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        甲狀腺“超聲機(jī)器人”

        2017-06-09 22:11:26趙艷秋
        IT經(jīng)理世界 2017年11期
        關(guān)鍵詞:結(jié)節(jié)準(zhǔn)確率機(jī)器人

        趙艷秋

        將采集的圖像保存發(fā)送給超聲機(jī)器人,超聲機(jī)器人就能實(shí)時生成檢查結(jié)果

        ——找到甲狀腺結(jié)節(jié),標(biāo)注位置和尺寸,并提示良性或惡性的可能性。

        浙醫(yī)一院的醫(yī)生接待了一家來自兄弟單位的醫(yī)療人工智能創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)——德尚韻興的專家們。

        這個團(tuán)隊(duì)的背景很牛,首席科學(xué)家孔德興是知名數(shù)學(xué)家,浙大求是特聘教授。10多年前,當(dāng)國際上剛開始把數(shù)理模型和高性能數(shù)學(xué)算法應(yīng)用到醫(yī)學(xué)圖像領(lǐng)域時,這個團(tuán)隊(duì)也極為敏銳地進(jìn)入這個新興領(lǐng)域探索。他們開發(fā)的“DE三維可視化系統(tǒng)”,用于精準(zhǔn)外科手術(shù)的術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中導(dǎo)航和術(shù)后定量評估,是北京301醫(yī)院的必備軟件之一。

        最近幾年,他們將深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于超聲聲像,開發(fā)了甲狀腺結(jié)節(jié)智能診斷系統(tǒng)DE-超聲機(jī)器人(以下簡稱超聲機(jī)器人)。在此過程中,他們對原本“均碼”的算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),針對疾病特點(diǎn)進(jìn)行“量體裁衣”。相關(guān)技術(shù)文章發(fā)表后,谷歌深度學(xué)習(xí)團(tuán)隊(duì)DeepMind也關(guān)注并引用了文章。

        “副主任醫(yī)師水平”

        德尚韻興團(tuán)隊(duì)此行就是帶著“超聲機(jī)器人”來跟浙醫(yī)一院的超聲醫(yī)生“PK”的。醫(yī)生只要坐在B超機(jī)前,用探頭給病人檢查后,將采集的圖像保存發(fā)送給超聲機(jī)器人,超聲機(jī)器人就能實(shí)時生成檢查結(jié)果——找到甲狀腺結(jié)節(jié),標(biāo)注位置和尺寸,并提示良性或惡性的可能性。

        不過,面對這個“超聲機(jī)器人”,浙醫(yī)一院的醫(yī)生心中充滿疑問——這個系統(tǒng)怎么能像他們一樣做判斷?結(jié)果準(zhǔn)嗎?出于禮貌,他并未當(dāng)場提出。

        當(dāng)?shù)律许嵟d專家離開后,這位主任醫(yī)生準(zhǔn)備了202個病例(惡性結(jié)節(jié)有病理對照,良性結(jié)節(jié)有三年以上隨訪期)發(fā)送給超聲機(jī)器人,并認(rèn)真記錄機(jī)器人的診斷結(jié)果, 結(jié)果顯示機(jī)器人的診斷準(zhǔn)確率為85.7%。一段時間后,當(dāng)他再次見到德尚韻興的專家時,主動告訴他們:“我判斷,超聲機(jī)器人達(dá)到了醫(yī)院副主任醫(yī)師的水平,確實(shí)挺好?!?/p>

        好的開始是成功的一半——這也開啟了浙醫(yī)一院和德尚韻興后續(xù)的合作。

        實(shí)際上,人工智能在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展,在國內(nèi)外都是剛剛起步。

        “不能說是完全空白,但這個方向有很多值得我們研究的東西?!钡律许嵟d總經(jīng)理胡海蓉說。

        德尚韻興扮演著領(lǐng)域的“拓荒者”。胡海蓉向《IT經(jīng)理世界》坦言,在這幾年人工智能的落地實(shí)踐中,她認(rèn)為,組建跨學(xué)科團(tuán)隊(duì),選擇合適的切入點(diǎn),收集和規(guī)范數(shù)據(jù),開發(fā)讓醫(yī)生得心應(yīng)手的產(chǎn)品是較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

