甲狀腺“超聲機(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(shí)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(gè)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(guó)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(shí)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)也極為敏銳地進(jìn)入這個(gè)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(píng)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(jiǎn)稱超聲機(jī)器人）。在此過程中，他們對(duì)原本“均碼”的算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)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(shí)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(duì)這個(gè)“超聲機(jī)器人”，浙醫(yī)一院的醫(yī)生心中充滿疑問——這個(gè)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(chǎng)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(gè)病例（惡性結(jié)節(jié)有病理對(duì)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(shí)間后，當(dāng)他再次見到德尚韻興的專家時(shí)，主動(dòng)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(guó)內(nèi)外都是剛剛起步。

“不能說是完全空白，但這個(gè)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(jì)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(shí)和經(jīng)驗(yàn)，讓機(jī)器能學(xué)到“真知灼見”，計(jì)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(jì)算機(jī)語言。

“可是，數(shù)學(xué)家、醫(yī)學(xué)家和計(jì)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(gè)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(chǎng)調(diào)研和規(guī)劃，管理整個(gè)團(tuán)隊(duì)，充當(dāng)‘多種部隊(duì)之間的翻譯和橋梁?！?/p>

切入甲狀腺超聲診斷

選擇切入點(diǎn)也很有講究。這個(gè)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(duì)醫(yī)療痛點(diǎn)有質(zhì)的幫助，才有推廣的價(jià)值，容易被市場(chǎng)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(guó)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(gè)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(duì)肺、肝臟等器官，甲狀腺是一個(gè)淺表器官，器官結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，沒有復(fù)雜的血管。根據(jù)超聲聲像，就能對(duì)甲狀腺結(jié)節(jié)的良惡性作出診斷。

但同時(shí)，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(duì)影像識(shí)別算法有很高要求。從這樣一個(gè)診斷既有其簡(jiǎn)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(duì)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?！焙Ｈ乜偨Y(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(gè)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?，F(xiàn)實(shí)中，醫(yī)生和算法工程師對(duì)結(jié)節(jié)的勾畫有不同標(biāo)準(zhǔn)，哪一種勾畫對(duì)計(jì)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(duì)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)?！暗咚结t(yī)生的工作是最繁忙的，他們往往沒有時(shí)間和興趣參與標(biāo)注。”德尚韻興要想辦法爭(zhēng)取醫(yī)學(xué)專家的支持。

線上線下的商業(yè)探索

目前，國(guó)內(nèi)業(yè)界對(duì)醫(yī)療人工智能的定位有一個(gè)共識(shí)——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(jià)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(shí)提醒惡性風(fēng)險(xiǎn)，讓醫(yī)生能更仔細(xì)的查看把關(guān)。

經(jīng)過一段時(shí)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(jí)”服務(wù)，再根據(jù)診斷結(jié)果到不同級(jí)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(huì)診體系中，超聲機(jī)器人將成為關(guān)鍵服務(wù)之一。同時(shí)，與遠(yuǎn)程醫(yī)療平臺(tái)匯醫(yī)在線的合作，超聲機(jī)器人也為平臺(tái)上簽約的全國(guó)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(gè)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(tái)上，并用英特爾數(shù)學(xué)核心函數(shù)庫對(duì)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)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。