改變醫(yī)療，AI在路上

時(shí)光的齒輪每碾過15分鐘，就有一位女性死于宮頸癌。

宮頸癌，這個發(fā)病率僅次于乳腺癌的婦科惡性腫瘤，每年都會危害50多萬名女性的健康，奪去20多萬女性的生命。

中國每年發(fā)病人數(shù)多達(dá)13萬人，幾乎占全球每年新發(fā)病例的四分之一，而執(zhí)業(yè)醫(yī)師注冊在病理科的人數(shù)不過一萬余人，宮頸癌病理醫(yī)生更是稀缺。可怕的是，這一昔日高發(fā)于45至55歲多產(chǎn)女性的疾病，如今正以快速向年輕女性蔓延。

在患者數(shù)量猛增、醫(yī)生嚴(yán)重匱乏、資源分布不均的多重壓力下，國內(nèi)外的醫(yī)療機(jī)構(gòu)都在積極尋覓新的解法。快速發(fā)展的計(jì)算機(jī)視覺和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，為醫(yī)療影像數(shù)據(jù)地快速處理帶來了超乎于人的高效和準(zhǔn)確。

中國最大第三方醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)金域醫(yī)學(xué)與華為云EI視覺團(tuán)隊(duì)合作，運(yùn)用AI技術(shù)將敏感度和特異性分別提升到99%和80%，這一水平幾乎可以接近中美一流的病理專家。

AI輔助宮頸癌早篩的優(yōu)勢及主要難點(diǎn)是什么?目前世界上常用的“宮頸癌細(xì)胞病理學(xué)篩查+AI”形式有哪些?金域醫(yī)學(xué)和華為云EI具體如何合作，以實(shí)現(xiàn)在宮頸癌病理檢測方面的階段性進(jìn)展?

對于這些問題，智東西與金域醫(yī)學(xué)首席信息官李映華及華為云EI(企業(yè)智能)內(nèi)部人士進(jìn)行深入交流，詳解宮頸癌病理檢測AI系統(tǒng)是如何“煉”成的。

一、21-65歲女性不得不防的隱形殺手

許多漂亮的東西都很危險(xiǎn)，導(dǎo)致感染宮頸癌的主要元兇——人乳頭狀瘤病毒(HPV)亦如是。

▲人乳頭狀瘤病毒(HPV)

它形如布滿了五瓣小花的球狀物，看起來是美的、迷人的、令人賞心悅目的存在，同時(shí)，它也是可能扼住百萬女性咽喉的恐怖殺手。

HPV病毒有200多種，分為低風(fēng)險(xiǎn)和高危類型，低風(fēng)險(xiǎn)HPV類型引發(fā)的感染通常會被人體的免疫系統(tǒng)清除，但約有14種高危HPV類型引起的感染往往會隨著時(shí)間的推移而導(dǎo)致多種類型的癌癥。尤其是HPV16和HPV18，幾乎是中國超過90%的宮頸癌的罪魁禍?zhǔn)住?/p>

在進(jìn)入女性體內(nèi)后，它會先是進(jìn)攻女性生殖系統(tǒng)，然后一步一步將勢力范圍逐漸擴(kuò)張，等女性在表皮發(fā)現(xiàn)雞冠狀、菜花狀、乳頭狀的淡紅色丘疹，或者發(fā)現(xiàn)極易糜爛的尖銳濕疣，很不幸，這位女性極有可能已經(jīng)被感染上了HPV。

到了晚期，宮頸癌病患承受的是來自生理上和心理上的雙重壓迫。盆腔神經(jīng)受到腫瘤浸潤，宮頸管內(nèi)被腫瘤阻塞，腫瘤壓迫或浸潤輸尿管時(shí)，都會引起劇烈的疼痛。加上腫瘤組織代謝、壞死組織的吸收或合并感染引起的發(fā)熱，病患在沒日沒夜的疼痛和高燒的累加折磨下日漸油盡燈枯。晚期的“無藥可救”更是讓她們每痛一下，就仿佛離死神更近一步。

好在宮頸癌是為數(shù)不多的可以通過宮頸篩查早期干預(yù)的手段進(jìn)行預(yù)防和有效治療的腫瘤疾病。

女性從感染HPV病毒到發(fā)展為癌前病變，再到進(jìn)展為子宮頸癌，通常需要5-10年甚至更長的時(shí)間。

▲HPV病毒感染后宮頸癌疾病發(fā)展示意圖(來源：中大醫(yī)療)