        跨學(xué)科明星隊(duì)

        人工智能+醫(yī)學(xué)的落地實(shí)踐,需要跨學(xué)科明星隊(duì)。

        “這里的關(guān)鍵體現(xiàn)在‘交叉上。”胡海蓉說,“在醫(yī)學(xué)重大需求上,數(shù)學(xué)家、計算機(jī)科學(xué)家或醫(yī)學(xué)專家,任何單一力量是無法實(shí)現(xiàn)的?!?/p>

        在這類團(tuán)隊(duì)中,數(shù)學(xué)專家負(fù)責(zé)提出高性能數(shù)學(xué)模型,“好的模型就像具有高IQ的大腦?!贬t(yī)學(xué)專家提供臨床知識和經(jīng)驗(yàn),讓機(jī)器能學(xué)到“真知灼見”,計算機(jī)軟件專家要把數(shù)學(xué)家的語言轉(zhuǎn)化成高效的計算機(jī)語言。

        “可是,數(shù)學(xué)家、醫(yī)學(xué)家和計算機(jī)專家都有各自的語言,怎么把他們串起來呢?”胡海蓉繼續(xù)分析說,“我們就需要找到一個具有生物醫(yī)學(xué)工程背景的人來做產(chǎn)品經(jīng)理。他來負(fù)責(zé)產(chǎn)品的市場調(diào)研和規(guī)劃,管理整個團(tuán)隊(duì),充當(dāng)‘多種部隊(duì)之間的翻譯和橋梁。”

        切入甲狀腺超聲診斷

        選擇切入點(diǎn)也很有講究。這個切入點(diǎn)不能太過復(fù)雜——它要讓團(tuán)隊(duì)能小步快跑,保障后續(xù)項(xiàng)目的進(jìn)一步深入拓展;也不能太容易——它要能對醫(yī)療痛點(diǎn)有質(zhì)的幫助,才有推廣的價值,容易被市場接受。

        “甲狀腺結(jié)節(jié)診斷”最終跳入德尚韻興團(tuán)隊(duì)的視線。

        甲狀腺癌在中國女性癌癥發(fā)病率排名第五,在德尚韻興所在的杭州,甚至排在第一位。但由于個體化差異,目前三甲醫(yī)院甲狀腺結(jié)節(jié)的診斷準(zhǔn)確率平均只有60%~70%。用人工智能提升診斷準(zhǔn)確率能造福老百姓。

        相對肺、肝臟等器官,甲狀腺是一個淺表器官,器官結(jié)構(gòu)相對簡單,沒有復(fù)雜的血管。根據(jù)超聲聲像,就能對甲狀腺結(jié)節(jié)的良惡性作出診斷。

        但同時,甲狀腺超聲診斷也有一定復(fù)雜度——不像CT和核磁,超聲因每位醫(yī)生的掃描手法不同,得到的數(shù)據(jù)千變?nèi)f化,因此對影像識別算法有很高要求。從這樣一個診斷既有其簡便性,又有其復(fù)雜度的疾病做起,可以在過程中積累足夠經(jīng)驗(yàn),為開發(fā)難度更高的疾病,如乳腺腫塊、肝臟腫塊、肺結(jié)節(jié)的良惡性診斷打下基礎(chǔ)。

        數(shù)據(jù)!數(shù)據(jù)!

        對于醫(yī)療人工智能團(tuán)隊(duì)來說,數(shù)據(jù)的收集、規(guī)范和標(biāo)注是行業(yè)性難題。

        “數(shù)據(jù)收集不能全靠醫(yī)院。”胡海蓉總結(jié)說。深度學(xué)習(xí)靠的是“吃透”大量樣本。但目前大部分醫(yī)療機(jī)構(gòu)并不愿公開數(shù)據(jù)。德尚韻興嘗試通過多個渠道,有社區(qū)檢查,有付費(fèi)志愿者,也有試點(diǎn)醫(yī)院。

        “我們已收集了兩三萬張超聲圖像,這是不多的?!焙H乜陀^地說,“如果樣本量能提高一倍,我們的診斷準(zhǔn)確率還有較高的提升空間?!爆F(xiàn)在德尚韻興的甲狀腺超聲機(jī)器人診斷準(zhǔn)確率已達(dá)85%以上。

