醫(yī)學(xué)影像 AI 經(jīng)歷近幾年的飛速發(fā)展，各類影像 AI 應(yīng)用層出不窮，什么樣的醫(yī)學(xué)影像人工智能是真正對(duì)臨床有價(jià)值的創(chuàng)新應(yīng)用？醫(yī)學(xué)影像 AI 科技的最前沿是什么？
6 月 17 日，上海科技大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院創(chuàng)始院長(zhǎng)、聯(lián)影智能聯(lián)席 CEO 沈定剛教授受邀參與動(dòng)脈網(wǎng)第六屆未來醫(yī)療 100 強(qiáng)大會(huì)“ AI +輔助診斷創(chuàng)新發(fā)展論壇”，作了以“醫(yī)學(xué)影像人工智能的創(chuàng)新應(yīng)用與發(fā)展前沿”為主題的演講。
沈定剛教授從醫(yī)療 AI 的發(fā)展、多場(chǎng)景多疾病全流程一體化診療案例和前沿技術(shù)展望三個(gè)方面展開。
醫(yī)學(xué)影像 AI 發(fā)展進(jìn)入快車道
近年來隨著政策的不斷推動(dòng)、科技的落地應(yīng)用和疫情的催化下，醫(yī)療行業(yè)正在進(jìn)入數(shù)智化的爆發(fā)期。醫(yī)學(xué)影像 AI 被認(rèn)為是醫(yī)療行業(yè)中最有可能率先實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的人工智能醫(yī)療領(lǐng)域。因此，包括美國(guó)、中國(guó)、歐盟等全球多個(gè)國(guó)家及地區(qū)都在大力推動(dòng)醫(yī)學(xué)影像AI的發(fā)展，相繼頒布了包括腦計(jì)劃在內(nèi)的相關(guān)行動(dòng)計(jì)劃。
在全球的共同期待和努力下，未來 5 年，醫(yī)學(xué)影像 AI 市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá) 2800 多億人民幣，其中亞太地區(qū)是全球市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)最高區(qū)域， 5 年內(nèi)被預(yù)測(cè)將突破千億，市場(chǎng)潛力巨大。而亞太地區(qū)最大最重要的市場(chǎng)無疑是中國(guó)。
在中國(guó)，無論從產(chǎn)業(yè)端、科研端還是三類證審批端，都印證了這一點(diǎn)。在產(chǎn)業(yè)端，十年前中國(guó)都是從國(guó)外進(jìn)口影像設(shè)備，尤其是MRI 1.5T 以上及核醫(yī)學(xué)設(shè)備。十年來，以聯(lián)影為代表的多家國(guó)產(chǎn)影像設(shè)備品牌崛起，打破了國(guó)外影像設(shè)備的壟斷，國(guó)產(chǎn)CT的占有率提高了近 30 %，高端設(shè)備的市場(chǎng)占有率也實(shí)現(xiàn)了從零到幾乎占據(jù)半壁江山，甚至有些國(guó)產(chǎn)設(shè)備（例如聯(lián)影的2米PET）做到了“世界唯一”，中國(guó)高端影像設(shè)備開始向海外輸。
在科研方面， 20 年前，國(guó)際頂級(jí)期刊和會(huì)議中很少有來自中國(guó)的文章，但是到了 14、15 年以后，文章發(fā)表數(shù)量直線上升，至今占有很大比例；越來越多的業(yè)內(nèi)頂尖學(xué)者投身醫(yī)學(xué)影像人工智能領(lǐng)域，越來越多的公司和醫(yī)院也開始積極參與醫(yī)學(xué)影像人工智能的合作研究。
在政策審批端， 2020 年以后，各類醫(yī)學(xué)影像 AI 產(chǎn)品相繼獲批 NMPA 三類證，包括肺結(jié)節(jié)、肺炎、骨折、心血管等各類產(chǎn)品，為大范圍商業(yè)化落地打下基礎(chǔ)，加速中國(guó)醫(yī)學(xué)影像 AI 的發(fā)展。
多場(chǎng)景、多疾病、全流程、一體化智能診療
隨著 AI 產(chǎn)品覆蓋的范圍越來越廣，與醫(yī)生實(shí)際工作結(jié)合得越來越緊密，我們發(fā)現(xiàn)，僅僅局限于單個(gè)部位或者單個(gè)場(chǎng)景的 AI 應(yīng)用還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足醫(yī)院實(shí)際的需求。只有做到多場(chǎng)景、多疾病、全流程、一體化的 AI 智能診療，才能開創(chuàng)一個(gè)新的診療時(shí)代。
以腦卒中救治為例，傳統(tǒng)的腦卒中救治流程，影像檢查復(fù)雜，且需要人工測(cè)算的量化信息多、耗時(shí)耗力。而腦卒中又是一個(gè)多科室合作會(huì)診的疾病，科室之間缺少一個(gè)高效協(xié)同的工具，會(huì)診效率低。
