《電子技術(shù)應(yīng)用》
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用AI解密眼底世界

2021-07-30
來源:腦極體

  近年來,AI技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用得到快速推廣,包括醫(yī)學(xué)影像、新藥研發(fā)、病例分析、健康管理平臺(tái)等眾多場(chǎng)景。醫(yī)療領(lǐng)域的研究機(jī)構(gòu)、醫(yī)院、高校、企業(yè)等都在積極開展AI的研究與合作項(xiàng)目,在實(shí)際的臨床診療中,我們也能體驗(yàn)眾多三甲醫(yī)院已經(jīng)開啟AI技術(shù)的臨床試驗(yàn)案例,比如AI影像識(shí)別、智能診療助手及智能診療平臺(tái)等。

  在這些場(chǎng)景中,AI技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域中的落地應(yīng)用最廣,據(jù)研究,在醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)中使用到有關(guān)于醫(yī)學(xué)影像分析和圖像分析的算法超過72%,AI在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域應(yīng)用成熟度較高。

  在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域中的細(xì)分領(lǐng)域內(nèi),AI眼底影像分析的發(fā)展備受矚目,除了其落地的趨勢(shì)發(fā)展之快,更重要的是其背后代表的醫(yī)療產(chǎn)業(yè)價(jià)值,眼底篩查和診療離不開影像設(shè)備的輔助,那么,AI技術(shù)+眼底影像設(shè)備又碰撞出哪些新的魔法呢?

  AI與眼底影像設(shè)備的邂逅帶來了什么?

  眼睛是人體非常重要的器官,而眼底病是威脅視力的重要危險(xiǎn)因素,眼底病與癌癥、心腦血管疾病是最能影響生活質(zhì)量的疾病前三,目前大部分眼底病可以通過眼底影像篩查設(shè)備及時(shí)發(fā)現(xiàn)、治療,可以大大降低致盲率。

  眼疾的診療離不開醫(yī)學(xué)影像設(shè)備的輔助,對(duì)于AI眼底影像分析技術(shù)來說,在現(xiàn)下的整個(gè)臨床診療過程中,從篩查、診斷、治療引導(dǎo)和評(píng)估,都占據(jù)了極其重要的地位,是非常重要的輔助工具。AI技術(shù)與眼底影像設(shè)備的邂逅提供的價(jià)值包含:

  首先是對(duì)于患者來說,緩解供需失衡的診療需求。我們是一個(gè)擁有14億人口大國,但是醫(yī)療資源供需嚴(yán)重失衡,什么時(shí)候去醫(yī)院都是人滿為患,而對(duì)于眼科領(lǐng)域,注冊(cè)的眼科醫(yī)生只有三萬多人,想要在有限的醫(yī)療資源條件下去服務(wù)這么大的患者群體, AI眼底影像的技術(shù)背后的閱片效率輔助,可以有效的減緩醫(yī)療資源的緊張事態(tài),并創(chuàng)造新的解決方案和醫(yī)療模式。

  其次從醫(yī)師的角度來看,提高了眼疾診斷精度與效率。由于就診量巨大,醫(yī)師長(zhǎng)期從事高負(fù)荷的閱片工作,容易出現(xiàn)漏、誤診等問題。再加上眼科領(lǐng)域的工作專業(yè)性高比較復(fù)雜,對(duì)于一些經(jīng)驗(yàn)不足的基層醫(yī)師,也會(huì)出現(xiàn)一些誤診的情況,AI眼底影像技術(shù)的介入,對(duì)于一些眼底疾病的評(píng)估,準(zhǔn)確性和人類專家的水平相似,在幾秒內(nèi)就可以給出診斷建議,成為眼科醫(yī)生的得力助手,提高診斷的精度、時(shí)間,可以釋放醫(yī)生的部分精力到研究性工作和治療當(dāng)中。

  再者就是AI眼底影像技術(shù)對(duì)于除眼疾以外其他病癥的輔助判斷。由于眼底富有各種動(dòng)靜脈血管,眼底檢查已經(jīng)成為監(jiān)測(cè)多種全身性疾病的重要依據(jù),比如動(dòng)脈硬化、高血壓、腎炎、白血病、貧血等都會(huì)引起眼底變化,能反映諸如高血壓、糖尿病等慢性病的病變和累積。

  有了AI眼底影像分析的技術(shù),這一對(duì)專業(yè)能力要求較高,而很難普遍應(yīng)用的領(lǐng)域得以發(fā)揮價(jià)值,不僅提升了眼底影像分析的效率和診斷的準(zhǔn)確性,眼科醫(yī)療模式也從以醫(yī)院為中心變成以患者為中心,惠及大眾,緩解了醫(yī)療資源的緊張。

