AI在咳嗽中檢出癌癥，不信？世衛(wèi)組織正全球推廣

2024-05-31 14:54:12

在AI for Good峰會現(xiàn)場，世衛(wèi)組織（WHO）數(shù)字健康合作中心宣布與達(dá)摩院合作，向全球推廣這項(xiàng)中國AI技術(shù)，以惠及更多發(fā)展中國家。

中國的AI技術(shù)，登上聯(lián)合國了！

AI for Good峰會是聯(lián)合國在AI領(lǐng)域的旗艦峰會，今年，聯(lián)合國秘書長古特雷斯、“深度學(xué)習(xí)三巨頭”之一的Hinton，以及OpenAI CEO奧特曼等都來參會了。

這樣一場盛會中，一位中國女性患者吹奏口琴的視頻吸引了全場的注意，她是全球首位AI胰腺癌早篩技術(shù)的受益者。

而分享者是阿里達(dá)摩院醫(yī)療AI團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人、IEEE Fellow呂樂博士，該團(tuán)隊(duì)聯(lián)合多名中國腫瘤醫(yī)生提出的AI多癌篩查技術(shù)，已獲得國際性的贊譽(yù)。國際頂刊《自然·醫(yī)學(xué)》專門刊發(fā)評論 “開啟癌癥篩查的黃金時(shí)代”，斯坦福大學(xué)《2024年AI指數(shù)報(bào)告》將其列為全球AI亮點(diǎn)研究，這也唯一來自中國的工作。

AI在咳嗽病人中找出了胰腺癌

這名女性患者來自于江蘇啟東，2023年4月，她因咳嗽在上海一家三甲醫(yī)院呼吸科門診開了一個(gè)胸部平掃CT檢查，當(dāng)時(shí)的診斷報(bào)告是“未見明顯異常，胰腺纖體尾部周圍少許炎癥可能”。

咳嗽很快就停了，她也未太在意。

但不久后，她突然接到醫(yī)生的隨訪電話：“你要重視一下，最好要做一個(gè)上腹部的增強(qiáng)CT。”

原因是她的CT影像被納入達(dá)摩院牽頭的“平掃CT+AI”癌癥早篩項(xiàng)目，在2萬多例真實(shí)病例的回顧性試驗(yàn)中，她被AI識別為疑似早期胰腺癌。

她隨后回到醫(yī)院做了胰腺M(fèi)R平掃+增強(qiáng)CT檢查，結(jié)果顯示，AI的判斷是對的：胰尾部有腫塊，增強(qiáng)后可見輕度強(qiáng)化，大小約25×31mm。

檢查結(jié)果落定，醫(yī)院給她安排了根治性的胰尾切除手術(shù)。手術(shù)后僅五天，她就順利出院。現(xiàn)在手術(shù)已過去一年多，黃女士身體健康，沒有出現(xiàn)復(fù)發(fā)或轉(zhuǎn)移。

主治醫(yī)生介紹說，醫(yī)院常用的平掃CT圖像對比度低，如果沒有AI識別，很難從平掃CT中發(fā)現(xiàn)早期胰腺癌。

胰腺癌是全球生存率最低的惡性腫瘤之一，主要是因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)就是晚期，早期發(fā)現(xiàn)太難，目前臨床指南缺乏有效早篩手段。

從被質(zhì)疑到登上聯(lián)合國

癌癥是全球最重要的公共衛(wèi)生議題之一。WHO的研究數(shù)據(jù)顯示，有三分之一的癌癥可通過早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療實(shí)現(xiàn)治愈。

但問題在于，對大規(guī)模無癥狀人群進(jìn)行癌癥篩查并非易事。

以歐美的主流研究方向之一的“滴血驗(yàn)癌”為例，這種通過捕捉血液中腫瘤組織ctDNA碎片的篩查方法，存在捕獲能力差、檢出率低、個(gè)體化差異導(dǎo)致泛化性能差、價(jià)格過高等種種問題。

面對這樣的挑戰(zhàn)，達(dá)摩院專注于AI醫(yī)療方向的研究人員們率先想到，可以利用AI技術(shù)，將大量用于各類門診、體檢場景的普通CT平掃利用起來，快速識別病灶，實(shí)現(xiàn)癌癥早篩。

于是，聯(lián)合全球十多家醫(yī)院，達(dá)摩院基于此設(shè)想構(gòu)建出了胰腺癌檢測模型PANDA：利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)觀察低對比度平掃CT圖像中微小的密度差異，繼而有效檢測出癌癥病灶。

