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消化内镜——人工智能(AI)新战场

时间:2018-03-10 11:02 来源:未知 作者:admin666

‍‍‍‍作者:尊镜团队(吴刚孙震薛润国苏彬姜鸿雁)‍‍‍‍

‍‍本文由作‍‍‍‍者授权医脉‍‍通发布,未经授权请勿转载。‍‍‍‍


背景


1955年美国西部计算机联合大会在洛杉矶召开,会议内容中有个小会主题为:学习机讨论会。其中两位学者也参加了1956年著名的达特茅斯会议。人工智能(AI)时代也为此展开随后几十年的斗争演变。


给一门学科界定范围很难,尤其是这门学科还在快速变化中,即使是数学这样成熟学科,有时也理不清边界。而像人工智能这样朝令夕改的就更难闹清了。人工智能的定义素无共识。可存在机械系、电子系、计算机系、甚至哲学。如果非要按个界定,笔者认为杂交学科较为适合。


话题


人工智能真正普及我国大众时,是由一款围棋人工智能程序AlphaGo(阿尔法围棋)开始,随之迅速漫延登顶世界最热话题,并预示着人工智能时代已经到来。


2015年10月AlphaGo以5:0完胜欧洲围棋冠军、职业二段选手樊麾。


2016年3月挑战世界围棋冠军、职业九段选手李世石。最后以4:1结束了这场“战争”。


2016年12月29日至2017年1月4日,AlphaGo注册为“master”、标注为韩国九段的“网络棋手”接连“踢馆”弈城网和野狐网。疯狂横扫人类顶尖高手,最终战绩为60胜0负。


2017年5月23日-27日AlphaGo在“中国乌镇·围棋峰会”对战柯洁(中国围棋职业九段棋手,世界最年轻围棋三冠王)。5月27日AlphaGo以总分3:0完胜后宣布退役。


2017年10月19日,在国际学术期刊(Nature)上发表的一篇研究论文中报道,新版程序AlphaGo Zero诞生,并以100:0的战绩击败“前辈”AlphaGo。


消化内镜——人工智能(AI)新战场


提起医学影像人工智能,人们往往想起放射科计算机辅助/自动阅片,比如肺结节自动识别等项目。放射科的人工智能辅助诊断相关领域吸引了大量的医疗机构、跨国公司和创业公司投入研发和商业化。而医学影像的范畴远远不止放射影像,还有病理、眼底和内窥镜等。从数据规模和临床需求的增长角度,内窥镜中的消化内镜影像则是最炙手可热的领域,同时也引全球无数AI英雄竞折腰。2017年下半年,消化内镜相关的AI领域可谓热闹非凡。



五月,据《日本经济新闻》5月23日报道,日本富士胶片和奥林巴斯将与医师等组成的学会等合作,开发出在使用内窥镜的检查中,由人工智能(AI)自动判断胃癌等可疑病症的技术,计划最早将于2020年投入实际应用。双方计划利用来自东京地区若干家医院的30万张胃和肠道的内镜图像,先进行标记然后进行深度学习训练和人工智能的开发。奥林巴斯和富士公司是全球消化内镜的领导厂商,行业内互为最大竞争对手的双方居然在AI领域宣布合作开发,无疑是对消化内镜人工智能产品和该产业的一个积极信号。



七月,日本国家癌症中心和NEC公司宣布开发出在结肠内窥镜中自动诊断息肉的人工智能,通过14万张结肠内镜的图像训练人工智能,测试5000张结肠内镜图像,获得了高达98%的精确度,并宣布2019年正式进入临床实验。



八月,腾讯公司发布觅影产品,着力于食道癌早期人工智能筛查,并在广西自治区人民医院上线使用。根据腾讯觅影网站公布的数据,该系统可以实现90%的识别准确率,87%的敏感度和99%的特异度。目前,食道癌的早期筛查困难,并无统一有效的筛查方式。如果腾讯公司能够研发出适合食道癌的早筛手段,那无疑是医学界的重大进步,也是能够改写临床指南的重大创新。



同样八月,四川大学华西医院建立人工智能研发中心。并发布了人工智能消化内镜产品能够在胃镜下对息肉、肿瘤和静脉曲张进行准确识别的,准确率分别达到92.7%、93.9%和96.8%。



