乳腺鉬靶AI落地臨牀:1600萬像素秒級閱片,水平接近資深醫生

 2018-10-18 20:02:47.0

鉬靶射線被電流激發,它一路前行,在0.001秒內穿過鉬靶機前被攝者的乳頭、乳腺小葉、懸韌帶、輸乳管、皮下脂肪,在醫用專業屏畫出一副1600萬像素的黑白畫。AI被從服務器中喚醒,以光速在每一個像素間奔走,尋找不該出現的陰影。

乳房引發了無數的戰爭與讚美,但也最易招來腫瘤的青睞,比如乳腺癌。

中國國家癌症中心的統計數據顯示,在所有女性可能罹患的惡性腫瘤中,乳腺癌高居榜首,佔比達到16.51%。全球範圍內,乳腺癌在發達國家和發展中國家女性的惡性腫瘤發病率均排名第1。

爲了早期發現乳腺癌,臨牀多采取乳腺X線鉬靶檢查的方式。這一方式成熟、簡便、廉價,可靠性也較好。多個醫學指南認爲:高標準的乳腺X線篩查和複查可檢出大多數臨牀前期階段的乳腺癌,有效降低乳腺癌死亡率,並減少不必要的傷殘或者避免創傷性的治療。

但在中國,誰來閱片成爲了頭號難題。乳腺X線鉬靶閱片難度高,培養週期漫長,導致專業從事乳腺X線鉬靶閱片的醫生極度稀缺,全國不過寥寥數百人;與此同時,由於不同級別醫生之間閱片水平差異巨大,閱片一致性也難以保證。

爲解決這些難題,近期,國內一家AI企業依圖醫療提供了另一種解決思路——AI閱片。

據悉,乳腺X線智能診斷系統是依圖醫療耗時數年研發推出。該AI系統依託強大的算法創新,以及多家三甲醫院萬量級的真實乳腺影像數據,實現了乳腺X線鉬靶影像的秒級閱片,擁有腺體分型、病竈檢出、徵象描述、智能BI-RADS分型等多項功能,並能自動生成結構化報告,供影像醫師使用。

在多家三甲醫院的臨牀實踐中,該系統展現出了強大的病竈檢出及學習能力。它不僅能夠檢出乳腺腫塊、鈣化、結構扭曲和不對稱,同時還能在全病竈類型檢出的基礎上,實現病竈的癌變風險分級,輔助醫生識別高危病變。

乳腺美麗 診斷不易

乳腺很美,但想清晰看到內部的病竈,並不容易。

不同於可以逐層掃描生成數百張影像圖片,還原出肺部三維結構的肺部CT,乳房組織渾圓天成的生理構造以及X線垂直照射的原理,使得雙側乳腺鉬靶常規的檢查體位僅有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儘可能壓薄,讓乳腺內部組織充分析離,才能拍出儘可能清晰的鉬靶影像,進而找出病竈位置。

然而,這種影像學方法必須要克服腺體遮蔽和結構噪聲。就好比獵人穿梭在光斑點點的森林地面,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影像結果到3D乳腺組織的還原,對閱片醫師的專業能力提出了極高的要求。

相較於影像表現更爲明顯的鈣化與腫塊,佔病竈總數30%左右的結構扭曲和不對稱很難被查出,尤其是當醫生經驗不足或者疲勞時,很容易出現漏診。

中華醫學會放射學分會乳腺影像學組組長、復旦大學附屬腫瘤醫院放射診斷科主任彭衛軍教授有着30餘年乳腺X線鉬靶閱片經驗,他表示,想要達到「資深」水準,閱片醫生必須同時具備紮實的解剖學功底與影像診斷學功底,豐富的空間想象能力、足夠的臨牀經驗、數位優秀的導師,以及5-10年的成長週期。

對人才的高要求,讓資深乳腺X線鉬靶閱片專家極度稀缺。縱覽中國醫師協會影像學組乳腺學組,堪稱資深的專業乳腺X線鉬靶閱片醫生也僅有100餘人,而其中的「專家級」人士,僅有50餘位。稀缺性,讓這些專家不得不滿足中國數億名乳腺X線鉬靶拍攝潛在需求女性的閱片工作。

「乳腺病竈徵象不如肺結節那樣典型,在很多病竈的診斷上有較大的人爲差別。比如結構扭曲,有的專家認爲是結構扭曲,而有些醫生則認爲不是。加上亞洲女性多是緻密性乳腺,更增加了閱片不一致的概率。」彭衛軍教授透露,「同樣一份乳腺X線鉬靶影像結果,一位有經驗的資深醫生和低年資醫生對於其標註結果差異可達30%,甚至更高。因此,該領域人工智能應用的潛力巨大。」