  從疾病的診治角度來看,從晚期發(fā)現(xiàn)保守治療的模式轉(zhuǎn)變?yōu)檠奂苍缙诘暮Y查管理介入,遠(yuǎn)離致盲的危險(xiǎn),而一切變化的前提是AI影像分析技術(shù)對(duì)于新醫(yī)療模式的支持。AI眼底影像的價(jià)值巨大,其發(fā)展已經(jīng)走上了商業(yè)化落地的路上。

  AI眼底影像技術(shù)大豐收:十秒出報(bào)告,篩診新疾病

  現(xiàn)下市場(chǎng)上的AI眼底影像分析設(shè)備幾乎都能夠精準(zhǔn)識(shí)別絕大多數(shù)常見眼底病灶,漏診與誤診均在較低水平,能夠幫助醫(yī)生患者實(shí)現(xiàn)分級(jí)診療,篩查分析早期介入臨床診療中從而降低致盲率,充分發(fā)揮眼底疾病篩查的公共衛(wèi)生價(jià)值。

  DeepMind聯(lián)合倫敦Moorfields頂級(jí)眼科醫(yī)院合作推出的AI眼底篩查技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)在30秒之內(nèi)識(shí)別出數(shù)種疾病;百度的AI 眼底篩查一體機(jī)可以十秒內(nèi)識(shí)別篩查數(shù)種眼疾,如篩查糖網(wǎng)、青光眼、黃斑病變等,準(zhǔn)確率可達(dá)到90%以上,基本接近三甲醫(yī)院醫(yī)生能力,目前在500個(gè)貧苦縣試點(diǎn)部署落地。

  一些AI創(chuàng)企如Airdoc可以檢測(cè)診斷眼科常見的22種眼底疾病和狀況,如常見的年齡相關(guān)性黃斑病變、糖尿病視網(wǎng)膜病變、黃斑前膜、視網(wǎng)膜靜脈阻塞等眼底疾病等,其特異性和靈敏度結(jié)果在90%以上,只需要10秒鐘左右,就會(huì)自動(dòng)生成診斷報(bào)告,目前在一些眼科醫(yī)院已經(jīng)部署了具有眼底影像AI分析設(shè)備。

  除了眼疾的診斷外,AI眼底影像分析也在其他病癥的診療中有新的進(jìn)展,中山大學(xué)中山眼科中心在柳葉刀發(fā)布了首例通過AI眼部影像篩診肝膽疾病的研究項(xiàng)目,研究組使用深度學(xué)習(xí)技術(shù)從影像數(shù)據(jù)中提取出肝膽疾病的眼部特征并開發(fā)及驗(yàn)證了14個(gè)模型,用于篩查是否患有肝膽疾病及診斷是否患有肝癌、肝硬化、慢性病毒性肝炎、非酒精性脂肪肝、膽石癥及肝囊腫六大類常見肝膽疾病,這些篩診模型已成功部署在中山大學(xué)中山眼科中心智能診斷預(yù)測(cè)云平臺(tái)上,可作為大規(guī)??焖贌o創(chuàng)篩診的工具。

  縱觀整個(gè)醫(yī)療領(lǐng)域AI眼底影像分析的發(fā)展,雖然有較大的技術(shù)進(jìn)步和此起彼伏的技術(shù)革新,但是因?yàn)槠湫袠I(yè)的結(jié)構(gòu)性特點(diǎn),對(duì)專業(yè)性和嚴(yán)謹(jǐn)性要求極高,AI 醫(yī)療落地相較于其他行業(yè)來說門檻更高,實(shí)現(xiàn)普及化需要深厚的AI技術(shù)積累和大量的AI落地應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),AI眼底影像技術(shù)的革新道路并不似康莊大道般平坦順利。

  制約商業(yè)化進(jìn)程的攔路虎

  AI眼底影像分析在實(shí)際的臨床商業(yè)應(yīng)用中,面臨不少挑戰(zhàn)。

  一是背后的技術(shù)制約,數(shù)據(jù)的獲取與處理成本過高。在醫(yī)療領(lǐng)域,數(shù)據(jù)的量與質(zhì)都很重要,準(zhǔn)確性和規(guī)范性都需要考慮。因?yàn)獒t(yī)療領(lǐng)域數(shù)據(jù)孤島的影響,數(shù)據(jù)主要是在醫(yī)院,數(shù)量有限并且只在小范圍內(nèi)閉環(huán)使用。此外在收集數(shù)據(jù)的過程中,非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)占數(shù)據(jù)總量的90%左右,參與模型訓(xùn)練的數(shù)據(jù)必須要經(jīng)過醫(yī)療領(lǐng)域的專業(yè)人員標(biāo)注,其準(zhǔn)確性直接影響最終的診斷結(jié)果,數(shù)據(jù)標(biāo)注處理需要耗費(fèi)大量的成本。

