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| 本文作者： 劉海濤 | 2020-04-09 15:32 |
雷鋒網(wǎng)消息，近日，騰訊 AI Lab 和業(yè)舜宇光學(xué)科技、第三方醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)金域醫(yī)學(xué)共同宣布，三方聯(lián)合研發(fā)的智能顯微鏡獲得 NMPA 注冊(cè)證，成為國內(nèi)首個(gè)獲準(zhǔn)進(jìn)入臨床應(yīng)用的智能顯微鏡產(chǎn)品。
該智能顯微鏡產(chǎn)品研發(fā)始于 2018 年，集成了目前病理分析與診斷方面的最新技術(shù)，并針對(duì)病理醫(yī)生工作流程和習(xí)慣進(jìn)行多次產(chǎn)品迭代，現(xiàn)已支持乳腺癌免疫組化（IHC） Ki67（腫瘤細(xì)胞增殖指數(shù)）、ER（雌激素受體）、PR（孕激素受體）和 Her2（細(xì)胞表面生長因子2）等常用核染色和膜染色量化分析場景的判讀。
金域病理專家丁向東主任評(píng)價(jià)：“智能顯微鏡可以將分析結(jié)果和判斷實(shí)時(shí)、精確地呈現(xiàn)在顯微鏡視野內(nèi)，醫(yī)生不需要再來回看顯微鏡和電腦顯示屏，操作非常簡單。”
智能顯微鏡目前使用了離線運(yùn)算版本，騰訊 AI Lab 還研發(fā)了一套基于深度學(xué)習(xí)方法的升級(jí)版算法，具有更高精準(zhǔn)度和升級(jí)潛力，期待能盡早通過認(rèn)證后推向市場，輔助醫(yī)生診斷。
該產(chǎn)品在測試被證明能有效提升病理醫(yī)生的工作效率、病理分析的精確度和一致性，有望緩解醫(yī)院（尤其是基層醫(yī)院）病理醫(yī)生數(shù)量短缺且經(jīng)驗(yàn)不足的問題，也是精準(zhǔn)醫(yī)療從前沿研究走向落地探索的一個(gè)良好例證。
行業(yè)痛點(diǎn)：病理診斷作用關(guān)鍵，但相關(guān)醫(yī)療人才缺口大
要理解智能顯微鏡在癌癥篩查和病理分析過程中的價(jià)值，首先要理解病理分析過程的復(fù)雜性以及我國醫(yī)療資源方面所存在的現(xiàn)實(shí)問題。
大致來說，癌癥檢診流程主要包含以下幾個(gè)步驟，騰訊智能顯微鏡希望在病理分析和診斷兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)為醫(yī)生提供更多幫助。
影像檢測篩查：通過一系列影像學(xué)檢查，如 X 光、CT、MRI 和內(nèi)鏡等檢查方法，找出可疑的病灶。目前“騰訊覓影”已為食管癌、肺結(jié)節(jié)、糖尿病視網(wǎng)膜病變、結(jié)直腸腫瘤、乳腺癌等多種疾病提供AI醫(yī)學(xué)影像分析，輔助醫(yī)生篩查。
組織活檢及病理制片：要得到最終的準(zhǔn)確診斷結(jié)果，需要取出一些腫瘤組織，制作成病理切片，然后在顯微鏡下（放大 40 - 400 倍）觀察組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞形態(tài)。
病理分析：通過對(duì)組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞形態(tài)顯微鏡下的觀察， 找出疾病發(fā)生的原因以及對(duì)人體結(jié)構(gòu)和功能的影響，同時(shí)決定是否進(jìn)行進(jìn)一步輔助檢測，如: 免疫組織化學(xué)（IHC）和分子檢測， 對(duì)腫瘤進(jìn)行定性和定量的分析。
病理診斷：根據(jù)顯微鏡觀察結(jié)果結(jié)合IHC和分子病理結(jié)果，對(duì)腫瘤做出最終診斷。
