甲狀腺“超聲機器人”

趙艷秋

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

——找到甲狀腺結(jié)節(jié)，標注位置和尺寸，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)團隊——德尚韻興的專家們。

這個團隊的背景很牛，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，這個團隊也極為敏銳地進入這個新興領(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-超聲機器人（以下簡稱超聲機器人）。在此過程中，他們對原本“均碼”的算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，針對疾病特點進行“量體裁衣”。相關(guān)技術(shù)文章發(fā)表后，谷歌深度學(xué)習(xí)團隊DeepMind也關(guān)注并引用了文章。

“副主任醫(yī)師水平”

德尚韻興團隊此行就是帶著“超聲機器人”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)送給超聲機器人，超聲機器人就能實時生成檢查結(jié)果——找到甲狀腺結(jié)節(jié)，標注位置和尺寸，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)送給超聲機器人，并認真記錄機器人的診斷結(jié)果， 結(jié)果顯示機器人的診斷準確率為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，超聲機器人達到了醫(yī)院副主任醫(yī)師的水平，確實挺好。”

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。”德尚韻興總經(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踐中，她認為，組建跨學(xué)科團隊，選擇合適的切入點，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

人工智能+醫(yī)學(xué)的落地實踐，需要跨學(xué)科明星隊。

“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、計算機科學(xué)家或醫(yī)學(xué)專家，任何單一力量是無法實現(xiàn)的。”

在這類團隊中，數(shù)學(xué)專家負責(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。”醫(yī)學(xué)專家提供臨床知識和經(jīng)驗，讓機器能學(xué)到“真知灼見”，計算機軟件專家要把數(shù)學(xué)家的語言轉(zhuǎn)化成高效的計算機語言。

“可是，數(shù)學(xué)家、醫(yī)學(xué)家和計算機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。他來負責(zé)產(chǎn)品的市場調(diào)研和規(guī)劃，管理整個團隊，充當(dāng)‘多種部隊之間的翻譯和橋梁。”

切入甲狀腺超聲診斷

選擇切入點也很有講究。這個切入點不能太過復(fù)雜——它要讓團隊能小步快跑，保障后續(xù)項目的進一步深入拓展；也不能太容易——它要能對醫(yī)療痛點有質(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隊的視線。

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)的診斷準確率平均只有60%～70%。用人工智能提升診斷準確率能造福老百姓。

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，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)療人工智能團隊來說，數(shù)據(jù)的收集、規(guī)范和標注是行業(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，有付費志愿者，也有試點醫(yī)院。

“我們已收集了兩三萬張超聲圖像，這是不多的。”胡海蓉客觀地說，“如果樣本量能提高一倍，我們的診斷準確率還有較高的提升空間。”現(xiàn)在德尚韻興的甲狀腺超聲機器人診斷準確率已達85%以上。

除了數(shù)據(jù)收集，數(shù)據(jù)的規(guī)范和標注是另一項需要大量調(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。團隊走訪了多家醫(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)進行勾畫。現(xiàn)實中，醫(yī)生和算法工程師對結(jié)節(jié)的勾畫有不同標準，哪一種勾畫對計算機算法更有利？團隊要綜合考慮，制定出適合的標準。

在數(shù)據(jù)規(guī)范化過程中，對那些疑難病例的判斷和標注，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注。”德尚韻興要想辦法爭取醫(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)生能更仔細的查看把關(guān)。

經(jīng)過一段時間的試點后，德尚韻興的超聲機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)新實驗室的牽線，在新疆人民醫(yī)院聯(lián)合130多家醫(yī)院建立的遠程會診體系中，超聲機器人將成為關(guān)鍵服務(wù)之一。同時，與遠程醫(yī)療平臺匯醫(yī)在線的合作，超聲機器人也為平臺上簽約的全國基層醫(yī)院服務(wù)。

超聲機器人也有單機版，部署在醫(yī)院和體檢中心。其中，與從事體檢中心業(yè)務(wù)的北京世紀經(jīng)綸的合作，超聲機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，超聲機器人每次的診斷準確率都在85%以上。胡海蓉說，德尚韻興科研團隊將模型訓(xùn)練已遷移到英特爾至強融核處理器平臺上，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。