人工智能醫(yī)學影像的商業(yè)價值與展望*

文/覃雪沙 段慶潮（桂林電子科技大學）

一、智能醫(yī)學影像發(fā)展狀況

（一）背景概述

在信息技術(shù)飛速發(fā)展的時代，傳統(tǒng)的醫(yī)療服務已經(jīng)無法滿足人們對高效醫(yī)療程序的需求，線下醫(yī)療活動必將朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡化和智能化的數(shù)字健康演變。AI在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)的應用和發(fā)展給醫(yī)療工作者和研究者帶來了極大的想象空間，也極大地鼓舞了投資者對智能醫(yī)療領(lǐng)域相關(guān)產(chǎn)品和項目的投資，市場開始不斷催生出人工智能與醫(yī)療設備結(jié)合的應用程序。目前AI在我國醫(yī)療領(lǐng)域的應用已經(jīng)非常廣泛，幾乎涵蓋了從就診到康復的全過程，但源于我國對不同病理數(shù)據(jù)覆蓋程度的并不全面，即使是擁有強大人口優(yōu)勢的中國，多年來已經(jīng)獲得了海量的醫(yī)學影像數(shù)據(jù)，但有效深入應用于AI醫(yī)療影像技術(shù)仍非常局限。精準高質(zhì)量的數(shù)據(jù)獲取和儲存依然是我國普遍AI醫(yī)療影像技術(shù)停滯不前的缺憾，成為阻礙我國智能醫(yī)學影像順利邁向商業(yè)化的關(guān)鍵。對醫(yī)療衛(wèi)生事業(yè)這一特殊而又復雜的行業(yè)來說，一般患者病理特征更是存在較大差異與不確定性，在面對這些變幻莫測復雜狀況的同時，也極大提升了當前醫(yī)療影像技術(shù)與AI結(jié)合的困難指數(shù)。

（二）當下醫(yī)學影像質(zhì)量分析

智能醫(yī)學影像是一個以非侵入的形式探測人體內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，集WSI圖像高清顯示、無損縮放以及智能標注于一體的軟件，如圖1所示。軟件設計主要保證WSI圖像縮放過程中信息損失程度最低、WSI圖像顯示速度最快且分辨率最高以及WSI圖像準確高效的標注，力求實現(xiàn)對于大內(nèi)存WSI圖像豐富細節(jié)的完全保留和快速處理。可有效解決醫(yī)學影像大數(shù)據(jù)處理難題,幫助醫(yī)療工作者顯著提高數(shù)據(jù)分析的效率和準確性,提升了健康與診療的效益及價值。

圖1 產(chǎn)品系統(tǒng)框架圖

醫(yī)院數(shù)據(jù)里80%-90%的存儲容量被影像數(shù)據(jù)所占據(jù)，而傳統(tǒng)的基于醫(yī)學影像學的計算機輔助技術(shù)包括計算機輔助檢測（CAD）和計算機輔助診斷，它們對圖像的處理無法實現(xiàn)高分辨率顯示的同時還不能保證病理細節(jié)全保留縮放，導致無法高效輔助醫(yī)療工作者作出及時準確的診斷。

目前，通過應用人工智能結(jié)合的醫(yī)學影像使得計算機通過對已有的數(shù)據(jù)進行經(jīng)驗積累，不僅提高對任務的處理能力，還極大地擴展其應用范圍。具體來說，人工智能在圖像處理上的能力分為以下四類，如圖2所示。

圖2 人工智能在醫(yī)學影像分析

目前在醫(yī)療檢測過程中，無論是對病理的診斷、治療還是預防，更強調(diào)“個性化”的醫(yī)療模式。人工智能對醫(yī)學影像的數(shù)據(jù)挖掘和分析方法包括數(shù)據(jù)預處理、圖像分割、特征提取和匹配判斷，前三個過程的核心是圖像識別，而匹配判斷，則要通過深度學習來診斷，對現(xiàn)有的臨床治療過程帶來較大的改變，醫(yī)學影像在診斷方面有以下特征與優(yōu)勢：

（1）篩選無效信息，把有效診斷信息呈現(xiàn)給醫(yī)療工作者。醫(yī)學影像完成組織定位分類及分割工作，標注可疑位置，相當于完成了醫(yī)生的一部分工作，排除了無效的干擾信息。

（2）醫(yī)療工作者做定性診斷，計算機進行定量分析；相比于醫(yī)生，計算機更擅長進行定量分析，而且在臨床過程中，需要對病變進行更加精確的定量分析，這些正是人工智能所擅長的領(lǐng)域。

