JP2021519479A - 遺伝子検査とゲノム検査を識別するための人工知能と機械学習プラットフォーム - Google Patents
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Abstract
Description
一実施形態では、プラットフォームは、人工知能/機械学習(AI/ML)ベースの「患者にとって最も適切な遺伝子検査を見つけるマッチングプラットフォーム」であり、これによって、健康志向の個人又は患者からの特定のガイド付き入力に基づいて、特定の遺伝子検査を行う必要があり、関連性があって、タイムリーで具体的且つ実用的な洞察が提供され、予防又は治療に関する情報に基づいた決定を下すことができる。プラットフォームの特徴と利点は以下の通りである。
・個人の病歴
・癌の種類
・診断の年齢
・サブタイプ(例えば、三種陰性)
・関連病態
・腫瘍検査結果(例えば、結腸癌、子宮癌)
・家族の病歴
・癌の種類
・パターン(例えば、どの2種の癌が一緒であるか)
・癌診断の年齢(例えば、脳癌<18歳、胃癌<40歳)
・癌履歴のある親族の数
・結腸ポリープの履歴(例えば、10より多いか少ない)
・特定された家族性遺伝子変異の履歴
・個人の病歴
・年齢−母親と父親
・民族性
・妊娠歴
・自然妊娠
・生殖補助技術(例えば、IVF、精子又は卵子提供者)
・受精能の問題
・再発性妊娠損失
・家族の病歴
・染色体異常(例えば、ダウン症候群)
・先天性欠損
・遺伝性障害
・血液障害(例えば、サラセミア、鎌状赤血球貧血)
・嚢胞性線維症、脊髄性筋萎縮症
・盲目と難聴
・心臓欠陥
プラットフォームでは機械学習を利用して、遺伝カウンセラーの専門知識と彼らの患者分析における日常業務をシミュレートする。図1を参照すると、ルーチンとマッチング出力からのデータをML/AI独自のルールエンジンに入力し、推奨すべき適切な遺伝子検査を決定する。
実施例1:遺伝子検査マッチングプラットフォームの使用:遺伝性癌
次に、遺伝性癌に関連する適切な遺伝子検査の識別に関して、AI/MLプラットフォームの一実施形態の使用例について説明する。個人及び患者向けにカスタマイズされた結果を受け取るために、例えば、潜在的な被験者が情報を電子ポータルに入力して、以下のデータをプラットフォームによって把握することができる。
年齢、性別(生物学的)、民族性−アシュケナージ系ユダヤ人、南アジア人、ヒスパニック系、黒人/アフリカ系アメリカ人、東南アジア人/太平洋諸島民、白人/コーカサス人、その他(この例では、ユーザーとして64歳の男性(民族性:黒人及びヒスパニック系)を選択)。
どの種類の癌と診断されたか(Yesを選択すると、次の選択肢が表示される)。
該当するものを全て選択:脳癌、乳癌、結腸直腸癌、腎臓癌、黒色腫、膵臓癌、前立腺癌、皮膚癌(非黒色腫)、胃癌、甲状腺癌、子宮癌/子宮内膜癌、その他(各選択肢には、診断の特定の年齢を尋ねるサブ選択肢がある)。
前立腺癌は高悪性度と見なされるか、又はグリーソンスコアが7以上であるか(ここではプラットフォームが複雑な用語の定義を詳しく説明できるため、この場合、グリーソンスコアとは何かに関するツールチップがある)。
個人と家族の癌履歴の詳細によって、プラットフォームのバックエンドで一連の動作が行われる。この場合、ユーザーが個人の履歴から前立腺癌を選択することにより、ルールエンジンは、回答に基づいて尋ねるべき一連の質問を特定し、関連する遺伝子検査を提案する。図9は、ルールエンジンが従う、前立腺癌に関連する手続き上の質問フローを表すフローチャートを示す。
次に、生殖遺伝学に関連する適切な遺伝子検査を識別することに関して、AI/MLプラットフォームの一実施形態の使用例について説明する。
この妊娠は体外受精(IVF)によってなされたか。選択に基づき、評価において、ユーザーは異なる質問のセットを受ける。
しかし、精子提供者の質問に対して「Yes」を選択すると、プラットフォームは次のように質問する:提供時に精子提供者は40歳以上であったか。Yes、No、不明、及び確信が持てない−確認する必要あり。
この質問に「No」を選択すると、次の質問は、あなた又はあなたの精子提供者は劣性遺伝性病態の家族歴があるか。(幾つかの劣性遺伝性病態の例としては、嚢胞性線維症、鎌状赤血球症、脊髄性筋萎縮症、αサラセミアが挙げられる)。(複雑な用語を持つ他の質問と同様に、ユーザーを手助けするため、プラットフォームは劣性遺伝性病態の意味を説明するツールチップを提供する)。
