多伦多大学研究:利用AI辅助诊断幼年特发性关节炎(JIA)

场景介绍:针对一种只发生于儿童的罕见病:幼年特发性关节炎,多伦多大学的研究人员利用机器学习的方式,可以准确识别出其中半数以上的目标患儿,让其获得更好的治疗方案。

作者: 神经星星 来源: HyperAI超神经 2019-10-24 11:19:52

关节炎是一种常见的慢性病,平均在 5-6 个人中,就有一个人会遭受到关节炎的折磨,往往只有上了岁数的老人和生活方式不健康的中年人,才会患关节炎。


但有一种罕见关节炎叫幼年特发性关节炎(JIA),只会找上小孩子。


JIA 是一种自身免疫性疾病,意思是免疫系统因为判断错误,攻击自己身体的成分。JIA 的患者一般在 16 岁前发病,发病高峰集中在 5-7 岁,多以男孩为主。


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▲ 据统计,目前JIA的发病率在1/1000(图片来源:Pixabay) 


小朋友患病后,手关节、膝关节会肿胀弯曲,严重影响生长发育,甚至致残率和死亡率都很高。


但是遗憾的是,JIA 发病原因尚不明确,而且在治疗方面,截至目前也没很有效的方法。


医学暂时解决不了,计算机科学试一试


传统的治疗方案,患儿需要长期使用抗生素来控制炎症,但药物副作用较大,而且会产生耐药性。


患儿们先服用消炎止痛药,比如布洛芬,接着就需要使用强效抗生素,包括甲氨蝶呤(化疗药剂)、类固醇等生物制剂,去抑制做了误判的免疫系统。但长期服用抗生素而产生的危害,也会损伤免疫系统,产生更多的并发症。


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▲ 确诊 JIA 后,患儿的各个身体机能都可能发生病变


JIA 的病况虽然复杂,但有一部分病患被确诊为少关节型 JIA :随着年龄的增长,他们症状将慢慢得到缓解,甚至消失。这类型大约占所有 JIA 患儿数量的 50%,他们也是最幸运的一批,


不过,就算是经验丰富的医生,也无法准确预测 JIA 的发展阶段和严重程度。所以在这过程中,不可避免的会有过度治疗的问题发生。


让有自然缓解趋势的少关节型患儿,尽早停止过度的激素治疗,成了一件重要但又棘手的事情,不过最近,机器学习找到了一个突破口。


机器学习带来的希望


由于疾病自身的复杂性,以及多个关节的影响程度,随着时间而变化等等情形,再加上可用患者数据并不够多,必须用优于传统模式的方法来进行准确的分析。


多伦多大学的一个研究小组实现了,使用机器学习,成功的对就诊提供了很好的建议,他们的研究成果发布在  PLOS Medicine  期刊上。


在研究中,他们使用了一种叫「多层非负矩阵分」的机器学习技术,通过从数据中学习患者的模式信息,能够实现正确的分类判定:哪些患儿是可以自然恢复的少关节型关节炎。


为此,他们分析了 2005 年至 2010 年期间收集的所有患儿的临床数据,数据中,所有儿童都接受了详细的体检,被用来作为分析的依据。


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▲ 可以准确识别患儿受到疾病影响的关节


这其中包括记录身体疼痛关节的位置,这也被称为「活动关节」,以及活动关节和病症之间的联系。


数据包括了七种主要的关节活动模式:骨盆区,手指,手腕,脚趾,膝盖,脚踝和模糊不清的图案,通过分析预测了这些不同活动模式的异同。


他们的研究得到了的结果,比如:大多数儿童都属于少关节型。而且多关节型关节炎的患儿,相比于少关节型关节炎的患儿,病情发展的确更难控制,并且需要更长的时间才能进入缓解期。


这与医院的多年观察结果完全一致,这套系统已经能准确并提早地区分出 JIA 患儿的类型了。 


但研究人员表示,还需要更好地描述关节受影响的情况,以预测疾病的进程和它的严重程度,从而更准确地对症下药。


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