        除了數(shù)據(jù)收集,數(shù)據(jù)的規(guī)范和標(biāo)注是另一項(xiàng)需要大量調(diào)研和溝通協(xié)作的活。

        以甲狀腺結(jié)節(jié)超聲診斷為例,數(shù)據(jù)規(guī)范要從“醫(yī)生的掃描手法”開始。團(tuán)隊(duì)走訪了多家醫(yī)院,聽取多位醫(yī)生建議,規(guī)范掃描手法,形成最終文檔。

        拿到超聲影像后,還要找到結(jié)節(jié)進(jìn)行勾畫。現(xiàn)實(shí)中,醫(yī)生和算法工程師對結(jié)節(jié)的勾畫有不同標(biāo)準(zhǔn),哪一種勾畫對計算機(jī)算法更有利?團(tuán)隊(duì)要綜合考慮,制定出適合的標(biāo)準(zhǔn)。

        在數(shù)據(jù)規(guī)范化過程中,對那些疑難病例的判斷和標(biāo)注,特別需要醫(yī)學(xué)專家的指導(dǎo)。“但高水平醫(yī)生的工作是最繁忙的,他們往往沒有時間和興趣參與標(biāo)注?!钡律许嵟d要想辦法爭取醫(yī)學(xué)專家的支持。

        線上線下的商業(yè)探索

        目前,國內(nèi)業(yè)界對醫(yī)療人工智能的定位有一個共識——定位在輔助診斷上。人工智能系統(tǒng)可取代醫(yī)生重復(fù)性、機(jī)械性的工作,讓醫(yī)生能夠看更多的病人,做更多有價值的醫(yī)學(xué)探索。

        德尚韻興的超聲機(jī)器人也是這樣定位的。它可以先選出有問題的聲像圖給醫(yī)生,及時提醒惡性風(fēng)險,讓醫(yī)生能更仔細(xì)的查看把關(guān)。

        經(jīng)過一段時間的試點(diǎn)后,德尚韻興的超聲機(jī)器人將首先向基層醫(yī)院推廣,這將提高基層醫(yī)院患者首診的診斷水平,讓更多患者不出遠(yuǎn)門就能獲得“專家級”服務(wù),再根據(jù)診斷結(jié)果到不同級別醫(yī)院治療。

        超聲機(jī)器人可部署在云端,這特別適合新疆、西藏等基層醫(yī)院分散的地域。通過英特爾聯(lián)合創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的牽線,在新疆人民醫(yī)院聯(lián)合130多家醫(yī)院建立的遠(yuǎn)程會診體系中,超聲機(jī)器人將成為關(guān)鍵服務(wù)之一。同時,與遠(yuǎn)程醫(yī)療平臺匯醫(yī)在線的合作,超聲機(jī)器人也為平臺上簽約的全國基層醫(yī)院服務(wù)。

        超聲機(jī)器人也有單機(jī)版,部署在醫(yī)院和體檢中心。其中,與從事體檢中心業(yè)務(wù)的北京世紀(jì)經(jīng)綸的合作,超聲機(jī)器人將推廣到幾個省。

        目前,在幾次由第三方組織的德尚韻興與醫(yī)院的“PK”中,超聲機(jī)器人每次的診斷準(zhǔn)確率都在85%以上。胡海蓉說,德尚韻興科研團(tuán)隊(duì)將模型訓(xùn)練已遷移到英特爾至強(qiáng)融核處理器平臺上,并用英特爾數(shù)學(xué)核心函數(shù)庫對預(yù)測模型進(jìn)行優(yōu)化,同時協(xié)助優(yōu)化參數(shù)。未來將引入英特爾新一代人工智能技術(shù),如FPGA可編程芯片等,進(jìn)一步提升訓(xùn)練及部署效率。

        在醫(yī)療數(shù)據(jù)中,90%以上是醫(yī)學(xué)影像,但這些數(shù)據(jù)大多采取人工分析。在繼甲狀腺之后,德尚韻興已進(jìn)軍乳腺腫塊、肝臟腫塊、肺結(jié)節(jié)等疾病的良惡性判斷的研究。

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