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    2021年08月 總第103期 主辦:武漢大學人民醫院黨委宣傳部
    本期責任編輯:鄒亞琴
    科技日報:“內鏡精靈”為胃腫瘤檢測開啟“第三只眼”
    發布:科技日報 時間:2021-08-11
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    本報記者 吳純新 劉志偉 通 訊 員 楊 岑 寧亞飛 第四代“內鏡精靈”具有四大核心功能,一是在胃鏡中實時監測檢查盲區,二是識別早期胃癌,三是在腸鏡中實時監測操作質量,四是識別癌前病變。此外,有關超聲內鏡、放大內鏡、內窺鏡逆行性膽管胰管造影術等場景下的應用模塊也正在融合進現有的產品當中。

    武漢大學人民醫院(湖北省人民醫院)消化內科主任于紅剛教授團隊發表在《柳葉刀—胃腸病學和肝病學》的最新研究表明,人工智能(AI)輔助的內鏡檢測系統——“內鏡精靈”可在不增加檢查時長的前提下,將胃腫瘤漏檢風險降低近八成,同時最大限度地減少不必要的活檢。

    消化道腫瘤發病率占中國癌癥總發病率的43.5%,僅在2020年,我國消化道腫瘤年發病人數就高達136萬,死亡人數達96萬。而胃癌是導致居民死亡的重要原因之一。世界衛生組織發布的2020年全球最新癌癥負擔數據報告指出,胃癌在全球死亡率中位列第4,在我國位列第3,且近年來呈現年輕化趨勢。

    人工智能實時監測胃鏡檢查盲區

    內鏡檢查是早期發現消化道腫瘤的必要手段,胃鏡檢查是臨床上篩查和診斷胃癌的最有效方法。自1805年消化內鏡技術面世以來,行業飛速發展,全球消化內鏡年診療量已超過1億例。

    不過,該領域的發展狀況仍不容樂觀。一方面,內鏡檢查設備性能不夠好,往往導致患者漏診;另一方面,由于內鏡醫師檢查水平參差不齊、高水平內鏡醫師稀缺,中國部分地區和世界部分地區早期胃癌的診斷率仍偏低。數據顯示,有20%—40%的早期胃癌患者被漏診,而結腸腺瘤被漏診的概率也高達22%。

    于紅剛認為,癌前病變、早期癌、進展期癌是消化道癌演變的“三部曲”,若能在癌前病變和早期癌階段篩查出病灶,并進行干預,將大大提高患者生存幾率。然而,檢測胃部腫瘤的關鍵一線工具——白光內鏡,對早期胃癌的敏感性和特異性并不高。

    于紅剛介紹,使用“內鏡精靈”輔助醫生胃鏡操作,當視野中出現異常病灶時,“內鏡精靈”會用藍框標記,提示醫生;若為沒有癌變傾向的低風險病灶,屏幕左側會提示“非腫瘤”;若為有癌變傾向的高風險病灶,標記框則變為紅色,屏幕左側提示“腫瘤”。“內鏡精靈”屏幕可額外提示胃鏡檢查盲區、異常病灶,同時進行胃鏡操作計時和質量評分,保證醫生高質量完成胃鏡檢查。

    該研究是一項基于1812名無痛胃鏡檢查患者的前瞻性、單中心、隨機對照、雙臂平行的串聯胃鏡試驗,是世界上首例評價人工智能系統改善胃鏡下腫瘤篩查效果的隨機對照試驗。

    百萬圖片助力“村姑”變“昭君”

    2016年,AlphaGo擊敗世界圍棋冠軍的新聞轟動一時。彼時,各國正以舉國之力搶占人工智能技術的制高點,而同樣為了實現這個目標,我國也在大力發展人工智能。

    受此啟發,于紅剛產生了讓AlphaGo學習消化內鏡的想法雛形,提出利用AI實時監測胃鏡檢查盲區的大方向,實現全方位、無死角、無遺漏鎖定病灶,最大限度確保檢查質量,保障患者生命安全。

    從全球范圍來看,消化內鏡人工智能技術的研究多處于少數病種的理論研究階段。不同于其他醫學影像,消化內鏡影像多為非標準化動態圖像,影響因素多,圖像差異大,這導致消化內鏡人工智能技術的研發難度相對較大。國內外目前尚無利用人工智能監控消化內鏡檢查質量的應用研究。

    消化內鏡AI系統也面臨著如何健全標準評價體系、如何標準化內鏡影像數據等技術難點。對于這些問題,沒有太多的國際經驗可以仿效,需要將“跟跑”思維轉變為“領跑”思維,從臨床實際需求出發,自行分析應用中出現的問題,形成一套自主的消化內鏡人工智能技術開發機制。

    于紅剛與武漢大學資源與環境學院合作攻關,傾力研發集內鏡質控與病灶診斷于一體的人工智能醫療器械產品。很快,“內鏡精靈”雛形產品在實驗室環境測試通過。然而因產品與傳統內鏡兼容障礙,首次臨床試用后結果不如人意。于紅剛和AI工程師團隊反復測試,迭代了近50個版本,終于研發出第一代不干擾傳統內鏡設備運行的獨立AI系統“村姑”。

    “村姑”肚子里貨少,只有幾千張圖片,只能實現比較簡單的功能,錯誤率也較高。而后團隊一路加大數據、優化功能、開發早癌識別、息肉識別等新技術,到4年后的今天,“內鏡精靈”已歷經“村姑”“貴妃”“飛燕”“昭君”四代躍遷,“肚子”里存貨近百萬張,監測錯誤率大大降低。

    第四代“內鏡精靈”具有四大核心功能,一是在胃鏡中實時監測檢查盲區,二是識別早期胃癌,三是在腸鏡中實時監測操作質量,四是識別癌前病變。此外,有關超聲內鏡、放大內鏡、內窺鏡逆行性膽管胰管造影術等場景下的應用模塊也正在融合進現有的產品當中。

    啟動大樣本、多中心研究

    于紅剛團隊是全球最早開始開發消化內鏡人工智能的團隊之一,團隊前期部分研究成果發表于國際醫學頂尖雜志、《中華消化內鏡》雜志等,累計影響因子居世界第一,已申請了30項發明專利,6項已授權,獲批3項二類醫療器械注冊證,3項歐洲CE認證,并于2021年1月進入國家創新醫療器械審批綠色通道,是國內外首個集內鏡質控與病灶診斷于一體的人工智能醫療產品,具有實時動態、貼合臨床的特點。

    目前,課題組正在啟動一項覆蓋全國各地區的大樣本、多中心研究,進一步評價該系統提高胃腫瘤檢出率乃至早癌檢出率的有效性和穩定性,探索和驗證AI在消化道腫瘤早診早治的臨床價值。

    “內鏡精靈”一路發展,一路成長,從最初由武漢大學人民醫院一家醫院使用,逐漸發展到全國28家三甲醫院使用,再全面輻射到全國350多家不同級別醫院,協助醫師發現2794例消化道早期癌癥患者及癌前病變患者,節省治療費用約8.382億元。在巴東縣人民醫院、黃梅縣人民醫院等12家縣醫院,“內鏡精靈”已開始大展拳腳,目前“內鏡精靈”已進入云南省劍川縣醫院開展健康宣教及扶貧試點工作,將其早癌檢出率從0提高至63.64%,取得了顯著成效。當地患者不用輾轉省城大醫院,也不必苦等“專家號”,就可獲得最客觀和權威的內鏡檢查。

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