只要提早接種HPV疫苗、定期檢查、開展宮頸癌篩查和積極治療，就能大幅降低其發(fā)病率和死亡率，使得數(shù)百萬婦女將能免受不必要的痛苦。

目前國內(nèi)9至25歲的男女均可接種HPV疫苗，超過25歲且無性生活者也可以接種。

根據(jù)專家給出的篩查時(shí)間線，未滿21歲無需篩查，年滿21歲開始宮頸抹片篩查，陰性者之后每3年篩查一次，30至65歲女性每5年做一次宮頸癌抹片加HPV病毒篩查，65歲以上女性若連續(xù)3次抹片陰性，或連續(xù)2次HPV陰性，可終生不再篩查。

二、AI技術(shù)會是對抗宮頸癌的新“藥神”嗎?

面對來勢洶洶、傳染力超強(qiáng)的HPV病毒，全世界都在積極解決嚴(yán)重不足的醫(yī)療人才資源以及醫(yī)療資源極度不平衡的問題。

據(jù)金域醫(yī)學(xué)病理中心主任羅丕福介紹，要完成全國25-65歲女性(3.5億人口)的宮頸癌篩查至少需要18年。而近幾年，AI正成為新的“藥神”，為快速提升宮頸癌早期篩查的準(zhǔn)確度和降低成本、普及宮頸癌早期篩查帶來新的希望。

1、AI提效三件套：更精準(zhǔn)、更高效、更省人力

在準(zhǔn)確率上，宮頸細(xì)胞學(xué)輔助篩查AI的開發(fā)有助于診斷標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步細(xì)化與量化，通過高年資的病理醫(yī)生進(jìn)行標(biāo)注，將醫(yī)生腦海中難以量化的診斷標(biāo)準(zhǔn)與知識通過訓(xùn)練模型的方式固化下來，從而有效提升診斷的準(zhǔn)確率，避免因?yàn)槿藶榈闹饔^因素使得診斷結(jié)果產(chǎn)生不正常的波動。

在成本上，AI技術(shù)預(yù)期可將單次篩查所需工作時(shí)間減少超過60%，使得相同的工作時(shí)間與強(qiáng)度之下更多的標(biāo)本可以被處理，從而以大幅提升宮頸癌篩查的效率。同時(shí)，這對節(jié)約人力成本起到極大的幫助。

尤其是針對醫(yī)療資源嚴(yán)重不均的困境，AI的協(xié)助將有助于更多身處醫(yī)療資源落后地區(qū)的女性進(jìn)行宮頸癌篩查，使之可以惠及更為廣大范圍的群眾，切實(shí)提升居民健康水平。

以金域醫(yī)學(xué)為例，金域醫(yī)學(xué)在2018年全年處理宮頸細(xì)胞學(xué)樣本量已超過800萬例，要通過全人工方式處理如此大量的標(biāo)本，而且其中90%都是陰性，這里面存在著巨大的效率改進(jìn)空間。

最耗時(shí)的陰性樣本篩查可以由AI來承擔(dān)大部分工作，從而將珍貴的病理醫(yī)生資源從單調(diào)反復(fù)的篩查工作中解放出來，投入到更復(fù)雜的疑難雜癥的病理診斷場景中。

2、AI進(jìn)駐宮頸癌病理檢測的兩大難點(diǎn)

在宮頸癌病理檢測智能化升級過程中，主要遇到兩大難點(diǎn)。

其一，當(dāng)下宮頸癌篩查依賴主要病理醫(yī)生的人力，此前醫(yī)生閱片都是通過顯微鏡直接對玻片進(jìn)行閱片。因此，從閱物理片到閱數(shù)字片的轉(zhuǎn)變，對病理醫(yī)生而言需要適應(yīng)的時(shí)間，從操作方式到診斷標(biāo)準(zhǔn)的微調(diào)都需要經(jīng)過一定時(shí)長的磨合期。

其二，對制片流程而言，智能化必須使用數(shù)字化掃描之后的數(shù)字切片，因此在傳統(tǒng)的制片過程之后還增加了一道額外的掃描工序，這一點(diǎn)不管是對人力還是對設(shè)備(數(shù)字切片掃描儀、數(shù)字切片文件傳輸與存儲設(shè)備)都提出了新的要求，需要在落地實(shí)施的過程中進(jìn)行對應(yīng)的調(diào)整與適應(yīng)。

