乳腺鉬靶AI落地臨床:1600萬像素秒級閱片,水平接近資深醫(yī)生
乳房引發(fā)了無數(shù)的戰(zhàn)爭與贊美,但也最易招來腫瘤的青睞,比如乳腺癌。
中國國家癌癥中心的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示,在所有女性可能罹患的惡性腫瘤中,乳腺癌高居榜首,占比達(dá)到16.51%。全球范圍內(nèi),乳腺癌在發(fā)達(dá)國家和發(fā)展中國家女性的惡性腫瘤發(fā)病率均排名第1。
為了早期發(fā)現(xiàn)乳腺癌,臨床多采取乳腺X線鉬靶檢查的方式。這一方式成熟、簡便、廉價(jià),可靠性也較好。多個醫(yī)學(xué)指南認(rèn)為:高標(biāo)準(zhǔn)的乳腺X線篩查和復(fù)查可檢出大多數(shù)臨床前期階段的乳腺癌,有效降低乳腺癌死亡率,并減少不必要的傷殘或者避免創(chuàng)傷性的治療。
但在中國,誰來閱片成為了頭號難題。乳腺X線鉬靶閱片難度高,培養(yǎng)周期漫長,導(dǎo)致專業(yè)從事乳腺X線鉬靶閱片的醫(yī)生極度稀缺,全國不過寥寥數(shù)百人;與此同時(shí),由于不同級別醫(yī)生之間閱片水平差異巨大,閱片一致性也難以保證。
為解決這些難題,近期,國內(nèi)一家AI企業(yè)依圖醫(yī)療提供了另一種解決思路——AI閱片。
據(jù)悉,乳腺X線智能診斷系統(tǒng)是依圖醫(yī)療耗時(shí)數(shù)年研發(fā)推出。該AI系統(tǒng)依托強(qiáng)大的算法創(chuàng)新,以及多家三甲醫(yī)院萬量級的真實(shí)乳腺影像數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)了乳腺X線鉬靶影像的秒級閱片,擁有腺體分型、病灶檢出、征象描述、智能BI-RADS分型等多項(xiàng)功能,并能自動生成結(jié)構(gòu)化報(bào)告,供影像醫(yī)師使用。
在多家三甲醫(yī)院的臨床實(shí)踐中,該系統(tǒng)展現(xiàn)出了強(qiáng)大的病灶檢出及學(xué)習(xí)能力。它不僅能夠檢出乳腺腫塊、鈣化、結(jié)構(gòu)扭曲和不對稱,同時(shí)還能在全病灶類型檢出的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)病灶的癌變風(fēng)險(xiǎn)分級,輔助醫(yī)生識別高危病變。
乳腺美麗 診斷不易
乳腺很美,但想清晰看到內(nèi)部的病灶,并不容易。
不同于可以逐層掃描生成數(shù)百張影像圖片,還原出肺部三維結(jié)構(gòu)的肺部CT,乳房組織渾圓天成的生理構(gòu)造以及X線垂直照射的原理,使得雙側(cè)乳腺鉬靶常規(guī)的檢查體位僅有MLO位及CC位2個體位4張單片。因此只能利用壓迫板將女性的乳房盡可能壓薄,讓乳腺內(nèi)部組織充分析離,才能拍出盡可能清晰的鉬靶影像,進(jìn)而找出病灶位置。
然而,這種影像學(xué)方法必須要克服腺體遮蔽和結(jié)構(gòu)噪聲。就好比獵人穿梭在光斑點(diǎn)點(diǎn)的森林地面,僅僅通過地上的光斑及陰影變化就要判斷出樹頂上的獵物所在位置。因此,2D影像結(jié)果到3D乳腺組織的還原,對閱片醫(yī)師的專業(yè)能力提出了極高的要求。
相較于影像表現(xiàn)更為明顯的鈣化與腫塊,占病灶總數(shù)30%左右的結(jié)構(gòu)扭曲和不對稱很難被查出,尤其是當(dāng)醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)不足或者疲勞時(shí),很容易出現(xiàn)漏診。
中華醫(yī)學(xué)會放射學(xué)分會乳腺影像學(xué)組組長、復(fù)旦大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院放射診斷科主任彭衛(wèi)軍教授有著30余年乳腺X線鉬靶閱片經(jīng)驗(yàn),他表示,想要達(dá)到“資深”水準(zhǔn),閱片醫(yī)生必須同時(shí)具備扎實(shí)的解剖學(xué)功底與影像診斷學(xué)功底,豐富的空間想象能力、足夠的臨床經(jīng)驗(yàn)、數(shù)位優(yōu)秀的導(dǎo)師,以及5-10年的成長周期。
