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武漢大學人民醫(yī)院（湖北省人民醫(yī)院）消化內(nèi)科主任于紅剛教授團隊發(fā)表在《柳葉刀—胃腸病學和肝病學》的最新研究表明，人工智能（AI）輔助的內(nèi)鏡檢測系統(tǒng)——“內(nèi)鏡精靈”可在不增加檢查時長的前提下，將胃腫瘤漏檢風險降低近八成，同時最大限度地減少不必要的活檢。
消化道腫瘤發(fā)病率占中國癌癥總發(fā)病率的43.5%，僅在2020年，我國消化道腫瘤年發(fā)病人數(shù)就高達136萬，死亡人數(shù)達96萬。而胃癌是導致居民死亡的重要原因之一。世界衛(wèi)生組織發(fā)布的2020年全球最新癌癥負擔數(shù)據(jù)報告指出，胃癌在全球死亡率中位列第4，在我國位列第3，且近年來呈現(xiàn)年輕化趨勢。
人工智能實時監(jiān)測胃鏡檢查盲區(qū)
內(nèi)鏡檢查是早期發(fā)現(xiàn)消化道腫瘤的必要手段，胃鏡檢查是臨床上篩查和診斷胃癌的最有效方法。自1805年消化內(nèi)鏡技術面世以來，行業(yè)飛速發(fā)展，全球消化內(nèi)鏡年診療量已超過1億例。
不過，該領域的發(fā)展狀況仍不容樂觀。一方面，內(nèi)鏡檢查設備性能不夠好，往往導致患者漏診；另一方面，由于內(nèi)鏡醫(yī)師檢查水平參差不齊、高水平內(nèi)鏡醫(yī)師稀缺，中國部分地區(qū)和世界部分地區(qū)早期胃癌的診斷率仍偏低。數(shù)據(jù)顯示，有20%—40%的早期胃癌患者被漏診，而結腸腺瘤被漏診的概率也高達22%。
于紅剛認為，癌前病變、早期癌、進展期癌是消化道癌演變的“三部曲”，若能在癌前病變和早期癌階段篩查出病灶，并進行干預，將大大提高患者生存幾率。然而，檢測胃部腫瘤的關鍵一線工具——白光內(nèi)鏡，對早期胃癌的敏感性和特異性并不高。
于紅剛介紹，使用“內(nèi)鏡精靈”輔助醫(yī)生胃鏡操作，當視野中出現(xiàn)異常病灶時，“內(nèi)鏡精靈”會用藍框標記，提示醫(yī)生；若為沒有癌變傾向的低風險病灶，屏幕左側(cè)會提示“非腫瘤”；若為有癌變傾向的高風險病灶，標記框則變?yōu)榧t色，屏幕左側(cè)提示“腫瘤”?！皟?nèi)鏡精靈”屏幕可額外提示胃鏡檢查盲區(qū)、異常病灶，同時進行胃鏡操作計時和質(zhì)量評分，保證醫(yī)生高質(zhì)量完成胃鏡檢查。
該研究是一項基于1812名無痛胃鏡檢查患者的前瞻性、單中心、隨機對照、雙臂平行的串聯(lián)胃鏡試驗，是世界上首例評價人工智能系統(tǒng)改善胃鏡下腫瘤篩查效果的隨機對照試驗。
百萬圖片助力“村姑”變“昭君”
2016年，AlphaGo擊敗世界圍棋冠軍的新聞轟動一時。彼時，各國正以舉國之力搶占人工智能技術的制高點，而同樣為了實現(xiàn)這個目標，我國也在大力發(fā)展人工智能。
受此啟發(fā)，于紅剛產(chǎn)生了讓AlphaGo學習消化內(nèi)鏡的想法雛形，提出利用AI實時監(jiān)測胃鏡檢查盲區(qū)的大方向，實現(xiàn)全方位、無死角、無遺漏鎖定病灶，最大限度確保檢查質(zhì)量，保障患者生命安全。
從全球范圍來看，消化內(nèi)鏡人工智能技術的研究多處于少數(shù)病種的理論研究階段。不同于其他醫(yī)學影像，消化內(nèi)鏡影像多為非標準化動態(tài)圖像，影響因素多，圖像差異大，這導致消化內(nèi)鏡人工智能技術的研發(fā)難度相對較大。國內(nèi)外目前尚無利用人工智能監(jiān)控消化內(nèi)鏡檢查質(zhì)量的應用研究。