該論文發(fā)表在《自然·醫(yī)學(xué)》上，引起了廣泛關(guān)注，論文訪問量高達(dá)6.4萬。因?yàn)樵撃Ｐ托Ч@人，在2萬多真實(shí)病例的回顧性試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了31例臨床漏診病變，其中2例早期胰腺癌病患已被治愈。

論文提到，PANDA在胰腺癌早期、小病灶的檢測上，準(zhǔn)確性超過了人類放射科醫(yī)生。在多中心驗(yàn)證中，PANDA的病變檢測AUC為0.986-0.996，相較于放射科醫(yī)生的平均表現(xiàn)，靈敏度高出34.1%，特異性高出6.3%。

另外，在對其他癌癥病灶的識別上，PANDA也展現(xiàn)出了可泛化性。

這樣的數(shù)據(jù)意味著，PANDA首次證實(shí)了在平掃CT上使用AI進(jìn)行胰腺癌篩查的可行性，并達(dá)到了此前認(rèn)為可能達(dá)不到的高性能，是一種極具潛力的大規(guī)模癌癥篩查新工具。

但這樣的創(chuàng)新并非一開始就被廣泛接受。

不要說推廣，連論文的發(fā)表都很困難，從Received到Accepted花費(fèi)長達(dá)8個(gè)月，曾遭遇審稿人的58連問，包括全球頂級胰腺癌專家、德國教授J?rg Kleeff。

還有一位荷蘭醫(yī)學(xué)專家還當(dāng)面對呂樂提出了質(zhì)疑：他的團(tuán)隊(duì)在該領(lǐng)域已深耕35年，也無法達(dá)到PANDA給出的研究成果，因此對這項(xiàng)技術(shù)表示懷疑。

呂樂團(tuán)隊(duì)為此在阿里云的法蘭克福節(jié)點(diǎn)上創(chuàng)建了一個(gè)demo，讓海外專家們能夠使用自己的數(shù)據(jù)來實(shí)際檢驗(yàn)這套人工智能癌癥篩查系統(tǒng)，消除疑慮。

最終，J?rg Kleeff教授被論文及其補(bǔ)充材料所折服：“結(jié)果相當(dāng)出色，可能會顯著改變我們對于胰腺癌篩查的方法”，向《自然·醫(yī)學(xué)》編輯部強(qiáng)烈建議論文發(fā)表。他還為《自然·醫(yī)學(xué)》撰寫評論文章《基于醫(yī)療影像AI的癌癥篩查即將進(jìn)入黃金時(shí)代》。

從胰腺癌到多癌早篩從實(shí)驗(yàn)到落地

研發(fā)出PANDA模型后，達(dá)摩院沒有停下，反而加快了腳步，從胰腺癌早篩往多種癌癥邁進(jìn)。

他們正在聯(lián)合全球多家頂尖醫(yī)療機(jī)構(gòu)，探索通過一次平掃CT就查出多種癌癥（胰腺癌、食管癌、肝癌、肺癌、結(jié)直腸癌、胃癌、乳腺癌、淋巴異常）或慢性疾病（心血管疾病、主動脈綜合征、骨質(zhì)疏松、脂肪肝等）的醫(yī)療AI產(chǎn)品。

這些研究正在加速落地，在國內(nèi)，依托阿里巴巴醫(yī)療AI多癌早篩公益項(xiàng)目，達(dá)摩院AI率先在麗水市中心醫(yī)院和景寧縣人民醫(yī)院落地部署，通過“平掃CT+AI”方式輔助醫(yī)生進(jìn)行多種疾病的篩查和診斷。

在國外，加勒比海國家安提瓜和巴布達(dá)主動向達(dá)摩院拋來橄欖枝，在該國總理的見證下，該國衛(wèi)生部與達(dá)摩院正式簽約。

這次，世衛(wèi)組織WHO更是“盯上”了這項(xiàng)技術(shù)，將在渠道、市場、落地、技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)等方面強(qiáng)化與達(dá)摩院的合作，讓更多醫(yī)療資源不均衡的發(fā)展中國家和地區(qū)共享這項(xiàng)前沿成果，全球合力抗癌。

為什么能從備受質(zhì)疑跨越到國際追捧？其中的一大關(guān)鍵是達(dá)摩院AI多癌早篩技術(shù)僅僅停留在理論上，還具有很強(qiáng)的可實(shí)踐性。

