Detectie van hersentumoren kan met een derde verbeterd worden toont federated learning studie aan

Grootste federated learning studie van Intel Labs en Penn Medicine gebruikt privacybehoudende AI-techniek om de geneeskunde vooruit te brengen
Amsterdam, 6 december 2022 – Intel Labs en de Perelman School of Medicine van de Universiteit van Pennsylvania (Penn Medicine) hebben een gezamenlijk onderzoek afgerond waarbij federated learning – een gedistribueerde machine learning (ML) kunstmatige intelligentie (AI) benadering – wordt gebruikt om internationale gezondheidszorg- en onderzoeksinstellingen te helpen bij het identificeren van kwaadaardige hersentumoren. Het is de grootste medische federated learning studie tot nu toe, waarbij een ongekende wereldwijde dataset van 71 instellingen op zes continenten werd onderzocht. Ook het Nederlandse Erasmus MC in Rottermdam is hierbij betrokken. Het project toonde aan dat het mogelijk is om de detectie van hersentumoren met 33% te verbeteren.

“Federated learning heeft een enorm potentieel in tal van domeinen, met name in de gezondheidszorg, zoals blijkt uit ons onderzoek met Penn Medicine. Het vermogen om gevoelige informatie en data te beschermen opent de deur voor toekomstige studies en samenwerking, vooral in gevallen waarin datasets anders ontoegankelijk zouden zijn. Ons werk met Penn Medicine heeft het potentieel om patiënten over de hele wereld positief te beïnvloeden en we kijken ernaar uit om de belofte van federated learning verder te onderzoeken.”
– Jason Martin, hoofdingenieur, Intel Labs

Data toegankelijk maken
De toegankelijkheid van data is al lang een probleem in de gezondheidszorg vanwege nationale wetten inzake databescherming, waaronder de Algemene verordering gegevensbescherming (AVG). Hierdoor was het bijna onmogelijk om medisch onderzoek en gegevensuitwisseling op grote schaal te realiseren zonder de gezondheidsinformatie van patiënten in gevaar te brengen. Intel’s federated learning hardware en software voldoen aan de eisen van dataprivacy en beschermen data-integriteit, privacy en veiligheid door middel van vertrouwelijk computergebruik.

Het Penn Medicine-Intel resultaat werd bereikt door het verwerken van grote hoeveelheden gegevens in een gedecentraliseerd systeem. Dit gebeurde met behulp van Intel federated learning technologie in combinatie met Intel® Software Guard Extensions (SGX). Deze technologie neemt barrières weg voor het delen van data die in het verleden samenwerking bij soortgelijk kanker- en ziekteonderzoek in de weg stonden. Het systeem pakt tal van problemen met dataprivacy aan door de ruwe data binnen het eigen ziekenhuisnetwerk te houden en alleen toe te staan dat modelupdates, die op basis van die gegevens zijn berekend, naar een centrale server of aggregator worden gestuurd, en niet de ruwe data.

Radioloog prof. dr. Smits en biomedisch onderzoeker dr. Van der Voort van het Erasmus MC: “Vanuit het Erasmus MC konden we door deze federated learning studie bijdragen aan het verbeteren van automatische tumordetectie, zonder daarvoor patiëntgegevens te hoeven versturen. Automatische tumor detectie is een belangrijke stap voor het personaliseren en opvolgen van een behandeling, en om deze methodologie te ontwikkelen is het essentieel om data vanuit veel verschillende instituten te gebruiken. Met deze samenwerking hebben we dat eenvoudig kunnen doen, terwijl we wel zelf de controle konden houden over onze data.”

“Federated learning biedt een doorbraak in het waarborgen van veilige multi-institutionele samenwerkingen. Het maakt de toegang tot de grootste en meest diverse dataset mogelijk die ooit in de literatuur is gezien. En dat terwijl alle data te allen tijde binnen elke instelling zelf worden bewaard,” aldus senior auteur Spyridon Bakas, PhD, assistent-professor Pathologie & Laboratoriumgeneeskunde, en Radiologie, aan de Perelman School of Medicine van de Universiteit van Pennsylvania. “Hoe meer data we kunnen invoeren in modellen voor machine learning, hoe nauwkeuriger ze worden. Dat zal op zijn beurt ons vermogen verbeteren om zelfs zeldzame ziekten, zoals glioblastoom, te begrijpen en te behandelen.”