對人才的高要求,讓資深乳腺X線鉬靶閱片專家極度稀缺?v覽中國醫(yī)師協(xié)會影像學(xué)組乳腺學(xué)組,堪稱資深的專業(yè)乳腺X線鉬靶閱片醫(yī)生也僅有100余人,而其中的“專家級”人士,僅有50余位。稀缺性,讓這些專家不得不滿足中國數(shù)億名乳腺X線鉬靶拍攝潛在需求女性的閱片工作。
“乳腺病灶征象不如肺結(jié)節(jié)那樣典型,在很多病灶的診斷上有較大的人為差別。比如結(jié)構(gòu)扭曲,有的專家認(rèn)為是結(jié)構(gòu)扭曲,而有些醫(yī)生則認(rèn)為不是。加上亞洲女性多是致密性乳腺,更增加了閱片不一致的概率!迸硇l(wèi)軍教授透露,“同樣一份乳腺X線鉬靶影像結(jié)果,一位有經(jīng)驗(yàn)的資深醫(yī)生和低年資醫(yī)生對于其標(biāo)注結(jié)果差異可達(dá)30%,甚至更高。因此,該領(lǐng)域人工智能應(yīng)用的潛力巨大!
診斷不易 AI已來
研發(fā)鉬靶AI的難度,絕非普通公司所能承受。
“從研發(fā)一開始,我們所遵循的就是ACR的最新指南,同時(shí)參考了NCCN指南、ACS指南及最新的中國乳腺癌診治專家共識。無論研發(fā)還是工程技術(shù)人員,都得從頭開始學(xué)習(xí)乳腺影像及乳腺癌相關(guān)知識,并與臨床醫(yī)生長期共事,深入理解工作流程及AI的應(yīng)用場景,理解醫(yī)生的痛點(diǎn)!币缊D醫(yī)療醫(yī)學(xué)產(chǎn)品總監(jiān)林強(qiáng)表示。
經(jīng)過專業(yè)標(biāo)注的臨床數(shù)據(jù),不僅是搭建AI模型的關(guān)鍵,還是這款乳腺AI的基石。
“這款A(yù)I匯聚了全國多家頂級三甲醫(yī)院的萬量級乳腺癌影像檢查數(shù)據(jù),體位齊全、設(shè)備先進(jìn)、拍攝專業(yè)、影像清晰,堪稱國內(nèi)目前頂級的乳腺腫瘤數(shù)據(jù)庫!绷謴(qiáng)頗為自信的表示,“在標(biāo)注中,從硬件到軟件都經(jīng)過了精心的設(shè)計(jì)!
為了讓病灶征象描述更加全面,研發(fā)團(tuán)隊(duì)“住”在臨床一線,請教專家、翻閱指南,為每一個征象描述撰寫詳細(xì)的標(biāo)注規(guī)則。
為了讓醫(yī)生們看得更清楚,研發(fā)團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備了專業(yè)的5M專業(yè)閱片屏,讓看片更清晰,視覺壓力更小。
為了減輕標(biāo)注醫(yī)師壓力,不單純追求標(biāo)注進(jìn)度,研發(fā)團(tuán)隊(duì)招募了幾十名經(jīng)過嚴(yán)格考核的專業(yè)醫(yī)師組成標(biāo)注團(tuán)隊(duì),分散標(biāo)注壓力,避免搶進(jìn)度現(xiàn)象的出現(xiàn)。
為了確保標(biāo)注質(zhì)量,每一張鉬靶影像都經(jīng)過至少5位醫(yī)生的標(biāo)注。只有結(jié)果高度一致的標(biāo)注結(jié)果才被認(rèn)可,存在爭議的標(biāo)注,會由更高年資的醫(yī)生進(jìn)行判斷,并提交團(tuán)隊(duì)審核表決,最終由權(quán)威專家坐鎮(zhèn)給出標(biāo)注結(jié)果。
為了更加高效的監(jiān)管標(biāo)注流程,研發(fā)團(tuán)隊(duì)甚至在搭建AI模型之前,專門研發(fā)出了一套專門的標(biāo)注管理系統(tǒng)。
高昂的數(shù)據(jù)整理、關(guān)聯(lián)成本,繁瑣的標(biāo)注流程,眾多的爭議標(biāo)注點(diǎn),一度令研發(fā)團(tuán)隊(duì)崩潰,而最終的模型結(jié)果也并未辜負(fù)這份付出與期待,在落地醫(yī)院的過程中,這套系統(tǒng)不斷受到專家的高度評價(jià)。
“歐美的醫(yī)生一天看10個患者的鉬靶片子就很了不起了,但在中國,這一數(shù)字至少是50個,需要審片簽字的副教授,一天看上100人,甚至150人的鉬靶片都是家常便飯。時(shí)間緊,任務(wù)重,還不能遺漏任何病灶,醫(yī)生的體力和精神長期處于高壓之下!,彭衛(wèi)軍教授透露,“人工智能系統(tǒng)能大大提升病灶檢出的速度與精度,減少誤檢漏檢現(xiàn)象,在提升閱片一致性的同時(shí),將醫(yī)生從繁重的機(jī)械性勞動中解放出來,從事真正具備創(chuàng)新意義的工作!