3、從半自動到全自動AI輔助篩查

目前世界上對宮頸癌病理檢測引入AI尚處于相對保守的狀態(tài)，大多采用的是AI輔助篩選視野+人工復(fù)閱的半自動形式。

這種形式常用的解決方案為由機(jī)器進(jìn)行全片閱片，從中篩選出10-20個相對可疑的局部視野，以及一個建議性質(zhì)的初步結(jié)果。但無論初步結(jié)果是陰性還是陽性，所有被篩選出的局部視野都必須通過人工的復(fù)查。如果上述視野存在陽性的可能性，則必須進(jìn)行全片復(fù)閱。

這種解決方案雖然保證了篩查結(jié)果最終均由病理醫(yī)生來判斷作出，但從另一方面，也未能從本質(zhì)上大幅減少病理醫(yī)生的工作量，因此在落地推廣方面依然遇到較多障礙。

近年來，已經(jīng)有不少研究機(jī)構(gòu)與初創(chuàng)團(tuán)隊(duì)開展了全自動AI篩查方向的研究，但大多都受到切片數(shù)據(jù)量、切片來源地、標(biāo)注質(zhì)量等因素的限制，距離可以實(shí)際落地應(yīng)用的指標(biāo)仍有一定差距。

如何在保證幾乎不漏診的前提之下，盡可能減少過診斷情況的出現(xiàn)，是宮頸細(xì)胞學(xué)AI輔助篩查當(dāng)前面臨的最大難題。

為了克服上述難題，金域醫(yī)學(xué)與多家外部AI團(tuán)隊(duì)在宮頸細(xì)胞病理AI方面進(jìn)行合作，以開發(fā)更精準(zhǔn)高效的早篩系統(tǒng)。

三、打造最優(yōu)宮頸癌AI系統(tǒng)，解鎖華為云多項(xiàng)開發(fā)工具

早在2014年，金域醫(yī)學(xué)就開始和香港、國外的幾家外AI團(tuán)隊(duì)合作，他們當(dāng)時(shí)可達(dá)到的最高敏感度在97%左右，而特異度則在70%上下。

敏感度：在金標(biāo)準(zhǔn)判斷有病(陽性)人群中，檢測出陽性的幾率。真陽性。(檢測出確實(shí)有病的能力)

特異度：在金標(biāo)準(zhǔn)判斷無病(陰性)人群中，檢測出陰性的幾率。真陰性。(檢測出確實(shí)沒病的能力)

如果敏感度低，可能會將癌癥患者誤診為健康人群，其中一旦含有高級別病變，漏診的后果將不堪設(shè)想。如果特異度低，那么健康的人可能會被誤判成癌癥患者，甚至帶來不必要的精神壓力和物理負(fù)擔(dān)。

為了實(shí)現(xiàn)盡可能高的敏感度和特異度，金域醫(yī)學(xué)繼續(xù)尋找實(shí)力更強(qiáng)的合作方。去年8月，華為云EI成為其構(gòu)建宮頸癌病理檢測AI的新幫手，將檢測的敏感度和特異度分別提升至約99%和80%，幾乎接近中美一流病理專家的水平，同時(shí)效率也得到改善。

在引入AI前，金域醫(yī)學(xué)在宮頸癌領(lǐng)域已經(jīng)積累了3000多萬病理樣本。因而在打造新AI系統(tǒng)的過程中，金域醫(yī)學(xué)主要負(fù)責(zé)提供病理專家和數(shù)據(jù)集，而華為云EI主要提供計(jì)算資源和算法團(tuán)隊(duì)。

具體而言，根據(jù)華為云EI視覺團(tuán)隊(duì)的需求，金域醫(yī)學(xué)的病理醫(yī)生對數(shù)字切片進(jìn)行專業(yè)的數(shù)據(jù)標(biāo)注，圖像塊和細(xì)胞級別的標(biāo)注點(diǎn)加起來超過20萬個。后續(xù)他們還將繼續(xù)投入人力增加標(biāo)注。

華為云一站式EI開發(fā)平臺則從標(biāo)注、訓(xùn)練模型、圖片判斷、推理和生成報(bào)告五步幫助金域打造最強(qiáng)建宮頸癌病理檢測AI。