ユーザーの妊娠履歴の詳細(自然妊娠と生殖補助医療)と遺伝性障害の家族歴によって、プラットフォームのバックエンドで独自の一連の動作が推進される。男性ユーザーと女性ユーザーではフローが異なる。更に、ユーザー/パートナーが妊娠しているか否かによって質問が変わる。ユーザーが妊娠しているが、生殖補助医療を利用している場合、フローは自然妊娠している可能性のあるユーザーとは更に異なる。
人々が健康問題を早期に発見できない主な理由の一つは、意識と教育の欠如である。癌の場合、教育を受けて接し、リスクが高いかどうかを判断できるようにすることが重要である。その場合、一般集団の年齢に基づくスクリーニングガイドラインを変更し、癌を早期に発見するか、又は生活習慣を変えて癌を予防できるようにすることができる。生殖遺伝学の場合、保因者スクリーニング、出生前検査、場合によっては着床前遺伝子検査によって、家族で発生する可能性のある遺伝性障害を予防又は管理できることがある。
専門家協会ガイドライン−生殖遺伝学
米国産科婦人科学会(ACOG)。ACOG Practice Bulletin No.78:妊娠中の異常ヘモグロビン症。
米国産科婦人科学会(ACOG)。ACOG Practice Bulletin No.138:妊娠中の遺伝性血栓性素因。
米国産科婦人科学会(ACOG)。ACOG Practice Bulletin No.200:早期の妊娠喪失。
米国産科婦人科学会(ACOG)。ACOG Committee Opinion No.640:胎児異数性の無細胞DNAスクリーニング。
米国産科婦人科学会(ACOG)。ACOG Committee Opinion No.690:ゲノム医学の時代における保因者スクリーニング。
米国産科婦人科学会(ACOG)。ACOG Committee Opinion No.691:遺伝性病態の保因者スクリーニング。
米国生殖医学会議(ASRM)。不育症の評価と治療:委員会の意見。
米国生殖医学会議(ASRM)。不妊症と不育症の定義:委員会の意見。
米国生殖医学会議(ASRM)。不妊男性の診断評価:委員会の意見。
Practice Bulletinに関する米国産科婦人科学会の委員会−産科、遺伝学委員会、母体胎児医学会議。Practice Bulletin No.162:遺伝性障害の出生前診断検査。
Practice Bulletinに関する米国産科婦人科学会の委員会−産科、遺伝学委員会、及び母体胎児医学会議。Practice Bulletin No.163:胎児異数性のスクリーニング。
リンチ症候群:
1.Ulmar A, et al. Revised Bethesda Guidelines for Hereditary Nonpolyposis Colorectal cancer (Lynch Syndrome) and Microsatellite Instability. J Natl Cancer Inst. 2004 February 18; 96 (4): 261-268.
2.ベセスダガイドライン
3.アムステルダム基準
1.BRCA関連癌:リスク評価、遺伝カウンセリング、及び遺伝子検査。2013年(現在更新中)
2.前立腺癌:スクリーニング。2018年5月
3.乳癌スクリーニング。2016年
4.結腸直腸癌スクリーニング。2016年
5.卵巣癌スクリーニング:2018年
6.膵臓癌スクリーニング:2004年
1.NCCN遺伝性/家族性癌の高リスク評価:乳癌と卵巣癌。バージョン3.2019年。
2.NCCN乳癌リスクの軽減。バージョン1.2019年。
3.NCCN乳癌のスクリーニングと診断。バージョン3.2018年。
4.NSGC診療ガイドライン:遺伝性乳癌と卵巣癌のリスク評価と遺伝カウンセリング。(Berliner, J.L., Fay, A.M., Cummings, S.A. et al. J Genet Counsel (2013) 22: 155.)
5.Oeffinger KC, Fontham ETH, Etzioni R, et al. Breast Cancer Screening for Women at Average Risk: 2015 Guideline Update From the American Cancer Society. JAMA. 2015;314(15):1599-1614.
