人工智能(AI)技術,為越來越多的應用領域帶來無法想象的驚喜。而當人工智能與醫學影像技術結合,攜手結腸腺瘤篩查,會給患者帶來怎樣的福音?我區有一支科研團隊正在對此進行驗證,研發出相關智能系統,取得了令人振奮的成果。
人類用肉眼識別人臉的成功率為97.52%,而人工智能(AI)的成功率為99.99%;阿爾法狗下過幾百萬盤對局,世界冠軍常昊總共下過幾千盤棋;谷歌的無人駕駛汽車已經行駛了130萬多英里,只發生了一起事故……人工智能技術,為越來越多的應用領域帶來無法想象的驚喜。
內鏡醫生好幫手
“發現2處結腸息肉,建議切除。”近日,在內蒙古自治區人民醫院內鏡中心,一臺裝有人工智能系統的結腸內鏡實時準確標注出有病變的部位,醫生根據輔助檢查系統的提示,迅速為患者切除了2處3-4毫米的微小息肉。
“這款人工智能系統是團隊自主研發的第4代產品,將計算機輔助診斷添加在內鏡檢查中,更有利于發現小于5毫米以內的小隆起,將疾病扼殺在搖籃里。”研發團隊帶頭人、內鏡中心主任趙貴君介紹說,智能輔助系統就如同為普通的腸鏡檢查安裝了一個實時的會思考的“大腦”,去監測和提高常規結腸鏡檢查的質量。
相比人腦,大數據時代的人工智能最大的優勢在于,可以處理和儲存海量數據,在對大數據進行學習的基礎上,通過模擬思維,對數據進行歸納、總結,并由此產生對同類事物進行判斷的本領。
但是,比起其他醫學領域,人工智能用于消化內科顯得更加艱難。因為,從靜態影像到動態視頻,對于人工智能系統來說,難度是指數級增加的。
盡管如此,趙貴君認為,將人工智能技術引入內鏡檢查不僅很有必要,而且意義重大。
2017年中國城市癌癥數據報告顯示,大腸癌已經成為我國高發癌,發病率位于男性癌癥第5位、女性癌癥第3位。我區大腸癌發病率更是居高不下,飲食結構特殊,好飲酒、高鹽飲食、動物脂肪攝入高、蔬菜攝入低,是腸道息肉、腸道腺瘤高發地區。
“及時發現與鑒別結直腸息肉,提升結直腸腫瘤早篩水平,是對抗結直腸癌的關鍵。”趙貴君告訴記者,結直腸癌是一種早期和晚期死亡率相差極大的癌癥,早期結直腸癌患者生存率能夠達到90%,幾乎只要發現就能痊愈;而晚期結直腸癌患者生存率卻只有僅僅20%。
腸鏡篩查是結直腸癌早期發現的最有效和最可靠手段,然而,受到結腸結構、病變差異和就診量大、退鏡時間不足、設備差異等各種原因造成的漏診還是時常存在。我國每年消化內鏡檢查超過6000萬例,內鏡下腸息肉漏診率高達30%。
如何避免漏診,盡早發現結直腸病變并進行干預治療,是內鏡醫生和患者共同的心愿。
“內鏡診察是一門專業性很強的技術,訓練一名能獨立且熟練操作結直腸鏡的醫生通常需要幾年的時間。研發該系統的初衷,就是想要讓這個智能系統更好地幫助新手醫生。”趙貴君說。
2017年,趙貴君帶領團隊,邁出了運用人工智能技術輔助消化內鏡檢查的第一步。
腺瘤檢出率提升9%
“研發歷程是艱難而漫長的,我們用超過22萬例腸道息肉圖像訓練系統,并發動科室主要醫生參與息肉標注工作。還要確保每天持續增加新的數據,長期持續優化系統。”趙貴君說,訓練系統只是邁出了第一步,臨床場景使用還有很多實際的問題需要解決。
首先是2塊顯示器帶來的困擾——人工智能信號與原始信號兩個顯示器在肉眼感官下必須保持同步對實時性要求。
日常我們看的視頻每秒約為30幀,內鏡檢查時視頻信號為每秒60幀。人工智能需要對每一幀信號進行處理,必然會造成延遲。根據實踐經驗,當處理延遲超過約0.05秒,也就是延時超過1.5幀時,操作醫生就會有明顯的卡頓感,新手醫生對此感覺更強烈。
必須降低每一幀圖像的處理時間,讓兩個顯示器在肉眼感官下保持同步。經過團隊的不懈努力,目前單幀處理時間約為23至30毫秒,延遲小于1幀。實現了肉眼感官一致的同步性要求。
那么,對于病變的反應速度,人工智能是否能先于醫生發現并且做出提示?
目前,技術可以實時檢測出腸息肉位置并初步判斷息肉性質,通過實時的視頻檢測分析,能夠在100毫秒內完成人工智能診斷,并在視頻中實時圈出腫瘤位置,方便醫生在內鏡操作過程中實時查看。
從第1代到第4代,經過2年多的臨床使用和訓練,系統變得越來越“聰明”——腺瘤檢出率(ADR)以及每位患者的平均腺瘤檢出數明顯增加,并且發現了更多潛在危險性病變。
從2019年起,內蒙古自治區人民醫院內鏡中心利用人工智能輔助腸鏡手術例數超過1700例,2間診室腺瘤檢出率超過34%。另外,隨機抽取2間診室進行常規腸鏡檢查,約1650例腸鏡手術,統計得到腺瘤檢出率為25%,人工智能檢出率提升了9%,比對結果令人振奮。
“實時檢測出腸息肉位置只是第一步,目前,系統還缺少對于病變性質的鑒別。”未來,趙貴君希望這個智能系統能夠在息肉分析和識別功能領域發揮更大的應用價值,讓腸道息肉實時分型盡快走上臨床,讓更多患者受益。
“有人問,未來人工智能可能取代內鏡醫生嗎?我只能說,‘人工智能》內鏡醫生’是個偽命題。而真命題應該是‘人工智能+內鏡醫生》內鏡醫生’。”趙貴君笑著說。
我們相信,探索的步伐不會停止。在不久的將來,在醫生和工程師的共同努力下,在越來越多的病種篩查領域里,人工智能輔助系統必將大展身手。
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