其中最后一步病理診斷得到的報(bào)告將用于指導(dǎo)臨床醫(yī)生制定手術(shù)、化療、放療、靶向治療或免疫治療等治療方案。因此，病理診斷是診斷流程中最后且最重要的環(huán)節(jié)，是疾病診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，因此病理醫(yī)生也被稱為“醫(yī)生的醫(yī)生”。
從病理分析角度和層次來看，騰訊智能顯微鏡旨在通過提供精準(zhǔn)定量分析提高診斷一致性，減輕醫(yī)生工作負(fù)擔(dān)，目前主要聚焦在免疫組織化學(xué)相關(guān)的輔助分析。
病理診斷分為組織病理和分子病理兩個(gè)層面，兩者的診斷和檢測方法不相同。只有兩者互相補(bǔ)充、支持和印證，才能做出精準(zhǔn)診斷。而不管是組織病理層面還是分子層面，傳統(tǒng)的病理診斷過程都主要依靠人類醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)，也因此存在一些固有的短板：
組織層面，有的癌癥亞分類多達(dá)數(shù)十種，且不同亞類之間細(xì)胞和組織形態(tài)可能很相似，診斷難度大，主觀性強(qiáng)，而誤診后果嚴(yán)重。
例如：2015 年一篇《美國醫(yī)學(xué)會(huì)雜志》（JAMA）的報(bào)道對(duì) 75 名病理醫(yī)生在 2000 個(gè)乳腺癌病例上的診斷結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)管非典型增生和原位癌很容易誤判，兩者的管理和治療方案完全不同，誤診誤判會(huì)對(duì)患者的健康和治療造成嚴(yán)重后果。
圖左是導(dǎo)管非典型增生，圖右是原位癌，如果誤判，后果嚴(yán)重，來源：JAMA, 第1109頁, 2015年
分子層面，目前分為免疫組織化學(xué)（IHC）、FISH 和基因診斷等。IHC 主要用于疾病輔助診斷、鑒別診斷、 判讀預(yù)后、指導(dǎo)臨床治療方案、靶向藥物指導(dǎo)、免疫治療指導(dǎo)等。
IHC的判讀在檢測和病理醫(yī)生診斷過程中，存在主觀性判讀的穩(wěn)定性和一致性差、圖像分析工具脫離正常工作流程、無法精準(zhǔn)定量分析、指導(dǎo)藥物治療抗體的判讀標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題。
免疫組化中的很多指標(biāo)，需要進(jìn)行精準(zhǔn)定量分析，其結(jié)果與腫瘤的靶向治療、免疫治療都有直接關(guān)系，會(huì)直接影響到惡性腫瘤的用藥和患者預(yù)后。目前方法需病理醫(yī)生在顯微鏡下判斷，耗費(fèi)了大量工作精力，且結(jié)果難以準(zhǔn)確一致。
除了以上技術(shù)的問題，依靠病理醫(yī)生診斷還面臨著一個(gè)重要的現(xiàn)實(shí)問題：病理醫(yī)生嚴(yán)重短缺。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國目前僅有 1.5 萬名病理醫(yī)生，缺口近 10 萬，供需極不平衡，而新病理醫(yī)生的培養(yǎng)又面臨著時(shí)間周期長，年輕一代學(xué)習(xí)意愿不強(qiáng)等問題。
雷鋒網(wǎng)了解到，近年來隨著機(jī)器學(xué)習(xí)與大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，以計(jì)算機(jī)視覺為首的 AI 技術(shù)已展現(xiàn)出了在病理診斷應(yīng)用上的巨大潛力。若使用 AI 輔助 IHC 結(jié)果判讀，可以：
避免 IHC 結(jié)果判讀的人為差異，提高判讀結(jié)果的可靠性，提升病理診斷質(zhì)量，這對(duì)于病理醫(yī)生稀缺的基層醫(yī)院尤為有幫助；
智能判讀將節(jié)省稀缺病理醫(yī)生資源，使其投入更需要的服務(wù)之中；
.為病理免疫組化染色的質(zhì)量評(píng)估做精確定量的質(zhì)量控制；
為醫(yī)學(xué)科研和藥企提供免疫組化精準(zhǔn)定量檢測服務(wù)，為新藥研發(fā)的相關(guān)免疫組化研究提供客觀性可靠的證據(jù)。