1.NCCN遺伝性/家族性癌の高リスク評価:乳癌と卵巣癌。バージョン3.2019年。
2.NSGC診療ガイドライン:遺伝性乳癌と卵巣癌のリスク評価と遺伝カウンセリング。(Berliner, J.L., Fay, A.M., Cummings, S.A. et al. J Genet Counsel (2013) 22: 155.)
3.遺伝性婦人科癌素因のリスク評価に関する婦人科腫瘍学会の声明。
1.NCCN結腸直腸癌のスクリーニング。バージョン1.2018年。
3.Wolf A, Fontham E, Church T, et al. Colorectal cancer screening for average-risk adults: 2018 guideline update from the American Cancer Society. CA: A Cancer Journal for Clinicians/ Volume 68, Issue 4. 30 May 2018。
1.NCCN膵臓腺癌−バージョン1.2019年。
1.NCCN前立腺癌−バージョン4.2018年。
2.Wolf A, Wender R, Etzioni R, et al. American Cancer Society Guideline for the Early Detection of Prostate Cancer: Update 2010. CA: A Cancer Journal for Clinicians/ Volume 60, Issue 2.
1.NCCN甲状腺癌−バージョン2.2018年。
1.NCCN子宮腫瘍−バージョン2.2019年。
1.NCCN胃癌−バージョン2.2018年。
1.NCCN神経内分泌腫瘍と副腎腫瘍−バージョン4.2018年。
1.NCCNブドウ膜黒色腫−バージョン1.2018年。
2.NCCN皮膚黒色腫−バージョン1.2019年。
幾つかの例では、上述の処理の一部又は全ては、パーソナルコンピューティングデバイスで、1個以上の集中型コンピューティングデバイスで、又は1個以上のサーバーによるクラウドベースの処理を介して実行することができる。幾つかの例では、一部の種類の処理があるデバイスで行われ、他の種類の処理が別のデバイスで行われる。幾つかの例では、上述のデータの一部又は全ては、パーソナルコンピューティングデバイス、1個以上の集中型コンピューティングデバイスにホストされるデータストレージ、又はクラウドベースのストレージを介して保存することができる。幾つかの例では、一部のデータをある場所に保存し、他のデータを別の場所に保存する。幾つかの例では、量子計算を使用することができる。幾つかの例では、関数型プログラミング言語を使用することができる。幾つかの例では、フラッシュベースのメモリ等の電気メモリを使用することができる。
本明細書で使用されている表現や用語は、説明を目的としたものであり、限定的なものと見なされるべきではない。
Claims (20)
- 遺伝子検査の識別性を改善するためにコンピュータによって実行される方法であって、
健康関連変数の複数の異なる組み合わせを考慮した推奨遺伝子検査を含む第1の入力を受け取ることと、
利用可能な遺伝子検査に関する情報を含む第2の入力を受け取ることと、
前記第1の入力と前記第2の入力に基づいて、前記健康関連変数の異なる組み合わせと前記利用可能な遺伝子検査との間の複数のマッピングを含むルールのセットを生成することと、
前記ルールのセットを訓練データとして使用して分類器を訓練することと、
前記健康関連変数の複数の異なる組み合わせには含まれない組み合わせである、健康関連変数の第1の組み合わせを含む第3の入力を受け取ることと、
前記健康関連変数の第1の組み合わせを前記分類器への入力として提供することと、
前記分類器への入力に基づき、前記分類器からの出力として、前記利用可能な遺伝子検査から1種以上の推奨される遺伝子検査を受け取ることと
を含む方法。 - 健康関連変数の特定の組み合わせは、年齢、民族性、性別、個人の病歴及び家族の病歴を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の入力は複数の遺伝カウンセラーから受け取る、請求項1に記載の方法。
- 前記第1の入力を構造化して、各々が特定の遺伝子検査の推奨につながる複数の一般的なパスを含む構造化第1入力を構築することを更に含み、前記ルールのセットを生成することは、前記構造化第1入力をルール生成ツールへの入力として提供することと、出力として前記ルールのセットを受け取ることを含む、請求項1に記載の方法。
- 前記第2の入力を構造化して、遺伝子/遺伝子パネルと異なる遺伝性病態との間の複数の相関関係を含む構造化第2入力を構築することを更に含み、前記ルールのセットを生成することは、前記構造化第2入力をルール生成ツールへの入力として提供することと、出力として前記ルールのセットを受け取ることを含む、請求項1に記載の方法。