摒棄公開數(shù)據(jù)集 這套乳腺AI“最中國”
隨著國際學(xué)術(shù)交流的增加及越來越多頂級人工智能專家學(xué)者歸國,利用海外公開數(shù)據(jù)集進(jìn)行醫(yī)療AI研發(fā)在業(yè)內(nèi)并不鮮見?陀^而言,公開數(shù)據(jù)集及泛化AI模型的出現(xiàn),極大推動了中國醫(yī)療人工智能的發(fā)展。但在乳腺X線鉬靶AI的研發(fā)中,基于海外公開數(shù)據(jù)集進(jìn)行研發(fā)的AI模型卻遭遇了滑鐵盧。
林強(qiáng)透露,與歐美多為脂肪型的乳腺不同,中國女性的乳腺多為致密性,腺體遮蔽和結(jié)構(gòu)噪聲更為明顯,正常的乳腺組織和病灶區(qū)分度更小,這對AI系統(tǒng)的性能提出了更高要求。
“以公開數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)研發(fā)的乳腺鉬靶AI,其敏感性在實(shí)驗(yàn)室中雖然可以跑到95%甚至超過99%,但一旦落地臨床敏感性就會出現(xiàn)嚴(yán)重下滑,需要長時(shí)間的調(diào)教與數(shù)據(jù)喂養(yǎng),這無形中增加了臨床醫(yī)師的負(fù)擔(dān)。”林強(qiáng)說,“此外,公開數(shù)據(jù)集也存在圖像質(zhì)量低、標(biāo)注質(zhì)量差、標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題!
林強(qiáng)以乳腺鉬靶中單張MLO位圖片為例,正常情況下,一張鉬靶影像的分辨率高達(dá)4000x4000,總像素超過1600萬,體積較大。而公開數(shù)據(jù)集為了方便發(fā)表,多將其壓縮成普通的jpg格式,損失了大部分的像素,對于病灶的表現(xiàn)能力大大下降,微小病灶甚至有可能直接消失,訓(xùn)練出的AI模型水平可想而知。
因此,基于中國女性真實(shí)乳腺影像數(shù)據(jù)研發(fā)的AI優(yōu)勢顯露無疑。
“我們專門為這套AI系統(tǒng)優(yōu)化了圖像讀取的算法,實(shí)現(xiàn)了1600萬像素影像的直接讀取和秒級處理,不會出現(xiàn)任何的卡頓或崩潰,確保無論多么微小的病灶都能夠明察秋毫,不損失任何細(xì)節(jié),將病灶的形態(tài)精準(zhǔn)還原,從這一點(diǎn)上來說,AI遠(yuǎn)超人類!绷謴(qiáng)說。
助力基層 讓“AI醫(yī)生”上山下鄉(xiāng)
目前,中國的絕大部分乳腺X線鉬靶檢查都集中在大中城市,而在廣大基層醫(yī)療機(jī)構(gòu),近8億城鄉(xiāng)居民獲得的醫(yī)療服務(wù)遠(yuǎn)遜城市,乳腺X線檢查也不例外。
“未來,當(dāng)乳腺AI更加成熟,乳腺癌的普適性早篩成本將會大大降低。乳腺癌的早期篩查方式也會發(fā)生改變,從高危人群逐步擴(kuò)展到所有適齡女性,從而極大提高早期發(fā)現(xiàn)乳腺癌的可能,降低社會總體醫(yī)療開支!,林強(qiáng)表示,“同時(shí),通過將專家級的診療能力工具化,通過AI賦能基層醫(yī)療,有助于緩解當(dāng)前基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)閱片醫(yī)生短缺的困境,提升基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)乳腺疾病早篩水平。
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