首先是數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，華為云ModelArts平臺可對已經(jīng)上傳到云端的海量病理細(xì)胞病變區(qū)域進(jìn)行半自動化標(biāo)注，大大節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間和精力。圖像判斷模型的訓(xùn)練和推理過程，同樣是借助華為云ModelArts平臺完成。接下來細(xì)胞篩查功能的實(shí)現(xiàn)則借助了華為云的視覺算法API。

除了打造快速協(xié)助篩查分析的AI模型外，華為云EI還使用認(rèn)知計(jì)算技術(shù)幫助AI系統(tǒng)生成最終的精準(zhǔn)分析報(bào)告，并基于癌變細(xì)胞類型等多種影響因素，提供臨床決策建議。

結(jié)合華為云EI的DLS、圖像識別、NLP等技術(shù)，金域醫(yī)學(xué)和華為云EI聯(lián)手打造的宮頸癌病理檢測AI系統(tǒng)，據(jù)悉將幫助病理醫(yī)生篩查80%-90%以上的正常圖片。

據(jù)李映華透露，金域醫(yī)學(xué)和華為云EI合作的宮頸癌病理檢測AI系統(tǒng)計(jì)劃在今年下半年進(jìn)行大規(guī)模驗(yàn)證，當(dāng)系統(tǒng)通過專家驗(yàn)證以及國家食品藥品監(jiān)管總局(CFDA)認(rèn)證后，將幫助金域大大提高診療效率，為病理醫(yī)生提供更精準(zhǔn)的支持，最終惠及更大范圍的宮頸癌患者。

四、華為云EI：做用得起的“普惠AI”

除了打造宮頸癌病理檢測AI系統(tǒng)外，華為云EI還提供OCR識別等技術(shù)來幫助金域醫(yī)學(xué)實(shí)現(xiàn)管理層面的效率提升，從而“多管齊下”地幫助金域醫(yī)學(xué)完成智能化升級。據(jù)李映華介紹，未來金域醫(yī)學(xué)還將和華為云EI繼續(xù)展開在其它腫瘤病理等多領(lǐng)域的合作。

像金域醫(yī)學(xué)這樣的例子還有很多，截至2018年12月31日，華為云EI為醫(yī)療、物流、工業(yè)制造等多個行業(yè)細(xì)分場景，提供從基礎(chǔ)平臺服務(wù)到通用API、高級API到預(yù)集成方案的56種服務(wù)和159項(xiàng)功能。

和其他進(jìn)軍“醫(yī)療+AI”賽道的玩家相比，華為云EI的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在兩方面。

一個是以華為AI昇騰系列芯片為代表的強(qiáng)大算力，成為華為云一系列服務(wù)的有力支撐;另一個是通用開發(fā)能力，幫助更多人降低AI開發(fā)門檻。

例如在去年的華為全聯(lián)接大會上，華為云一連發(fā)布了AI開發(fā)平臺ModelArts、視覺AI應(yīng)用開發(fā)平臺HiLens、離線開發(fā)套件Atlas 200等多項(xiàng)AI全流程開發(fā)平臺和工具，使得從AI開發(fā)小白到高階程序員都能快速實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的AI模型。

自發(fā)布以來，華為云EI的一系列服務(wù)已經(jīng)幫助許多企業(yè)快速實(shí)現(xiàn)智能化升級，加速釋放AI在多個傳統(tǒng)行業(yè)的獨(dú)特價(jià)值。

結(jié)語：改變醫(yī)療，AI在路上

對于癌癥患者而言，早一天發(fā)現(xiàn)，早一天治療，就多一分早日治愈的希望。

經(jīng)過兩三年的發(fā)展，“醫(yī)療+AI”市場已經(jīng)趨于理性，技術(shù)方案逐漸在實(shí)際應(yīng)用場景中經(jīng)得起考驗(yàn)。AI技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療場景，尤其是癌癥早篩這種關(guān)乎人的生命安危的領(lǐng)域，必須經(jīng)過嚴(yán)苛的驗(yàn)證以確保足夠的可靠性，才能被投入到輔助醫(yī)生做早期預(yù)判的應(yīng)用中。

登山不以艱險(xiǎn)而止，則必臻乎峻嶺。隨著醫(yī)療工作者和AI開發(fā)者的共同努力，以及更多復(fù)合型人才被培養(yǎng)，我們不妨期待《Lancet Oncology》期刊中“到21世紀(jì)末，全球大多數(shù)國家都可以有效消除宮頸癌”的預(yù)言會提前實(shí)現(xiàn)。

標(biāo)簽： 醫(yī)療 AI