolposkopie durchführen sollten, um den Gebärmutterhals zu untersuchen und Proben für eine Biopsie zu entnehmen, oder die eine sofortige Behandlung benötigen.

Derzeit können Frauen mit positiven HPV-Tests zusätzliche HPV-Tests oder Pap-Zytologietests durchführen lassen, um die Notwendigkeit einer Kolposkopie, Biopsie oder Behandlung zu beurteilen. Die Pap-Zytologie, bei der speziell ausgebildete Laborfachleute (Zytotechnologen) gefärbte Objektträger analysieren, um nach abnormalen Zellen zu suchen, wird verwendet, um Präkanzerosen zu finden, bevor sie zu Krebs fortschreiten. Diese Ansätze sind jedoch nicht ideal. Beispielsweise sind Pap-Zytologietests zeitaufwändig, nicht sehr empfindlich und neigen zu falsch positiven Befunden.

Dual-Stain-Tests haben sich als eine Möglichkeit herausgestellt, die Wahrscheinlichkeit, dass eine Frau mit einem positiven HPV-Test präkanzeröse zervikale Veränderungen aufweist, genauer vorherzusagen. Der Test misst das Vorhandensein von zwei Proteinen, p16 und Ki-67, in zervikalen Proben. In zwei früheren Studien stellten Dr. Wentzensen und seine Kollegen fest, dass Frauen, die bei einem Doppelfärbungstest ein negatives Ergebnis hatten, in den folgenden fünf Jahren ein geringes Risiko hatten, an Gebärmutterhalskrebs zu erkranken, und dass weniger Frauen im Vergleich zu weniger positiv auf Doppelfärbung getestet wurden Pap-Zytologie. Im März 2020 wurde der manuelle Dual-Stain-Zytologietest von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) für Frauen genehmigt, die bei einem primären HPV-Screening ein positives Ergebnis erhalten haben.

Der manuelle Doppelfärbungstest hat eine subjektive Komponente, da ein Zytotechnologe auf den Objektträger schauen muss, um die Ergebnisse zu bestimmen. In der neuen Studie wollten die Forscher herausfinden, ob ein vollautomatischer Doppelfärbungstest die Leistung des manuellen Ansatzes erreichen oder übertreffen kann. In Zusammenarbeit mit Niels Grabe, Ph.D., und Bernd Lahrmann, Ph.D., vom Steinbeis Transfer Center für Medizinische Systembiologie, das mit der Universität Heidelberg verbunden ist, entwickelten sie eine Ganzdia-Bildgebungsplattform, die anschließend Wenn man mit tiefem Lernen trainiert, kann man feststellen, ob Zervixzellen sowohl für p16 als auch für Ki-67 gefärbt wurden. Sie verglichen diese Methode sowohl mit der konventionellen Pap-Zytologie als auch mit manuellen Doppelfärbungstests in Proben von insgesamt 4.253 Personen, die an einer von drei epidemiologischen Studien zu HPV-positiven Gebärmutterhals- und Analpräkanzern an der Kaiser Permanente in Nordkalifornien und der University of Oklahoma teilnahmen.

Die Forscher fanden heraus, dass der AI-basierte Dual-Stain-Test eine geringere Rate positiver Tests aufwies als die Pap-Zytologie und der manuelle Dual-Stain-Test, mit einer besseren Empfindlichkeit (Fähigkeit zur korrekten Identifizierung von Krebsvorstufen) und einer wesentlich höheren Spezifität (Fähigkeit zur korrekten Identifizierung) diejenigen ohne Vorkrebs) als Pap-Zytologie. Die AI-basierte Doppelfärbung reduzierte die Überweisung an die Kolposkopie im Vergleich zu Pap um etwa ein Drittel (ungefähr 42% gegenüber 60%). Die Testmethode war ebenfalls robust und zeigte eine vergleichbare Leistung in der Analzytologie.

Kurz gesagt, der automatisierte Test übertraf die Leistung des aktuellen Standards Pap-Zytologie, reduzierte die Anzahl falsch positiver Ergebnisse und reduzierte die Überweisung auf unnötige Kolposkopieverfahren erheblich. Die Ergebnisse unterstützen auch die weitere Bewertung des Tests als Option für das Analkrebs-Screening. Die Forscher stellen fest, dass ihr Ansatz eine klare klinische Anwendung hat und durch eine Cloud-basierte Implementierung global zugänglich wäre. Weitere Anwendungen der Plattform sind assistierte Evaluierung, Zweitmeinung und Qualitätskontrolle.

Da der manuelle Dual-Stain-Test erst kürzlich von der FDA für das Screening von Frauen mit HPV-positiven Testergebnissen zugelassen wurde, steht seine Anwendung erst am Anfang. Zusätzliche behördliche Genehmigungen sind erforderlich, um das Screening von HPV-positiven Frauen mit einem vollautomatischen Doppelfärbungstest zu ermöglichen. Die Forscher sagen, dass ihre Ergebnisse als wichtiges Beispiel für die Einführung der digitalen Pathologie und des tiefen Lernens in die klinische Praxis dienen und dass ihr Ansatz das Potenzial hat, das Screening auf Gebärmutterhalskrebs erheblich zu verbessern, was jedes Jahr Millionen von Frauen betrifft, die HPV-positiv testen.

Über das National Cancer Institute (NCI): NCI leitet das National Cancer Program und die Bemühungen des NIH, die Prävalenz von Krebs drastisch zu senken und das Leben von Krebspatienten und ihren Familien zu verbessern, indem Forschungen zur Prävention und Krebsbiologie durchgeführt und neue Interventionen entwickelt werden. und die Ausbildung und Betreuung neuer Forscher. Weitere Informationen zu Krebs erhalten Sie auf der NCI-Website unter cancer.gov oder im NCI-Contact Center, dem Cancer Information Service, unter 1-800-4-CANCER (1-800-422-6237).

Über die National Institutes of Health (NIH): NIH, die nationale medizinische Forschungsagentur, umfasst 27 Institute und Zentren und ist Bestandteil des US-amerikanischen Gesundheitsministeriums. Das NIH ist die wichtigste Bundesbehörde, die medizinische Grundlagenforschung, klinische Forschung und translationale Forschung betreibt und unterstützt und die Ursachen, Behandlungen und Heilmittel für häufige und seltene Krankheiten untersucht. Weitere Informationen zu NIH und seinen Programmen finden Sie unter nih.gov .

Quelle: National Cancer Institute

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