人工智能取代醫(yī)生？AI畫(huà)出鼻咽癌放療靶區(qū)，準(zhǔn)確性與醫(yī)生相當(dāng)

鼻咽腫瘤又被稱為“廣東瘤”。廣東省高發(fā)區(qū)鼻咽癌發(fā)病率為世界平均水平的40倍。

鼻咽癌要放療，就要勾畫(huà)靶區(qū)，以往，這一工作均是人工完成。日前，鼻咽癌精準(zhǔn)放射治療在靶區(qū)勾畫(huà)技術(shù)上有了新進(jìn)展。

南都記者從中山大學(xué)腫瘤防治中心獲悉，該院孫穎教授團(tuán)隊(duì)首次利用AI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了鼻咽腫瘤自動(dòng)勾畫(huà)，準(zhǔn)確性與醫(yī)生相當(dāng)。相關(guān)成果于2019年3月26日發(fā)表于國(guó)際影像學(xué)頂級(jí)期刊《Radiology》。

鼻咽癌：廣東省最高發(fā)，放射治療是根治手段

鼻咽癌是我國(guó)常見(jiàn)的頭頸部腫瘤，中國(guó)鼻咽癌發(fā)病率居全球第一，其中廣東省高發(fā)區(qū)的發(fā)病率為世界平均水平的40倍，因此鼻咽腫瘤也被稱為“廣東瘤”。孫穎說(shuō)，這是唯一一種以地區(qū)命名的腫瘤。

由于鼻咽解剖位置特殊，手術(shù)治療困難，且鼻咽癌對(duì)射線敏感，因此放射治療是鼻咽癌的根治手段。中山大學(xué)腫瘤防治中心每年收治的5000余例鼻咽癌患者，經(jīng)過(guò)精準(zhǔn)放射治療聯(lián)合適當(dāng)強(qiáng)度的化療，80%以上的無(wú)遠(yuǎn)處轉(zhuǎn)移鼻咽癌可徹底治愈。

科技運(yùn)用于醫(yī)療。2018年9月18日 ，西南交通大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院的郭志云老師在科普活動(dòng)中講授腫瘤知識(shí)。 新華社記者江宏景攝

難題：人工勾畫(huà)“不快、不準(zhǔn)、不狠”

孫穎介紹，在放射治療過(guò)程中，加速器治療機(jī)發(fā)出的射線要從不同角度穿過(guò)周圍的腦干、眼球、視神經(jīng)等40多個(gè)重要器官到達(dá)鼻咽腫瘤，精度要求在毫米級(jí)別。而照射不足將導(dǎo)致腫瘤復(fù)發(fā)，照射過(guò)度又會(huì)造成放射性腦損傷、聽(tīng)力下降等后遺癥。

因此，準(zhǔn)確界定照射范圍（勾畫(huà)靶區(qū)）是精準(zhǔn)放療的重要步驟。孫穎說(shuō)：“精準(zhǔn)放射治療就像射擊，精準(zhǔn)勾畫(huà)靶區(qū)就相當(dāng)于瞄準(zhǔn)靶心，要在CT或MRI影像上精確描繪出腫瘤范圍?！?/p>

然而，目前鼻咽腫瘤靶區(qū)的勾畫(huà)主要為人工勾畫(huà)，準(zhǔn)確性高度依賴醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)。孫穎把人工勾畫(huà)存在的問(wèn)題概括為“不快、不準(zhǔn)、不狠”，也就是勾畫(huà)時(shí)間長(zhǎng)，需要3-10小時(shí)；準(zhǔn)確率低于70%；不同醫(yī)生勾畫(huà)區(qū)域的體積變異系數(shù)超過(guò)50%的問(wèn)題。

新技術(shù)：用AI自動(dòng)勾畫(huà)放療靶區(qū)

孫穎介紹，經(jīng)過(guò)超過(guò)一萬(wàn)例的病例積累，中山大學(xué)腫瘤防治中心的專家們摸清了鼻咽癌腫瘤的生長(zhǎng)規(guī)律，并開(kāi)始探索人工智能（AI）進(jìn)行自動(dòng)勾畫(huà)。

目前，MRI影像是鼻咽腫瘤勾畫(huà)的金標(biāo)準(zhǔn)，人工勾畫(huà)需要醫(yī)生仔細(xì)、全面地觀察腫瘤在MRI影像上的侵犯范圍并逐層勾畫(huà)出腫瘤靶區(qū)。“專家經(jīng)驗(yàn)就存儲(chǔ)在這些靶區(qū)中。”