為腫瘤患者提供分子靶向治療及免疫治療等相關(guān)精準(zhǔn)定量的免疫組化檢測服務(wù)；
病理醫(yī)生與智能顯微鏡結(jié)合的工作模式，體現(xiàn)了「人+AI」的全新工作模式。讓病理醫(yī)生和人工智能各自發(fā)揮所長，全面提升效率。
因此自2018年起，騰訊 AI Lab 相繼聯(lián)合舜宇光學(xué)科技和金域醫(yī)學(xué)，共同研發(fā)智能顯微鏡這一解決方案，為實(shí)現(xiàn)軟硬件一體化和好的用戶體驗(yàn)進(jìn)行了多次產(chǎn)品迭代。
智能顯微鏡原理示意圖
騰訊 AI Lab ，提供AI算法及軟件解決方案。在采集訓(xùn)練數(shù)據(jù)時(shí)，選擇讓機(jī)器使用主動(dòng)學(xué)習(xí)和難例挖掘的方案，不打擾醫(yī)生的工作流程，也減輕醫(yī)生手動(dòng)標(biāo)注數(shù)據(jù)的負(fù)擔(dān)；采用先進(jìn)的模型設(shè)計(jì)方案，讓算法模型在保證準(zhǔn)確度的前提下能滿足300毫秒內(nèi)完成IHC全視野實(shí)時(shí)分析的要求；借助遷移學(xué)習(xí)并使用生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)（GAN）歸一化鏡下圖像，使得算法能對(duì)不同醫(yī)院和不同制片方式實(shí)現(xiàn)良好兼容，提升了算法的穩(wěn)健性和通用性。
舜宇光學(xué)科技，提供定制化硬件方案。比如，針對(duì)光學(xué)成像環(huán)境不一致情況，配備了聚光鏡和光闌；針對(duì)醫(yī)生使用時(shí)不斷切換物鏡倍率的習(xí)慣，專門開發(fā)了倍率記憶裝置，能在醫(yī)生選擇倍鏡時(shí)調(diào)整至對(duì)應(yīng)亮度，并直接傳送倍率信息給算法進(jìn)行分析；此外還針對(duì)醫(yī)生使用場景對(duì)目鏡裝置高度和光源設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化。
金域醫(yī)學(xué)，提供病理方面的專業(yè)知識(shí)與專家資源。確保顯微鏡能支持多種病癥場景的判讀，并輔助算法訓(xùn)練取得良好效果，還能使產(chǎn)品緊密貼合醫(yī)生的工作流程與習(xí)慣。
訓(xùn)練學(xué)習(xí)過程的流程示意圖
經(jīng)過驗(yàn)證，軟硬件一體化的智能顯微鏡在精準(zhǔn)度與一致性上能有效滿足病理診斷實(shí)際需求，并能顯著提升醫(yī)生的工作效率，使其投入時(shí)間和精力到更有需要的工作上。此外，該系統(tǒng)也具有很高的性價(jià)比；雖價(jià)格略高于普通顯微鏡，但卻能按需增加新病種的算法軟件而無需購買新的顯微鏡。對(duì)病理醫(yī)生短缺的地區(qū)和醫(yī)院，這套系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值尤為顯著。
金域病理專家羅丕福主任表示：“該算法技術(shù)的應(yīng)用，能夠讓病理診斷水平和能力更加匱乏的基層醫(yī)院受益，更準(zhǔn)確的診斷結(jié)果最終使腫瘤患者受益。”
智能顯微鏡與傳統(tǒng)顯微鏡性能對(duì)比
未來，騰訊 AI Lab 將聯(lián)合舜宇光學(xué)科技和金域醫(yī)學(xué)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需求迭代產(chǎn)品，并計(jì)劃與多家機(jī)構(gòu)合作，推進(jìn)智能顯微鏡在乳腺癌、肺癌、結(jié)直腸癌、胃癌等中國高發(fā)疾病的病理學(xué)中的研究與應(yīng)用，力求為醫(yī)生、患者和社會(huì)創(chuàng)造更大的價(jià)值。雷鋒網(wǎng)
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