（3）提供標準化、個性化和規(guī)范化診斷流程，提高診斷的效率與穩(wěn)定性。醫(yī)學影像APP通過快速瀏覽病理庫信息直接將病灶部位進行特殊標注，醫(yī)生進行審核，可以明顯提高醫(yī)生診斷效率。

二、醫(yī)學影像行業(yè)歷史與前景展望

1956年，著名放射醫(yī)學家Gwilym Ladwicky說 過“There is no function on computer cannot do in radiology”。他一生致力于研究計算機算法，力求精確地從X光中識別腫瘤，但在他30年的研究生涯中，從未真正意義上達到目標，究其原因，先進的想法與技術(shù)的實現(xiàn)被當時有限的計算能力大大限制了。進入21世紀以來，在醫(yī)學圖像和醫(yī)學影像處理領(lǐng)域的研究，已經(jīng)存在很多基于計算機技術(shù)的自動化方法得到了有效的落實，比如被認為最有潛力的基于CNN的模型。這對于研究大容量的WSI圖像帶來了很大幫助，以WSI為代表的數(shù)字病理學正快速發(fā)展。醫(yī)學影像的發(fā)展與醫(yī)學科學的進步緊密相關(guān)，而智能醫(yī)學影像的發(fā)展已成為推動醫(yī)學持續(xù)進步的不竭動力。我國醫(yī)學影像數(shù)據(jù)正以30%的速度逐年增長,大量的醫(yī)學影像數(shù)據(jù)給臨床醫(yī)生的工作帶來了極大挑戰(zhàn),也為疾病診療模式的變革帶來了機遇。

智能化醫(yī)學影像可以使病理資源數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡化，可達到可視化數(shù)據(jù)永久儲存和不受時空限制的同步瀏覽處理，因此在病理各個領(lǐng)域?qū)⒌玫綇V泛的應用。從2019年起，AI醫(yī)學影像的商業(yè)化落地成為行業(yè)關(guān)注的重點，也是企業(yè)發(fā)展的驅(qū)動力，企業(yè)間開始注重品牌體驗與技術(shù)革新，真正解放人力，為醫(yī)療工作者提供更豐富簡化的診療體驗。醫(yī)療衛(wèi)生數(shù)據(jù)的挖掘，結(jié)合本身的影像數(shù)據(jù)獲取和存儲優(yōu)勢，醫(yī)學影像技術(shù)在作出行業(yè)標準方面有了新的突破，讓智能化醫(yī)療服務成為可能，通過對大數(shù)據(jù)的挖掘和分析等底層指令完成軟件自我的更新?lián)Q代，一方面能輔助醫(yī)療工作者高效、準確地完成診斷。另一方面優(yōu)化了醫(yī)療資源配置、彌補醫(yī)院管理漏洞和提升患者就醫(yī)體驗。《夢幻之地》有這么一句話“只要你把他建設好他就會來”，幾乎可以肯定的是，醫(yī)學影像會是人工智能在醫(yī)學領(lǐng)域應用的新篇章。這項技術(shù)不僅代表AI技術(shù)的突破，還是自動化技術(shù)的巨大進步。

三、醫(yī)學影像開發(fā)意義

1972年，X-CT的問世標志著醫(yī)學影像技術(shù)的新變革，進入20世紀80年代，影像診斷技術(shù)急劇向數(shù)字化發(fā)展，成為醫(yī)學影像技術(shù)史上新的里程碑，如圖3所示。目前，AI醫(yī)學影像仍處于變革之中，X-CT、US、MRI和ECT已被公認為醫(yī)學影像診斷的四大成像技術(shù)方式。受益于數(shù)字化經(jīng)濟的日漸成熟，百姓健康需求不斷增加，從望聞問切到醫(yī)學影像，再到當今最高端的PETCT技術(shù)，無膠片醫(yī)學影像和數(shù)字化醫(yī)院成為現(xiàn)實，中國醫(yī)療器械市場迎來了巨大的發(fā)展挑戰(zhàn)和機遇。尤其在疫情期間，面對國內(nèi)病患的暴增，醫(yī)療任務繁重、工作強度大、夜班頻繁、醫(yī)患關(guān)系緊張，在這種災難性的疾病面前，高效、及時的診療服務設備成為市場最具有競爭的優(yōu)勢之一。