于是，該團(tuán)隊(duì)共納入來(lái)自1021例鼻咽癌患者（全部期別）的MRI影響資料，并由兩名鼻咽癌放療專家共同完成靶區(qū)勾畫(huà)，以提供三維、大尺度和高質(zhì)量的影像和靶區(qū)用于計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)?！肮串?huà)以我為主，大概花了半年時(shí)間，再由一個(gè)年紀(jì)和經(jīng)驗(yàn)和我差不多的專家進(jìn)行審核?！睂O穎說(shuō)。

將專家經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)后，團(tuán)隊(duì)與在人工智能領(lǐng)域處于國(guó)際先進(jìn)水平的香港中文大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系、深圳視見(jiàn)醫(yī)療科技公司進(jìn)行合作，采用三維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（3D CNN）這一在圖像識(shí)別領(lǐng)域表現(xiàn)優(yōu)異的AI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鼻咽腫瘤自動(dòng)勾畫(huà)。

日前，相關(guān)研究成果在國(guó)際影像學(xué)頂級(jí)期刊《Radiology》上發(fā)表。

釋疑：

Q1：AI自動(dòng)勾畫(huà)的準(zhǔn)確率有多少？

89%的病例無(wú)需修改或僅少量修改后可用于計(jì)劃設(shè)計(jì)

A1：AI自動(dòng)勾畫(huà)的準(zhǔn)確性可達(dá)到79%。無(wú)論患者是早期（T1-T2）還是晚期（T3-T4），無(wú)論是否接受過(guò)治療，AI均可達(dá)到相似的勾畫(huà)準(zhǔn)確性。經(jīng)專家評(píng)估，32.5%的病例無(wú)需修改可直接用于放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)，56.2%的病例經(jīng)少量修改即可用于放射治療計(jì)劃設(shè)計(jì)。

Q2：AI自動(dòng)勾畫(huà)的準(zhǔn)確性與?？漆t(yī)生相比如何？

AI準(zhǔn)確性與專科醫(yī)生相當(dāng)，甚至超過(guò)醫(yī)生水平

A2：孫穎團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了多中心測(cè)試，共納入不同分期的20例患者和8位來(lái)自7個(gè)高水平醫(yī)院的放療?？漆t(yī)生，由8位醫(yī)生在20例患者的MRI影像上人工完成鼻咽癌原發(fā)腫瘤勾畫(huà)（即人工勾畫(huà)）。以專家勾畫(huà)作為金標(biāo)準(zhǔn)，AI自動(dòng)勾畫(huà)的準(zhǔn)確性超過(guò)了8位醫(yī)生中的4位，與其余4位相當(dāng)。

Q3：AI能否替代醫(yī)生？

不能，但AI能輔助醫(yī)生提高勾畫(huà)準(zhǔn)確性

A3：目前還不能替代醫(yī)生，但AI輔助勾畫(huà)能提高專科醫(yī)生勾畫(huà)準(zhǔn)確性。在8位醫(yī)生完成人工勾畫(huà)的兩個(gè)月后，由他們對(duì)AI自動(dòng)勾畫(huà)的結(jié)果進(jìn)行修改（AI自動(dòng)勾畫(huà)+醫(yī)生修改，即AI輔助勾畫(huà)），結(jié)果顯示，AI輔助勾畫(huà)提高了5位醫(yī)生的勾畫(huà)準(zhǔn)確性（平均由74%提高到79%），減少了55%的勾畫(huà)者間差異。

Q4：AI能提高多少效率？

效率提升5-10倍，受保護(hù)器官增加28個(gè)

A4：整體勾畫(huà)效率提升了5-10倍。通常人工勾畫(huà)需要耗費(fèi)3-10小時(shí)，但有了AI輔助勾畫(huà)后，時(shí)間縮短為20-50分鐘。在節(jié)省時(shí)間的同時(shí)，也提高了放射治療的質(zhì)量，受保護(hù)器官由15個(gè)增加到43個(gè)。

Q5：下一步有什么研究計(jì)劃？

將通過(guò)云平臺(tái)在國(guó)內(nèi)外開(kāi)展臨床驗(yàn)證

A5：為了擴(kuò)大AI放射治療靶區(qū)勾畫(huà)的影響力，孫穎團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了鼻咽癌頸部淋巴結(jié)、預(yù)防性放療區(qū)域和需保護(hù)的正常組織的自動(dòng)勾畫(huà)，并集成了人工智能自動(dòng)勾畫(huà)云平臺(tái)。下一步他們將通過(guò)云平臺(tái)在廣州、廣西、新加坡等地開(kāi)展臨床驗(yàn)證，以期取得全球鼻咽癌放射治療水平的同質(zhì)化。