  二是AI眼底影像系統(tǒng)魯棒性有待提高。目前,AI眼底影像分析產(chǎn)品的性能參數(shù)大多數(shù)來源于有限的數(shù)據(jù)集訓(xùn)練,AI模型的泛化能力不足。在高度復(fù)雜的臨床應(yīng)用中,單任務(wù)的深度學(xué)習(xí)算法已經(jīng)無法應(yīng)對(duì)多眼底病種需求,多任務(wù)的算法發(fā)展必須深研跟進(jìn),產(chǎn)品魯棒性有待提高。

  三是行業(yè)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系未完善。現(xiàn)下國家對(duì)個(gè)人信息的安全越來越看重,而醫(yī)療數(shù)據(jù)涉及患者的個(gè)人隱私,當(dāng)前尚無專門針對(duì)醫(yī)療信息及個(gè)人健康隱私保護(hù)的法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn),對(duì)醫(yī)療信息的敏感部分無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),其他數(shù)據(jù)指標(biāo)體系的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)行業(yè)內(nèi)尚未完善,存在爭(zhēng)議。在倫理和法律法規(guī)方面,出現(xiàn)誤診及醫(yī)療事故由誰負(fù)責(zé)有待明確,缺乏評(píng)估AI系統(tǒng)安全性和有效性的標(biāo)準(zhǔn)。

  四是來自政策監(jiān)管的制約,醫(yī)療作為一個(gè)強(qiáng)監(jiān)管行業(yè),受到國家政策的引導(dǎo)和約束,醫(yī)療影像AI產(chǎn)品上市必須先獲得相關(guān)部門審批,驗(yàn)證安全性、有效性才能夠應(yīng)用于市場(chǎng),如果審批受阻,對(duì)快節(jié)奏發(fā)展的醫(yī)療AI創(chuàng)業(yè)公司來說,時(shí)間就是生命,前期的投入如果有打水漂的可能,一切都要玩完。

  技術(shù)的發(fā)展之路或者是商業(yè)化之路,在充分競(jìng)爭(zhēng)的市場(chǎng)中,結(jié)論就是變革迭代一直存在,無論是技術(shù)、體驗(yàn)還是政策,變化是唯一確定的道路,回顧眼底成像技術(shù)的發(fā)展,從1851年Helmholtz發(fā)明的首款可以觀察眼睛的檢眼鏡,再到1950年彩色眼底照相技術(shù)記錄的眼底世界。九十年代相干光層析成像術(shù)(OCT)的誕生,使我們得到了二維、三維的眼底圖像。到新時(shí)代AI技術(shù)將硬件設(shè)備與軟件算法相結(jié)合,影像設(shè)備可以數(shù)十秒內(nèi)診斷出報(bào)告輔助醫(yī)生判斷決策。

  在這些里程碑事件中,我們可以看到眼底成像技術(shù)在科技發(fā)展浪潮之下突飛猛進(jìn)越變?cè)胶?,未來AI眼底影像技術(shù)也有新的發(fā)展思路與革新方向,一方面是AI眼底影像研究正在嘗試多模態(tài)任務(wù)的算法開發(fā)。對(duì)于多種眼病診斷的復(fù)合系統(tǒng),單任務(wù)的深度學(xué)習(xí)算法已經(jīng)無法應(yīng)對(duì)需求,未來多源、多維度的數(shù)據(jù)通過深度學(xué)習(xí)分析融合,朝著對(duì)一些病變和疾病的關(guān)系確認(rèn)方面發(fā)展,提升診斷的特異性及準(zhǔn)確性,尤其是對(duì)少見病、罕見病的診斷,多模態(tài)任務(wù)的算法將是大勢(shì)所趨。

  另一方面,AI眼底影像技術(shù)未來從診斷向治療做閉環(huán)延伸。從眼疾臨床診療的流程來看,診斷只是其中一環(huán),后續(xù)精準(zhǔn)的治療才是診斷的核心價(jià)值所在,雖然目前AI眼底影像產(chǎn)品以醫(yī)療器械形式部署進(jìn)醫(yī)院,市場(chǎng)空間很大但對(duì)于整個(gè)療程的商業(yè)價(jià)值來說價(jià)值有限。AI眼底影像技術(shù)的趨勢(shì)將會(huì)擁抱整個(gè)治療過程的商業(yè)價(jià)值,從單一輔助技術(shù)工具到部署閉環(huán)解決方案,向治療領(lǐng)域縱向延伸。

  對(duì)于AI眼底影像技術(shù)的分析研究,我們可以看到,在整個(gè)大健康事業(yè)的建設(shè)中,其商業(yè)價(jià)值和公益效用并駕齊驅(qū)發(fā)展,AI眼底影像技術(shù)算法模型的積累和落地應(yīng)用,正在改變未來的醫(yī)療模式,管理人們的健康狀況。




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