圖3 醫(yī)學影像發(fā)展路徑

在2020 年新冠疫情暴發(fā)后，針對新型冠狀病毒類藥物的篩選過程中，智能醫(yī)學技術(shù)在抗新冠病毒歷史藥物的數(shù)據(jù)挖掘與集成、藥物靶點與分子性質(zhì)的智能計算、臨床數(shù)據(jù)資源的海量分析等方面發(fā)揮了重要作用。據(jù)《2020-2026年中國醫(yī)學影像設備行業(yè)市場供需態(tài)勢及投資規(guī)模預測報告》數(shù)據(jù)顯示：數(shù)字化醫(yī)學影像設備需求在不斷上漲，且中國醫(yī)學影像數(shù)據(jù)以超過30%的速度增長，而從事醫(yī)療影像者的年增長率僅為4.1%，醫(yī)師長期處于超負荷的工作狀態(tài)下會帶來一定的診療風險。醫(yī)療數(shù)據(jù)的急劇增長，迫切需要人工智能在醫(yī)學影像的精確應用與開發(fā)，因此，數(shù)據(jù)獲取能力和智能標注能力成為智能化醫(yī)療影像領(lǐng)域企業(yè)間占據(jù)絕對優(yōu)勢的核心競爭力。如圖4國內(nèi)醫(yī)療數(shù)據(jù)特征分析。

圖4 國內(nèi)醫(yī)療數(shù)據(jù)特征

四、醫(yī)學影像商業(yè)價值的分析

（一）市場機遇

雖然我國是最大醫(yī)療器械市場，但現(xiàn)階段高端醫(yī)療影像設備仍處于一個技術(shù)瓶頸，缺少重大突破。近些年來，人工智能的熱潮不斷涌現(xiàn)，國內(nèi)企業(yè)開始關(guān)注人工智能在醫(yī)學領(lǐng)域的應用與開發(fā)，研發(fā)實力得到不斷增強，醫(yī)療設備逐步轉(zhuǎn)向國產(chǎn)化。據(jù)統(tǒng)計，中國一年的醫(yī)學影像檢查總次數(shù)達76億人次，臨床需求的不斷增加給影像科帶來了巨大的挑戰(zhàn)和機遇。隨著醫(yī)學影像設備越來越復雜、信息量越來越大，而目前我國專業(yè)醫(yī)療人才的稀缺，使得國內(nèi)AI醫(yī)療影像輔助診療的需求日益迫切。常規(guī)的對于WSI圖像的處理操作往往是直接進行壓縮或者直接分割得到縮略圖，這種方式容易產(chǎn)生WSI圖像信息丟失與分辨率降低的問題，降低了原始圖像的質(zhì)量，直接影響醫(yī)學圖像研究學者和醫(yī)院醫(yī)師對病理判斷分析的結(jié)果。國內(nèi)對于此類醫(yī)學專業(yè)軟件的開發(fā)滯后于國外，市場上雖然有RadiAnt DICOM Viewer、ITK-Snap和3Dslicer等專業(yè)軟件，而據(jù)市場反饋，這些軟件AI圖像識別算法準確度并不高，且不能實現(xiàn)高分辨率顯示與細節(jié)全保留縮放的有機結(jié)合，無法有效應對WSI圖像帶來的難題。全卷積結(jié)構(gòu)AI醫(yī)學影像的出現(xiàn)將為全國醫(yī)學類高校、醫(yī)學類研究者、醫(yī)院以及醫(yī)學科研單位提供一種醫(yī)學圖像處理新方式，幫助他們更好地處理由醫(yī)學WSI圖像內(nèi)存超大而造成的圖像不易查看、縮放、標注等問題，使其能夠最大程度上應對醫(yī)學工作者對相關(guān)醫(yī)療影像的分析整理工作。

Global Market Insights數(shù)據(jù)顯示，在新冠疫情的沖擊下，國內(nèi)外醫(yī)療影像和診斷技術(shù)將是這幾年智能醫(yī)療領(lǐng)域增速最快的行業(yè)，從2020—2024年，全球醫(yī)學影像設備市場規(guī)將從395億美元增長至510億美元。預計到2025年，全球醫(yī)學影像設備市場規(guī)模將達到529億美元，如此龐大的市場規(guī)模，為國內(nèi)企業(yè)提供了一個難得的趕超機遇。目前國內(nèi)進入人工智能醫(yī)學影像領(lǐng)域的創(chuàng)業(yè)公司已近50家，如聯(lián)影、東軟和萬東等代表國產(chǎn)影像設備紛紛加碼人工智能，在某些領(lǐng)域已有趕超之勢。從全球范圍看，不少國家的醫(yī)療機構(gòu)的放射科或?qū)嶒炇乙呀?jīng)完成了全數(shù)字化轉(zhuǎn)換，為國內(nèi)企業(yè)提供了許多可以借鑒的經(jīng)驗。在國內(nèi)，伴隨WSI高清大圖像逐漸推廣應用，使得有關(guān)人員對DP技術(shù)的發(fā)展愈發(fā)關(guān)注重視，對于此類項目的科研資金投入也呈現(xiàn)出顯著增加的趨勢，越來越多關(guān)于WSI圖像處理的技術(shù)不斷涌現(xiàn)。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2019年，我國人工智能醫(yī)療行業(yè)投融資金額達到15.46億元，從總體投融資情況來看，人工智能連續(xù)兩年、醫(yī)療健康連續(xù)三年成為投融資熱門領(lǐng)域，加之近年來國家多次出臺相關(guān)政策鼓勵醫(yī)療健康行業(yè)發(fā)展，人工智能醫(yī)療影像商業(yè)化進展愈加成熟，資本吸引力不斷增大。

