“內(nèi)鏡精靈”減少檢查盲區(qū)

文/本刊記者 郭瀟雅

“內(nèi)鏡精靈”會(huì)自動(dòng)識(shí)別盲區(qū)，及時(shí)提醒醫(yī)生未曾到達(dá)的檢查部位，避免漏查漏診。

4月3日，世界三大通訊社之一的英國路透社(Reuters)，專題報(bào)道了武漢大學(xué)人民醫(yī)院消化內(nèi)科研發(fā)的內(nèi)鏡質(zhì)量改善人工智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)“內(nèi)鏡精靈”（ENDOANGEL），引起國際醫(yī)學(xué)界的廣泛關(guān)注。美國克利夫蘭診所心血管醫(yī)學(xué)主席Eric Topol在國外社交媒體上轉(zhuǎn)發(fā)了該消息，并給予積極評(píng)價(jià)：“這款由中國醫(yī)生研發(fā)的最新系統(tǒng)，可以顯著降低消化道內(nèi)鏡檢查的盲區(qū)率?！?/p>

據(jù)了解，內(nèi)鏡精靈以現(xiàn)有的消化內(nèi)鏡設(shè)備和數(shù)據(jù)系統(tǒng)為平臺(tái)，結(jié)合人工智能技術(shù)，構(gòu)建內(nèi)鏡圖像樣本數(shù)據(jù)集，開發(fā)訓(xùn)練可以辨認(rèn)內(nèi)鏡下解剖學(xué)部位的深度學(xué)習(xí)模型，在不干擾原有內(nèi)鏡設(shè)備正常工作的前提下，研發(fā)的一款新型人工智能無盲區(qū)消化道早癌篩查診斷儀器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)內(nèi)鏡下的畫面。在醫(yī)生做檢查的同時(shí)，主動(dòng)提示并輔助診斷病灶，監(jiān)測(cè)醫(yī)生操作質(zhì)量，避免內(nèi)鏡下漏診誤診。

其實(shí)，該項(xiàng)研究成果此前曾發(fā)表在消化病學(xué)國際頂級(jí)期刊《英國胃腸病學(xué)會(huì)官方期刊》（Gut）上，該雜志影響因子高達(dá)17.016。2019年以來，武漢大學(xué)人民醫(yī)院消化內(nèi)科“內(nèi)鏡精靈”研發(fā)團(tuán)隊(duì)多次獲邀到德國、意大利、美國等參加國際消化病、內(nèi)鏡診療高端學(xué)術(shù)會(huì)議，并作專題演講，向世界同行展現(xiàn)中國內(nèi)鏡醫(yī)師的精湛技藝及創(chuàng)新發(fā)明。

構(gòu)建三大模塊

內(nèi)鏡檢查是早期發(fā)現(xiàn)消化道腫瘤的必要手段，但由于內(nèi)鏡醫(yī)師檢查水平參差不齊，高水平內(nèi)鏡醫(yī)師稀缺，基層醫(yī)院消化內(nèi)鏡檢查中漏檢、漏診現(xiàn)象較多。目前，中國和世界部分其他地區(qū)早期胃癌的診斷率仍低于20%，而消化道腫瘤發(fā)病率占中國癌癥總發(fā)病率的43.5%。消化道腫瘤若能早期發(fā)現(xiàn)，治愈率可高達(dá)95%。

“內(nèi)鏡精靈”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、武漢大學(xué)人民醫(yī)院消化內(nèi)科主任于紅剛教授介紹，該院消化內(nèi)科是湖北省重點(diǎn)學(xué)科、武漢大學(xué)重點(diǎn)學(xué)科，國家中醫(yī)藥管理局Ⅱ級(jí)實(shí)驗(yàn)室，湖北省消化系統(tǒng)疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北省消化內(nèi)鏡介入診療質(zhì)量控制中心及湖北省消化內(nèi)鏡質(zhì)控中心掛靠單位。消化內(nèi)鏡中心在2018年接待患者52880位，進(jìn)行了34995例胃腸鏡檢查。學(xué)科擁有多名全國學(xué)會(huì)副主委，承擔(dān)國家級(jí)及省級(jí)科研項(xiàng)目多項(xiàng)，獲省部級(jí)科技成果獎(jiǎng)十余項(xiàng)。