IEEE Fellow、約翰·霍普金斯大學(xué)教授Alan Yuille就評價(jià)這項(xiàng)研究稱：

目前的醫(yī)療AI系統(tǒng)普遍在訓(xùn)練樣本平衡下表現(xiàn)出色，但是應(yīng)用到真實(shí)環(huán)境往往會有域差距（Domain Group），PANDA在真實(shí)世界的驗(yàn)證和迭代的模式讓其保持非常高的特異性，展現(xiàn)了魯棒的性能。

技術(shù)的普惠性也是一大原因。根據(jù)測算，往常要篩查七大主流癌癥，一系列如胃腸鏡、增強(qiáng)CT、超聲的傳統(tǒng)檢查累計(jì)下來，成本至少需要3000元。而基于平掃CT+AI的一掃多查，成本僅約200元，在有效提高早期癌癥檢出率的同時(shí)，也不會給患者帶來額外的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)和身體負(fù)擔(dān)。

“用AI解決真實(shí)臨床需求”

實(shí)際上，達(dá)摩院開展AI+醫(yī)療研究的時(shí)間很早。

新冠疫情初期，達(dá)摩院緊急研發(fā)出CT影像新冠肺炎AI輔助診斷系統(tǒng)，應(yīng)用于國內(nèi)600多家醫(yī)院，分析病例超過80萬，獲評全國科技抗疫先進(jìn)集體。

這與達(dá)摩院的創(chuàng)立初衷有關(guān)。馬云曾說過，達(dá)摩院要成為一家面向未來、以科技解決重大社會問題的企業(yè)研究機(jī)構(gòu)。

作為達(dá)摩院醫(yī)療AI團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人，IEEE Fellow呂樂對于技術(shù)的第一性原則也很明確：

AI應(yīng)該解決那些尚未得到解決、而病人又真切需要的臨床需求。我們需要在病人性命有關(guān)的臨床問題上，做出不可或缺的貢獻(xiàn)。

目前，達(dá)摩院醫(yī)療AI團(tuán)隊(duì)專注于以醫(yī)學(xué)圖像AI為核心的精準(zhǔn)癌癥治療全流程，研發(fā)了包括規(guī)模篩查、精準(zhǔn)診斷、預(yù)后治療、響應(yīng)評估在內(nèi)的全流程癌癥診療技術(shù)，陸續(xù)在胰腺癌、食管癌、肺癌、乳腺癌、肝癌、胃癌、結(jié)直腸癌等高發(fā)癌癥的識別、篩查上取得了階段性進(jìn)展，研究先后登上《自然·通訊》《自然·醫(yī)學(xué)》等期刊及CVPR、MICCAI、IPMI等AI頂會，包括：

2022年10月，基于深度學(xué)習(xí)，對頭頸癌癥42個(gè)危機(jī)器官進(jìn)行高效、精準(zhǔn)勾劃，可有效減少放射治療并發(fā)癥，相關(guān)論文登上《自然·通訊》，也被評為中國醫(yī)學(xué)人工智能代表性算法。

2023年6月，針對視覺領(lǐng)域的OOD（分布外檢測）難題，達(dá)摩院提出了全新的醫(yī)學(xué)圖像語義分割框架，能夠讓AI更準(zhǔn)確地識別腫瘤中的疑難罕見案例，并在胰腺腫瘤和肝臟腫瘤上獲得驗(yàn)證，被計(jì)算機(jī)視覺國際頂會CVPR 2023評為Highlight論文。

2023年8月，發(fā)布多癌影像分析通用模型CancerUniT，借助增強(qiáng)CT，可輔助診斷八種主流癌癥，該模型論文成果被計(jì)算機(jī)視覺頂會ICCV 2023收錄。

同月，發(fā)布第一個(gè)可以分割全身143個(gè)器官的連續(xù)深度學(xué)習(xí)框架，成果被ICCV 2023收錄。

……

達(dá)摩院還和浙大一院、復(fù)旦腫瘤醫(yī)院、盛京醫(yī)院等多家大型三甲醫(yī)院建立了深厚的臨床科研合作關(guān)系，其醫(yī)療AI產(chǎn)品已成功對接落地30+家醫(yī)療影像合作伙伴，累計(jì)落地醫(yī)療機(jī)構(gòu)數(shù)達(dá)1000+家，為全球600+萬人次提供多癌早篩服務(wù)。