消化內(nèi)鏡AI系統(tǒng)也面臨著如何健全標準評價體系、如何標準化內(nèi)鏡影像數(shù)據(jù)等技術難點。對于這些問題，沒有太多的國際經(jīng)驗可以仿效，需要將“跟跑”思維轉(zhuǎn)變?yōu)椤邦I跑”思維，從臨床實際需求出發(fā)，自行分析應用中出現(xiàn)的問題，形成一套自主的消化內(nèi)鏡人工智能技術開發(fā)機制。
于紅剛與武漢大學資源與環(huán)境學院合作攻關，傾力研發(fā)集內(nèi)鏡質(zhì)控與病灶診斷于一體的人工智能醫(yī)療器械產(chǎn)品。很快，“內(nèi)鏡精靈”雛形產(chǎn)品在實驗室環(huán)境測試通過。然而因產(chǎn)品與傳統(tǒng)內(nèi)鏡兼容障礙，首次臨床試用后結果不如人意。于紅剛和AI工程師團隊反復測試，迭代了近50個版本，終于研發(fā)出第一代不干擾傳統(tǒng)內(nèi)鏡設備運行的獨立AI系統(tǒng)“村姑”。
“村姑”肚子里貨少，只有幾千張圖片，只能實現(xiàn)比較簡單的功能，錯誤率也較高。而后團隊一路加大數(shù)據(jù)、優(yōu)化功能、開發(fā)早癌識別、息肉識別等新技術，到4年后的今天，“內(nèi)鏡精靈”已歷經(jīng)“村姑”“貴妃”“飛燕”“昭君”四代躍遷，“肚子”里存貨近百萬張，監(jiān)測錯誤率大大降低。
第四代“內(nèi)鏡精靈”具有四大核心功能，一是在胃鏡中實時監(jiān)測檢查盲區(qū)，二是識別早期胃癌，三是在腸鏡中實時監(jiān)測操作質(zhì)量，四是識別癌前病變。此外，有關超聲內(nèi)鏡、放大內(nèi)鏡、內(nèi)窺鏡逆行性膽管胰管造影術等場景下的應用模塊也正在融合進現(xiàn)有的產(chǎn)品當中。
啟動大樣本、多中心研究
于紅剛團隊是全球最早開始開發(fā)消化內(nèi)鏡人工智能的團隊之一，團隊前期部分研究成果發(fā)表于國際醫(yī)學頂尖雜志、《中華消化內(nèi)鏡》雜志等，累計影響因子居世界第一，已申請了30項發(fā)明專利，6項已授權，獲批3項二類醫(yī)療器械注冊證，3項歐洲CE認證，并于2021年1月進入國家創(chuàng)新醫(yī)療器械審批綠色通道，是國內(nèi)外首個集內(nèi)鏡質(zhì)控與病灶診斷于一體的人工智能醫(yī)療產(chǎn)品，具有實時動態(tài)、貼合臨床的特點。
目前，課題組正在啟動一項覆蓋全國各地區(qū)的大樣本、多中心研究，進一步評價該系統(tǒng)提高胃腫瘤檢出率乃至早癌檢出率的有效性和穩(wěn)定性，探索和驗證AI在消化道腫瘤早診早治的臨床價值。
“內(nèi)鏡精靈”一路發(fā)展，一路成長，從最初由武漢大學人民醫(yī)院一家醫(yī)院使用，逐漸發(fā)展到全國28家三甲醫(yī)院使用，再全面輻射到全國350多家不同級別醫(yī)院，協(xié)助醫(yī)師發(fā)現(xiàn)2794例消化道早期癌癥患者及癌前病變患者，節(jié)省治療費用約8.382億元。在巴東縣人民醫(yī)院、黃梅縣人民醫(yī)院等12家縣醫(yī)院，“內(nèi)鏡精靈”已開始大展拳腳，目前“內(nèi)鏡精靈”已進入云南省劍川縣醫(yī)院開展健康宣教及扶貧試點工作，將其早癌檢出率從0提高至63.64%，取得了顯著成效。當?shù)鼗颊卟挥幂氜D(zhuǎn)省城大醫(yī)院，也不必苦等“專家號”，就可獲得最客觀和權威的內(nèi)鏡檢查。（科技日報 記者吳純新 劉志偉 楊岑?寧亞飛）