依托強(qiáng)大的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)，從2017年開始，于紅剛帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)成員開始了研發(fā)之路。“內(nèi)鏡精靈”主要基于以下三大模塊的構(gòu)建。

一是結(jié)直腸癌前病變篩查診斷系統(tǒng)的構(gòu)建。結(jié)直腸癌前病變篩查主要從兩方面入手：一方面是醫(yī)生的檢查質(zhì)量，退鏡速度過快會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)過部分腸粘膜、漏診腸道早癌，退鏡時(shí)間每增加1分鐘，腺瘤檢出率會(huì)提高3.6%，因此，構(gòu)建了實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腸鏡退鏡觀察速度的模型，將退鏡速度控制在安全范圍內(nèi)，提高腸鏡檢查質(zhì)量；另一方面是可能發(fā)展為癌的疾病診斷，大于80%的腸癌由息肉發(fā)展而來，息肉檢出率與腸癌漏診風(fēng)險(xiǎn)息息相關(guān)，因此，科研團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了結(jié)直腸息肉自動(dòng)識(shí)別模型。

二是無盲區(qū)早期胃癌篩查及輔助診斷模型的構(gòu)建。早期發(fā)現(xiàn)是提高胃癌患者生存率的重要策略。然而，早期胃癌病灶改變輕微、十分隱蔽，需要內(nèi)鏡醫(yī)師具有豐富的經(jīng)驗(yàn)和強(qiáng)大的知識(shí)儲(chǔ)備。因此，基于使用最為廣泛的白光內(nèi)鏡技術(shù)，構(gòu)建了早期胃癌篩查模型，一方面訓(xùn)練AI識(shí)別胃鏡檢查中重要的26個(gè)部位，在做胃鏡過程中，AI會(huì)根據(jù)醫(yī)生觀察到的部位數(shù)對(duì)操作進(jìn)行打分，并提示漏檢的部位；另一方面，使AI學(xué)會(huì)識(shí)別胃早癌的特征，發(fā)現(xiàn)疑似早癌的位置會(huì)用方框提示，輔助醫(yī)生發(fā)現(xiàn)胃早癌。

三是自動(dòng)生成胃腸鏡圖像報(bào)告。傳統(tǒng)的內(nèi)鏡檢查需要內(nèi)鏡醫(yī)師在做檢查的同時(shí)人工采集圖像，來保存患者的圖像資料。這要求內(nèi)鏡醫(yī)師在操作過程中密切關(guān)注胃黏膜形態(tài)，采圖質(zhì)量與操作者的水平和主觀狀態(tài)緊密相關(guān)，很容易出現(xiàn)圖像不全面或者模糊不合格的情況。此外，由于人工采圖時(shí)，內(nèi)鏡醫(yī)師必須先暫停視頻畫面才能采集圖像，導(dǎo)致檢查時(shí)間延長，增加了患者的痛苦情緒。而“內(nèi)鏡精靈”可在后臺(tái)自動(dòng)分析圖像，從全局視頻中全面準(zhǔn)確地提取并儲(chǔ)存胃腸腔部位典型圖像，以及患者病灶處的清晰圖像，提高內(nèi)鏡圖片質(zhì)量，縮短檢查時(shí)間，減小操作醫(yī)師的負(fù)擔(dān)。

檢查數(shù)據(jù)精準(zhǔn)

在研發(fā)過程中，科研團(tuán)隊(duì)遇到過許多前期想象不到的困難，比如在腸道模型的訓(xùn)練階段，最初的想法是讓AI能夠辨認(rèn)出腸道不同部位的圖片，但腸道許多部位的形態(tài)都是相似的，因此訓(xùn)練遇到了瓶頸。為了使這套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更加精準(zhǔn)，科研團(tuán)隊(duì)與武漢大學(xué)測(cè)繪學(xué)院合作，繪制出人體消化道的“地形圖”，并依照消化內(nèi)鏡檢查的診療規(guī)范，標(biāo)識(shí)出必查的“坐標(biāo)點(diǎn)”，讓AI學(xué)習(xí)有特征的腸道結(jié)構(gòu)并據(jù)此定位。