- 1種以上の医療ガイドラインのセットを含む第4の入力を受け取ることと、
前記1種以上の医療ガイドラインのセットに適用される健康関連変数の異なる組み合わせに基づいて複数のシナリオを特定することを更に含み、
前記ルールのセットを生成することは、前記複数のシナリオの各シナリオについてルールのサブセットを生成することを含む、請求項1に記載の方法。 - 前記遺伝子検査は、遺伝性癌を特定するための遺伝子検査及び/又は生殖遺伝学に関連する検査を含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ルールのセットを使用して前記分類器を訓練することは、決定木分類器への入力として前記ルールのセットを提供することと、ランダムフォレストアルゴリズムを利用することを含む、請求項1に記載の方法。
- 複数の質問をユーザーに提示して、ユーザーから前記健康関連変数の第1の組み合わせを収集するように構成されたユーザーインターフェースを提供することを更に含む、請求項1に記載の方法。
- 前記ユーザーインターフェースは、前記1種以上の推奨される遺伝子検査を前記ユーザーに提示するように更に構成されている、請求項9に記載の方法。
- 遺伝子検査の識別性を改善するためのシステムであって、
プロセッサと、
前記プロセッサによって実行されると、複数の動作を実施するように前記プロセッサをプログラムするコンピュータ実行可能命令を保存するメモリとを含むシステムにおいて、前記動作は、
健康関連変数の複数の異なる組み合わせを考慮した推奨遺伝子検査を含む第1の入力を受け取ることと、
利用可能な遺伝子検査に関する情報を含む第2の入力を受け取ることと、
前記第1の入力と前記第2の入力に基づいて、前記健康関連変数の異なる組み合わせと前記利用可能な遺伝子検査との間の複数のマッピングを含むルールのセットを生成することと、
前記ルールのセットを訓練データとして使用して分類器を訓練することと、
健康関連変数の第1の組み合わせであって、前記健康関連変数の複数の異なる組み合わせには含まれない第1の組み合わせを含む第3の入力を受け取ることと、
前記健康関連変数の第1の組み合わせを前記分類器への入力として提供することと、
前記分類器への入力に基づき、前記分類器からの出力として、前記利用可能な遺伝子検査から1種以上の推奨される遺伝子検査を受け取ることを含むシステム。 - 健康関連変数の特定の組み合わせは、年齢、民族性、性別、個人の病歴及び家族の病歴を含む、請求項11に記載のシステム。
- 前記第1の入力は複数の遺伝カウンセラーから受け取る、請求項11に記載のシステム。
- 前記動作は、前記第1の入力を構造化して、各々が特定の遺伝子検査の推奨につながる複数の一般的なパスを含む構造化第1入力を構築することを更に含み、前記ルールのセットを生成することは、前記構造化第1入力をルール生成ツールへの入力として提供することと、出力として前記ルールのセットを受け取ることを含む、請求項11に記載のシステム。
- 前記動作は、前記第2の入力を構造化して、遺伝子/遺伝子パネルと異なる遺伝性病態との間の複数の相関関係を含む構造化第2入力を構築することを更に含み、前記ルールのセットを生成することは、前記構造化第2入力をルール生成ツールへの入力として提供することと、出力として前記ルールのセットを受け取ることを含む、請求項11に記載のシステム。
- 前記動作は、
1種以上の医療ガイドラインのセットを含む第4の入力を受け取ることと、
前記1種以上の医療ガイドラインのセットに適用される健康関連変数の異なる組み合わせに基づいて複数のシナリオを特定することを更に含み、
前記ルールのセットを生成することは、前記複数のシナリオの各シナリオについてルールのサブセットを生成することを含む、請求項11に記載のシステム。 - 前記遺伝子検査は、遺伝性癌を特定するための遺伝子検査及び/又は生殖遺伝学に関連する検査を含む、請求項11に記載のシステム。
- 前記ルールのセットを使用して前記分類器を訓練することは、決定木分類器への入力として前記ルールのセットを提供することと、ランダムフォレストアルゴリズムを利用することを含む、請求項11に記載のシステム。
- 前記動作は、複数の質問をユーザーに提示して、ユーザーから前記健康関連変数の第1の組み合わせを収集するように構成されたユーザーインターフェースを提供することを更に含む、請求項11に記載のシステム。
- 前記ユーザーインターフェースは、前記1種以上の推奨される遺伝子検査を前記ユーザーに提示するように更に構成されている、請求項19に記載のシステム。
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