（二）政策支持

醫(yī)學影像行業(yè)發(fā)展至今已有多年的歷程，AI醫(yī)療的迅速發(fā)展和普及，既提高了醫(yī)療質(zhì)量，也降低了醫(yī)療成本，還為解決國內(nèi)醫(yī)療行業(yè)資源分配不均等民生問題，得到了國家相關(guān)部門的高度重視。事實上，從應用場景來看，相比于制造業(yè)、教育等領(lǐng)域，醫(yī)療行業(yè)具有相當?shù)闹斏餍耘c嚴格性，國內(nèi)人工智能在醫(yī)學領(lǐng)域的應用仍處于初級階段，且商業(yè)化程度相對較低，市場滲透力不足。2016年6月，國務院就曾出臺《關(guān)于促進和規(guī)范健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)應用發(fā)展的指導意見》，鼓勵企業(yè)研發(fā)與健康醫(yī)療相關(guān)的AI技術(shù)，加快研發(fā)成果，提高數(shù)據(jù)醫(yī)療、物聯(lián)網(wǎng)等設備生產(chǎn)制造水平，促進健康醫(yī)療智能裝備的產(chǎn)業(yè)升級。2018年7月，國家衛(wèi)健委發(fā)布《關(guān)于深入開展“互聯(lián)網(wǎng)+”醫(yī)療健康發(fā)展的意見》，提出加快推進智慧醫(yī)院建設，改造優(yōu)化診療流程；推進醫(yī)學影像數(shù)據(jù)采集標準化、規(guī)范化；加快醫(yī)學影像輔助診斷系統(tǒng)的產(chǎn)品化以及臨床輔助應用。在新冠疫情期間，AI醫(yī)療技術(shù)在快速體溫檢測、醫(yī)療大數(shù)據(jù)防控、醫(yī)學影像判讀等方面提高了抗疫的整體效率。不可否認的是，人工智能在醫(yī)學領(lǐng)域的應用會朝著多元化的市場需求展開。預計未來，國家將繼續(xù)出臺系列政策支持人工智能醫(yī)療產(chǎn)業(yè)發(fā)展，鼓勵優(yōu)質(zhì)機構(gòu)AI醫(yī)療服務能力和資源向地方開放。

五、醫(yī)學影像發(fā)展建議及思考

隨著現(xiàn)代計算機與信號集成技術(shù)的成熟，醫(yī)學影像學也在探索、創(chuàng)新、完善中得到快速成長。行業(yè)的巨大市場機會催生了行業(yè)投資的快速增長，預計未來行業(yè)的競爭將更加激烈。從區(qū)域來看，歐美日等發(fā)達國家和地區(qū)的醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)發(fā)展時間早，對醫(yī)療器械產(chǎn)品的技術(shù)水平和質(zhì)量要求較高，市場需求以產(chǎn)品升級換代為主，市場規(guī)模龐太，增長穩(wěn)定。而不難發(fā)現(xiàn)的是，以中國為代表的新興市場是全球最具潛力的醫(yī)療器械市場，產(chǎn)品普及需求與升級換代需求并存，創(chuàng)業(yè)企業(yè)可以就以下幾方面經(jīng)營指標進行加強，如圖5所示。

圖5 公司經(jīng)營指標分析

六、結(jié)束語

在醫(yī)學領(lǐng)域，即使作為一款受全球青睞的可實現(xiàn)WSI醫(yī)學圖像的快速閱覽、無損縮放、智能標注的WEB應用，也存在市場飽和度不足等問題，我國醫(yī)療資源不平衡的問題亟待解決。當前，大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)+、企業(yè)快聯(lián)等前沿技術(shù)的融合發(fā)展正引領(lǐng)社會生產(chǎn)新變革、創(chuàng)造人類新領(lǐng)域，極大地提高了人類探索世界的能力。信息流引領(lǐng)技術(shù)流已經(jīng)成為這個時代最本質(zhì)的特征，未來各領(lǐng)域間的數(shù)字經(jīng)濟社會競爭會越來越激烈，而數(shù)據(jù)收集及預處理能力將成為決定行業(yè)間發(fā)展力和競爭力的決定性因素。