Om de behandeling van ziekten te verbeteren, moeten onderzoekers toegang krijgen tot grote hoeveelheden medische data – in de meeste gevallen datasets die de drempel overschrijden die één instelling kan produceren. Het onderzoek toont de effectiviteit aan van federated learning op schaal en de potentiële voordelen die de gezondheidszorg kan realiseren wanneer multisite datasilo’s worden ontsloten. Voordelen zijn onder meer vroege opsporing van ziekten, wat de kwaliteit van leven kan verbeteren of de levensduur van een patiënt kan verlengen.

De resultaten van het Penn Medicine-Intel Labs onderzoek zijn gepubliceerd in het peer-reviewed tijdschrift, Nature Communications.

###

Over het onderzoek
In 2020 kondigden Intel en Penn Medicine de overeenkomst aan om samen te werken en federated learning te gebruiken om tumordetectie te verbeteren en de behandelingsresultaten te verbeteren van een zeldzame vorm van kanker genaamd glioblastoma (GBM). Glioblastoma is de meest voorkomende en dodelijke hersentumor bij volwassenen met een mediane overleving van slechts 14 maanden na standaardbehandeling. Hoewel de behandelingsmogelijkheden de afgelopen 20 jaar zijn uitgebreid, is de totale overleving niet verbeterd. Het onderzoek werd gefinancierd door het Informatics Technology for Cancer Research programma van het National Cancer Institute van de National Institutes of Health.

Penn Medicine en 71 internationale instellingen voor gezondheidszorg/onderzoek gebruikten Intel’s federated learning hardware en software om de detectie van zeldzame kankergrenzen te verbeteren. Een nieuw geavanceerd AI-softwareplatform genaamd Federated Tumor Segmentation (FeTS) werd door radiologen gebruikt om de grens van een tumor te bepalen en de identificatie van de “operabele regio” van tumoren of “tumorkern” te verbeteren. Radiologen annoteerden hun gegevens en gebruikten open federated learning (OpenFL), een open source framework voor het trainen van machine learning-algoritmen, om de federated training uit te voeren. Het platform werd getraind op 3,7 miljoen beelden van 6.314 GBM-patiënten uit zes continenten, de grootste hersentumordataset tot nu toe.

Wat volgt: Met dit project hebben Intel Labs en Penn Medicine een proof of concept gecreëerd voor het gebruik van federated learning om kennis uit gegevens te halen. De oplossing kan de gezondheidszorg en andere studiegebieden aanzienlijk beïnvloeden, met name bij andere soorten kankeronderzoek. Intel heeft met name het OpenFL open source project ontwikkeld om klanten in staat te stellen realistische cross-silo federated learning toe te passen en vol vertrouwen in te zetten op Intel SGX. Daarnaast werd het nieuwe FeTS initiatief opgezet als een samenwerkingsnetwerk om een platform te bieden voor voortdurende ontwikkeling en om samenwerking aan te moedigen met het FeTS platform en Intel’s OpenFL open source toolkit, beide beschikbaar op GitHub.

Meer informatie: Intel Works with University of Pennsylvania in Using Privacy-Preserving AI to Identify Brain Tumors | Link naar paper | Perskit | Technische briefing | Video’s

Over Intel
Intel (Nasdaq: INTC) is een industrieleider die wereldveranderende technologie creëert die wereldwijde vooruitgang mogelijk maakt en levens verrijkt. Geïnspireerd door de Wet van Moore werkt Intel voortdurend aan het ontwerp en de productie van halfgeleiders om de grootste uitdagingen van zijn klanten aan te gaan. Door intelligentie in te bouwen in de cloud, netwerken, randapparatuur en elk type computer, ontketent Intel het potentieel van data om het bedrijfsleven en de maatschappij ten goede te veranderen. Ga voor meer informatie over Intels innovaties naar newsroom.intel.com en intel.com.

© Intel Corporation. Intel, het Intel logo en andere Intel merken zijn handelsmerken van Intel Corporation of haar dochterondernemingen. Andere namen en merken kunnen het eigendom zijn van anderen.