我們開發(fā)的腦卒中全生命周期智能管理系統(tǒng)，可以從早篩聯(lián)防、急診、急救、健康管理及科研方面提供幫助。早篩聯(lián)防方面，通過早期體檢， AI 系統(tǒng)可幫助評(píng)估腦血管疾病風(fēng)險(xiǎn)，篩查高風(fēng)險(xiǎn)人群，并提供詳盡的腦健康報(bào)告，幫助降低卒中風(fēng)險(xiǎn)。另外基于 AI 還可以構(gòu)建區(qū)域卒中高危人群大數(shù)據(jù)管理中心，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和大數(shù)據(jù)分析。
在急診場(chǎng)景下， AI 可以提供一站式的智能輔診，基于 CT 影像自動(dòng)判斷出血、缺血，基于 CTP、CTA 檢查自動(dòng)識(shí)別核心梗死區(qū)和責(zé)任血管。同時(shí) AI 可幫助進(jìn)行一站式智能危急分診、 MDT 會(huì)診，自動(dòng)把患者病況量化信息推送給 MDT 團(tuán)隊(duì)，多終端危急提示，讓醫(yī)生在移動(dòng)端也可隨時(shí)閱片。這樣一來，最快可以在5分鐘內(nèi)完成腦卒中診斷全流程，實(shí)現(xiàn)高效會(huì)診。
在急救場(chǎng)景下， AI 還能為臨床救治提供病灶3D定位以及量化信息，輔助臨床救治決策的規(guī)范化、精準(zhǔn)化。
在健康管理方面，尤其在預(yù)后隨訪時(shí)， AI 可給出精細(xì)的病灶變化對(duì)比曲線，全程智能追蹤、并且預(yù)測(cè)預(yù)后，幫助降低復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)。
在科研方面，在這樣一個(gè)全生命周期的腦卒中智能管理系統(tǒng)下，前沿科學(xué)探索及臨床轉(zhuǎn)化也將具有更多可能性。
除卒中以外，肺癌是國(guó)民健康的頭號(hào)殺手。 85% 的肺癌等到確診時(shí)已經(jīng)是晚期，如果能夠早期發(fā)現(xiàn)，肺癌患者的5年生存率可提高至少 60% 。
面對(duì)肺癌， AI 也能為肺癌患者構(gòu)建全流程一體化的智能健康管理。包括院前評(píng)估、篩查、診斷、治療與預(yù)后、隨訪。
院前評(píng)估環(huán)節(jié)， AI 通過用戶填寫的肺癌風(fēng)險(xiǎn)自查信息，可智能判別肺癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)幫助普及肺癌防治知識(shí)。區(qū)中心能夠通過這種大面積的智能篩選建立肺癌高風(fēng)險(xiǎn)人群數(shù)據(jù)庫(kù)，提醒高風(fēng)險(xiǎn)人群進(jìn)行定期健康體檢。
在檢查環(huán)節(jié)， AI 能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)拍片的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)不同醫(yī)院/體檢中心、不同區(qū)域之間的拍片質(zhì)量均質(zhì)化。 AI 通過 CT “一掃多查”，幫助檢查除肺癌以外的其他疾病。檢出肺結(jié)節(jié)后， AI 自動(dòng)評(píng)估良惡性并生成個(gè)性化的、解讀性高的肺健康評(píng)估報(bào)告，降低醫(yī)患溝通成本的同時(shí)讓受檢者更加注重自身健康管理。對(duì)于高危結(jié)節(jié)， AI 會(huì)根據(jù)進(jìn)一步檢查的 PET-CT ，評(píng)估肺癌分期。
在手術(shù)階段，醫(yī)生可以通過 AI 進(jìn)行術(shù)前模擬規(guī)劃、術(shù)中手術(shù)導(dǎo)航；術(shù)后， AI 能夠定期提醒患者復(fù)查，智能隨訪管理與療效評(píng)估。
產(chǎn)學(xué)研醫(yī)協(xié)作，推動(dòng)前沿科技發(fā)展
產(chǎn)學(xué)研醫(yī)協(xié)作，是推動(dòng)前沿科技發(fā)展的重要途徑。
2020 年起，聯(lián)影智能與中山大學(xué)腫瘤防治中心合作，研發(fā)基于深度學(xué)習(xí)的腦轉(zhuǎn)移瘤 AI 輔助檢測(cè)系統(tǒng)，并聯(lián)合多家醫(yī)院，進(jìn)行了多中心、多醫(yī)生閱片、前瞻性的驗(yàn)證研究。通過一千例多患者共一萬余個(gè)轉(zhuǎn)移瘤來訓(xùn)練及驗(yàn)證 AI 模型，結(jié)果顯示， AI 輔助后，在假陽(yáng)性沒有顯著變化的基礎(chǔ)上，所有閱片醫(yī)生檢測(cè)平均敏感性提高了 21% ，每例平均閱片時(shí)間減少了 40% 。該研究已在《神經(jīng)腫瘤學(xué)》雜志上在線發(fā)表，是目前為止在腦轉(zhuǎn)移瘤方面全球少有的成功的臨床-科研轉(zhuǎn)化案例。
在神經(jīng)影像前沿研究方面，我們進(jìn)行了 0-6 歲腦發(fā)育研究，這對(duì)幫助早期疾?。ɡ缱蚤]癥）的診斷非常重要。由于嬰兒腦影像跟成人有較大的差異，需要特有的算法。經(jīng)過多年的研究，我們開發(fā)了一整套基于 AI 的分析算法，用于精準(zhǔn)的組織分割、表面重建、球面映射等，提取定量形態(tài)學(xué)特征，例如皮層厚度，旨在描繪腦皮層厚度在出生后 24 個(gè)月內(nèi)的發(fā)育軌跡，并且根據(jù)發(fā)育軌跡，劃分腦區(qū)，指導(dǎo)后續(xù)的腦功能發(fā)育研究。