診斷不易 AI已來

研發鉬靶AI的難度,絕非普通公司所能承受。

「從研發一開始,我們所遵循的就是ACR的最新指南,同時參考了NCCN指南、ACS指南及最新的中國乳腺癌診治專家共識。無論研發還是工程技術人員,都得從頭開始學習乳腺影像及乳腺癌相關知識,並與臨牀醫生長期共事,深入理解工作流程及AI的應用場景,理解醫生的痛點。」依圖醫療醫學產品總監林強表示。

經過專業標註的臨牀數據,不僅是搭建AI模型的關鍵,還是這款乳腺AI的基石。

「這款AI匯聚了全國多家頂級三甲醫院的萬量級乳腺癌影像檢查數據,體位齊全、設備先進、拍攝專業、影像清晰,堪稱國內目前頂級的乳腺腫瘤數據庫。」林強頗爲自信的表示,「在標註中,從硬件到軟件都經過了精心的設計。」

爲了讓病竈徵象描述更加全面,研發團隊「住」在臨牀一線,請教專家、翻閱指南,爲每一個徵象描述撰寫詳細的標註規則。

爲了讓醫生們看得更清楚,研發團隊準備了專業的5M專業閱片屏,讓看片更清晰,視覺壓力更小。

爲了減輕標註醫師壓力,不單純追求標註進度,研發團隊招募了幾十名經過嚴格考覈的專業醫師組成標註團隊,分散標註壓力,避免搶進度現象的出現。

爲了確保標註質量,每一張鉬靶影像都經過至少5位醫生的標註。只有結果高度一致的標註結果才被認可,存在爭議的標註,會由更高年資的醫生進行判斷,並提交團隊審覈表決,最終由權威專家坐鎮給出標註結果。

爲了更加高效的監管標註流程,研發團隊甚至在搭建AI模型之前,專門研發出了一套專門的標註管理系統。

高昂的數據整理、關聯成本,繁瑣的標註流程,衆多的爭議標註點……一度令研發團隊崩潰,而最終的模型結果也並未辜負這份付出與期待,在落地醫院的過程中,這套系統不斷受到專家的高度評價。

「歐美的醫生一天看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。時間緊,任務重,還不能遺漏任何病竈,醫生的體力和精神長期處於高壓之下。」彭衛軍教授透露,「人工智能系統能大大提升病竈檢出的速度與精度,減少誤檢漏檢現象,在提升閱片一致性的同時,將醫生從繁重的機械性勞動中解放出來,從事真正具備創新意義的工作。」

摒棄公開數據集 這套乳腺AI「最中國」

隨着國際學術交流的增加及越來越多頂級人工智能專家學者歸國,利用海外公開數據集進行醫療AI研發在業內並不鮮見。客觀而言,公開數據集及泛化AI模型的出現,極大推動了中國醫療人工智能的發展。但在乳腺X線鉬靶AI的研發中,基於海外公開數據集進行研發的AI模型卻遭遇了滑鐵盧。

林強透露,與歐美多爲脂肪型的乳腺不同,中國女性的乳腺多爲緻密性,腺體遮蔽和結構噪聲更爲明顯,正常的乳腺組織和病竈區分度更小,這對AI系統的性能提出了更高要求。

「以公開數據集爲基礎研發的乳腺鉬靶AI,其敏感性在實驗室中雖然可以跑到95%甚至超過99%,但一旦落地臨牀敏感性就會出現嚴重下滑,需要長時間的調教與數據餵養,這無形中增加了臨牀醫師的負擔。」林強說,「此外,公開數據集也存在圖像質量低、標註質量差、標註標準不統一等問題。」

林強以乳腺鉬靶中單張MLO位圖片爲例,正常情況下,一張鉬靶影像的分辨率高達4000x4000,總像素超過1600萬,體積較大。而公開數據集爲了方便發表,多將其壓縮成普通的jpg格式,損失了大部分的像素,對於病竈的表現能力大大下降,微小病竈甚至有可能直接消失,訓練出的AI模型水平可想而知。

因此,基於中國女性真實乳腺影像數據研發的AI優勢顯露無疑。

「我們專門爲這套AI系統優化了圖像讀取的算法,實現了1600萬像素影像的直接讀取和秒級處理,不會出現任何的卡頓或崩潰,確保無論多麼微小的病竈都能夠明察秋毫,不損失任何細節,將病竈的形態精準還原,從這一點上來說,AI遠超人類。」林強說。

助力基層 讓「AI醫生」上山下鄉

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,而在廣大基層醫療機構,近8億城鄉居民獲得的醫療服務遠遜城市,乳腺X線檢查也不例外。

「未來,當乳腺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生改變,從高危人羣逐步擴展到所有適齡女性,從而極大提高早期發現乳腺癌的可能,降低社會總體醫療開支。」,林強表示,「同時,通過將專家級的診療能力工具化,通過AI賦能基層醫療,有助於緩解當前基層醫療機構閱片醫生短缺的困境,提升基層醫療機構乳腺疾病早篩水平。

文章來源:機器之心