科研團(tuán)隊(duì)先后使用了107個(gè)真實(shí)的內(nèi)鏡檢查視頻測(cè)試“內(nèi)鏡精靈”系統(tǒng)，在一項(xiàng)隨機(jī)試驗(yàn)中，分配到“內(nèi)鏡精靈”輔助檢查的153名患者的盲點(diǎn)率（5.9%），顯著低于常規(guī)檢查組的150名患者（22.5%）；“內(nèi)鏡精靈”輔助胃鏡組的平均檢查時(shí)間（5.03分鐘）明顯長于對(duì)照組（4.24分鐘）；“內(nèi)鏡精靈”可以抓取并儲(chǔ)存胃鏡不同部位的典型圖片，自動(dòng)產(chǎn)生患者的圖片報(bào)告，“內(nèi)鏡精靈”自動(dòng)產(chǎn)生的圖片報(bào)告文件完整性（90.64%），顯著高于內(nèi)鏡醫(yī)師（79.14%）。

武漢大學(xué)人民醫(yī)院消化內(nèi)科教授陳明鍇表示，經(jīng)過近兩年的研發(fā)，“內(nèi)鏡精靈”系統(tǒng)成功投入臨床使用，它相當(dāng)于內(nèi)鏡醫(yī)生的“第三只眼”，能及時(shí)提醒內(nèi)鏡醫(yī)生不要放過死角，盡早識(shí)別可能有問題的部位。如果醫(yī)生在被提醒后，還是沒有檢查到某些“死角”的話，“內(nèi)鏡精靈”還會(huì)阻止檢查報(bào)告的打印發(fā)布。

武漢大學(xué)人民醫(yī)院研發(fā)的“內(nèi)鏡精靈”。

于紅剛認(rèn)為，“內(nèi)鏡精靈”的研發(fā)具有深遠(yuǎn)的意義：首先，“內(nèi)鏡精靈”實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)內(nèi)鏡畫面，在醫(yī)生做檢查時(shí)主動(dòng)提示早癌病灶，標(biāo)記未觀察部位，大幅減少早癌漏診，為醫(yī)保省錢、為家庭減負(fù)；其次，我國消化內(nèi)鏡診療機(jī)構(gòu)眾多，每年衛(wèi)生行政部門耗費(fèi)大量人力物力進(jìn)行走訪調(diào)研、質(zhì)量監(jiān)管，該系統(tǒng)可自動(dòng)評(píng)估醫(yī)院消化內(nèi)鏡檢查質(zhì)量，迅速、準(zhǔn)確地獲得各級(jí)醫(yī)療機(jī)構(gòu)質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)，大幅節(jié)約質(zhì)控成本；再次，我國人均內(nèi)鏡醫(yī)師僅為日本的1/14，培訓(xùn)方式多為手把手教學(xué)，周期長且水平參差不齊，該系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)內(nèi)鏡醫(yī)師操作規(guī)范，可使醫(yī)師快速學(xué)習(xí)和提高。

不過，于紅剛也坦言，“內(nèi)鏡精靈”還有許多功能有待完善和拓展。下一步將首先基于國內(nèi)外胃腸鏡操作規(guī)范，建立標(biāo)準(zhǔn)化胃腸鏡質(zhì)控體系，再利用醫(yī)療機(jī)構(gòu)的消化內(nèi)鏡電子影像及病例信息，儲(chǔ)存和傳輸醫(yī)學(xué)影像，準(zhǔn)確快速地實(shí)時(shí)記錄并遠(yuǎn)程同步每家醫(yī)院、每位醫(yī)生的質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)。“內(nèi)鏡精靈”研發(fā)的兩大終極目標(biāo)是：構(gòu)建基于人工智能的無盲區(qū)消化道早癌篩查診斷系統(tǒng)；構(gòu)建自動(dòng)監(jiān)測(cè)消化內(nèi)鏡檢查質(zhì)量控制指標(biāo)的智能分析系統(tǒng)。

目前，“內(nèi)鏡精靈”已在全國的多家醫(yī)院進(jìn)行試用，未來，“內(nèi)鏡精靈”還將被推廣到全國基層醫(yī)院，以驗(yàn)證該系統(tǒng)的臨床價(jià)值。