在腦圖譜與神經(jīng)退行性疾病的研究方面，我們團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了“中國(guó)人腦圖譜研究科創(chuàng)平臺(tái)”的多模態(tài) CT/MRI/PET 數(shù)據(jù)采集、質(zhì)控及分析工作，幫助構(gòu)建 20-80 歲腦圖譜。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)牽頭國(guó)家自然科學(xué)資金重點(diǎn)項(xiàng)目“基于多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像智能融合的 AD 早期診斷評(píng)價(jià)模型研究”，利用 AI 進(jìn)行 MR 的快速采集，學(xué)習(xí) MR 與 CT 、與 PET 的表征關(guān)系，進(jìn)行有效融合，用于老年癡呆癥的早期診斷。在實(shí)際使用時(shí)，我們只要快速采集 MR ，利用 AI 學(xué)習(xí)好的 MR 與 PET/CT 的關(guān)系，生成 PET/CT ，然后利用訓(xùn)練好的多模態(tài)分類器，進(jìn)行老年癡呆癥的快速診斷，致力于實(shí)現(xiàn)從影像采集到最后診斷在幾分鐘內(nèi)完成。
為了繪制中國(guó)人腦圖譜，我們與國(guó)內(nèi)多家頂級(jí)三甲醫(yī)院合作，建立了腦科學(xué)創(chuàng)新轉(zhuǎn)化平臺(tái)。在我們的腦科學(xué)平臺(tái)里，全部使用聯(lián)影自主研發(fā)的已經(jīng)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平的高端科研型多模態(tài)影像設(shè)備，為動(dòng)物研究、臨床科研、前瞻科研提供重要影像學(xué)技術(shù)手段及參考依據(jù)。在優(yōu)質(zhì)影像數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，我們研發(fā)了“腦數(shù)據(jù)分析平臺(tái)”、“腦疾病診療平臺(tái)”，用于老年癡呆癥、腦轉(zhuǎn)移瘤、腦小血管病的智能輔助診斷。通過這樣的產(chǎn)學(xué)研醫(yī)協(xié)作，可以真正打通學(xué)術(shù)界、醫(yī)學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界，形成一個(gè)自主創(chuàng)新、深度協(xié)同的創(chuàng)新生態(tài)。
大腦就像宇宙一樣有無窮無盡的奧秘在等我們?nèi)ヌ剿?，未來，腦科學(xué)可能不僅僅是存在于科研論文里或是電腦屏幕里，它還可能突破次元，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元宇宙。
而目前，事實(shí)上我們已經(jīng)具備實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元宇宙的一些技術(shù)基礎(chǔ)。比如在腦疾病診斷方面， AI 已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)病灶的自動(dòng)檢測(cè)分割，定性定量分析，為醫(yī)生提供疾病診斷的參考依據(jù)；在腦疾病治療方面，術(shù)前， AI 可以提供三維可視化術(shù)前規(guī)劃，一鍵完成診斷級(jí)的病灶和病變所在器官的三維重建，提供豐富的 3D 編輯工具以協(xié)助醫(yī)生完成手術(shù)規(guī)劃、模擬手術(shù)方案，并給出規(guī)劃所需的量化數(shù)值參考，幫助醫(yī)生驗(yàn)證治療策略和預(yù)測(cè)預(yù)后；術(shù)中，結(jié)合 AR、VR 等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)術(shù)中影像 3D 實(shí)時(shí)分析，虛擬遠(yuǎn)程手術(shù)指導(dǎo)，遠(yuǎn)程操作手術(shù)機(jī)器人等等；治療后，通過AI結(jié)構(gòu)量化與網(wǎng)絡(luò)評(píng)估、 AI 代謝組學(xué)、 AI 影像組學(xué)等分析，再結(jié)合 AR、VR 等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)全身動(dòng)態(tài)評(píng)估，幫助醫(yī)生全面掌握治療情況，患者更能沉浸式地了解自己的健康狀況，幫助醫(yī)患更好地溝通交流。
隨著醫(yī)療水平和現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，醫(yī)療AI的未來一定是多場(chǎng)景、多疾病、全流程、一體化的智能診療。希望未來能夠有更深遠(yuǎn)的產(chǎn)學(xué)研醫(yī)協(xié)作，共同推動(dòng)前沿生命科技發(fā)展。