十月,四川省人民医院在世界胃肠病学大会(WCOG)上发表了对消化内镜AI辅助诊断的大型前瞻临床实验的主旨演讲。其中验证了上海忤合公司研发的实时监测系统对结直肠癌前病变的检出率达到100%,逐帧特异性敏感性均高于94%,AUC值高达0.991,每秒可检测25帧画面。该成果获得北美胃肠病学会(ACG)颁发的唯一国际大奖。这是消化内科临床界权威第一次认可AI辅助诊断产品的临床价值。随后,哈佛医学院也加入了对该产品的临床实验。



十二月,央视网消息,日本公布了一项人工智能成果,利用人工智能技术,不到一秒就可以测出,大肠息肉是否存在癌变。应用放大500倍的内窥镜深入患者肠胃,人工智能系统就可以在0.3秒内识别出内窥镜中的大肠息肉是否存在癌变。据了解,这套人工智能大肠癌诊断系统目前已在日本六家医院展开临床试验,并有望在2018年内获得日本有关医药监管部门的使用许可。


虽然临床界对AI辅助诊断的技术和产品保持着非常保守和谨慎的态度,但这并不影响消化内镜成为医学影像AI领域的火热战场,中美日医疗器械厂商、医疗机构以及AI创业公司纷纷投入开发和临床实验,不断有新的产品发布,并且已经开始有征服临床界最高权威的产品出现。笔者分析有以下原因:


1. 消化道癌症的发病率的增长:根据世界卫生组织统计,胃癌、结直肠癌和食道癌三种最主要的消化道癌症均列于全球高发癌症前六名,在中国分列第二、第四和第五名,总和远超肺癌。这三种消化道癌症在中国的发病率均呈上升趋势。消化道癌症均属于粘膜病变,早期发现的治愈率极高,所以早筛的意义重大,发达国家如美国和日本都有国家级的筛查计划,例如美国在过去的十年通过结肠镜对适龄人口的筛查工作大幅度降低了结直肠癌的发病率,于是美国癌症中心计划在未来的十年要将肠癌筛查普及到80%的适龄人口。而在中国的大型三甲医院,每一个消化内科或内镜中心都是人满为患,预约胃肠镜的检查的等待时间往往都是以周来计算,通过人工智能手段辅助消化道癌症的早期发现和诊断,将极大地提高筛查和检查的效率,解决医疗资源相对有限且分布不均的矛盾。


2. 消化内镜是临床诊断和治疗的核心环节:与放射科的阅片业务相比,消化内镜是消化道病变筛查和诊断的金标准,也是微创和无创治疗的主要手段。围绕消化内镜开发的人工智能产品将具备更为核心的临床价值,比如早癌及癌前病变的自动检测系统将直接提高早癌检出率,从而有效地减少癌症死亡率。人工智能可以深入到消化内镜诊断和治疗的各个环节,更具备作为独立医疗器械产品的临床价值和商业变现能力。


3. 消化内镜本身的技术更新迅速:消化内镜通过自然腔道进入人体进行诊断和治疗,是无创和微创手术方式的创新平台,越来越多的手术迁移到消化内镜平台上,甚至包括阑尾、胆囊等器官的切除和治疗,都可以在消化内镜下完成。同时消化内镜提供特殊光源,放大镜,甚至显微镜的观察方式,这为医学对疾病病理的研究提供了丰富的手段,同时也为人工智能的用武之地提供了更广阔的空间。


当然,消化内镜人工智能的发展也具备一定的不利因素,诸如公开数据集少、病兆形态特征复杂,标注成本高、产品实时性要求高等等。目前全球范围内基于公开资料统计,投入消化内镜人工智能开发的科研单位、医疗机构和企业还不超过30家。笔者相信会有更多的组织将加入该行列,并且这些困难在巨大的临床价值和商业价值的驱动下,都将一一被创新者所克服。


参考链接:

[1]https://asia.nikkei.com/Business/Trends/Fujifilm-Olympus-to-use-AI-for-cancer-detection [2]https://www.ncc.go.jp/jp/information/pr_release/2017/0710/index.html

[3]https://aiyixue.qq.com/official/product/stomach

[4]http://yuanchuang.caijing.com.cn/2017/1024/4348314.shtml

[5]http://www.xinhuanet.com/info/2017-12/27/c_136854493.htm

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