近日，匯醫(yī)慧影和中國人民解放軍總醫(yī)院（北京301醫(yī)院）血管外科聯(lián)合研發(fā)升級的AORTIST 3.0主動脈人工智能精準(zhǔn)診療系統(tǒng)發(fā)布。AORTIST意為主動脈支架個體化置入人工智能研究云平臺，研究的對象是主動脈擴張性疾病，主要包括主動脈瘤和主動脈夾層。
新版本的一大亮點是，新增了腎下腹主動脈瘤人工智能精準(zhǔn)診療產(chǎn)品。圍繞3.0版本的設(shè)計過程，雷鋒網(wǎng)和匯醫(yī)慧影創(chuàng)始人兼CEO柴象飛以及301醫(yī)院血管外科全軍血管外科中心主任郭偉進行了一次采訪。
病種不同，痛點相同
去年4月份，在同樣的血管論壇上，匯醫(yī)慧影聯(lián)合301醫(yī)院血管外科發(fā)布了主動脈人工智能研究云平臺AORTIST2.0（主動脈支架個體化置入人工智能研究云平臺），圍繞主動脈夾層這一病種進行產(chǎn)品研發(fā)，
對于匯醫(yī)慧影而言，2.0版本云平臺的發(fā)布讓AI應(yīng)用首次走出了影像科，開始在臨床科室應(yīng)用，同時也將AI的應(yīng)用環(huán)節(jié)從診斷延伸到了臨床治療輔助決策。
據(jù)柴象飛透露，目前，AORTIST 2.0已經(jīng)在20多家醫(yī)院得到落地。在幫助醫(yī)生進行更好地臨床手術(shù)之外，醫(yī)生也充當(dāng)了“產(chǎn)品經(jīng)理”，對2.0版本提出了改進意見。
“醫(yī)生們想要一些更加靈活化的治療方案的決策，包括針對影像科的結(jié)構(gòu)化報告，以及后續(xù)的支架模擬?！辈裣箫w表示，這些意見非常寶貴，匯醫(yī)慧影也在根據(jù)需求改進產(chǎn)品功能。
時隔一年發(fā)布的AORTIST 3.0版本，其思路還是圍繞血管外科制定解決方案，基于精準(zhǔn)測量來降低術(shù)后風(fēng)險。從主動脈夾層到腎下腹主動脈瘤，這是階段性的延續(xù)過程。
柴象飛介紹說，主動脈瘤的發(fā)病率很高，甚至比主動脈夾層還高。腹主動脈瘤雖然是偏慢性的疾病，但如果有破裂風(fēng)險，將會危及生命。
所以，醫(yī)生在接收一個主動脈瘤患者時，首先要做的就是評估破裂風(fēng)險，然后根據(jù)破裂風(fēng)險決定是否要進行手術(shù)治療。與此同時，主動脈瘤在臨床中也存在一個問題，那就是手術(shù)過程中的失敗率較高，其中很大一部分因素是支架的選擇有誤。
支架的選擇有兩方面，一方面是支架的型號，如果支架型號沒選對的話，時間一長，會對血管有損傷，反而沒有起到好的治療效果。
其次，就是支架位置的位置。主動脈有很多的分支血管，醫(yī)生放支架時把主要的問題解決了，但卻堵塞了分支血管，這樣就會影響很多重要器官的供血，可能會帶來非常嚴(yán)重的并發(fā)癥。
柴象飛在和三甲醫(yī)院溝通的過程中發(fā)現(xiàn)，由于手術(shù)的不成功，到大醫(yī)院看病的患者多是“修復(fù)性”手術(shù)，不僅患者痛苦，而且一定程度上消耗了三甲醫(yī)生的資源。因此，精準(zhǔn)測量對于提升手術(shù)的成功率至關(guān)重要。
用AI覆蓋診治全流程鏈條
針對腎下腹主動脈瘤的特點，AORTIST3.0針對臨床精準(zhǔn)測量難、預(yù)后預(yù)測難、隨訪管理難等三個核心問題，給出了覆蓋臨床全流程鏈條的醫(yī)療影像AI解決方案。
據(jù)了解，AORTIST3.0將深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用到主動脈三維重建、分割、中心線提取等環(huán)節(jié)，30秒內(nèi)能完成主動脈和髂動脈整體、瘤腔、血栓及鈣化及內(nèi)臟動脈的自動分割測量，并在10分鐘內(nèi)生成手術(shù)方案文檔。
在控制誤差方面，基于與301醫(yī)院血管外科的持續(xù)深入合作，AORTIST3.0通過301醫(yī)院血管外科多年的臨床隨訪數(shù)據(jù)及影像數(shù)據(jù)來優(yōu)化深度學(xué)習(xí)算法。將測量誤差控制在1mm以內(nèi)，跟2.0版本相比提升了33%以上），較常規(guī)手動測量精準(zhǔn)度提升約70%，自動分割結(jié)果準(zhǔn)確率達95%，與專家測量交比高達98%。
將測量誤差控制在1mm以內(nèi)，相比于2.0版本，這點提升非常大。為了最大程度降低誤差，匯醫(yī)慧影的團隊對數(shù)據(jù)進行雙盲的標(biāo)注和專家的驗證，提升數(shù)據(jù)本身的精準(zhǔn)度；其次，將云平臺上進行分割的U-Net模型進行優(yōu)化；最后，添加了很多后處理的技術(shù)，基于傳統(tǒng)算法，對所提取邊緣進行擬合以及結(jié)合一些解剖知識信息進行后處理，讓血管的邊緣輪廓更加精準(zhǔn)化。
當(dāng)然，技術(shù)層面的優(yōu)化之外，也要得益于計算資源的發(fā)展，利用最新的GPU和CPU，技術(shù)團隊也能突破原先運算性能的限制。柴象飛說到，“以前，我們對圖像要down sample，要縮小圖像的尺寸，現(xiàn)在我們把圖像尺度進行放大，對產(chǎn)品的精準(zhǔn)性也有很大的幫助?！?/p>
將誤差控制在有限范圍內(nèi)，醫(yī)生就可以進行手術(shù)方案的制定。在這個環(huán)節(jié)中，AORTIST3.0可以基于錨定區(qū)位置輸出CTA垂直動脈直徑，自動輸出主動脈各區(qū)最大、最小、平均動脈直徑和近端錨定區(qū)至主動脈各分支曲面重建距離，隨后生成手術(shù)方案供醫(yī)生參考。
除了臨床的精準(zhǔn)測量問題，云平臺在2.0版本設(shè)計之初，還置入了愈后預(yù)測分析模塊，醫(yī)生能根據(jù)模塊中的預(yù)測結(jié)果為患者制定個性化的隨訪方案。
據(jù)了解，以Radcloud大數(shù)據(jù)智能分析云平臺的影像組學(xué)方法構(gòu)建并優(yōu)化預(yù)后預(yù)測模型，對于患者胸主動脈擴張、腹主動脈擴張和復(fù)合終點事件在術(shù)后6個月、12個月和24個月發(fā)生概率的預(yù)后預(yù)測準(zhǔn)確率達86%；
在隨訪管理階段，AORTIST3.0提供了個性化隨訪管理系統(tǒng)?；诖髷?shù)據(jù)、AI、組學(xué)分析結(jié)果，為患者生成個性化隨訪方案，并提供自動化管理方法，支持臨床隨訪管理，改善患者遠期結(jié)局。
此外，AORTIST3.0系統(tǒng)對三維Mask融合、雙側(cè)髂動脈曲面重建視圖同時輸出，主動脈整體容積術(shù)前-術(shù)后變化趨勢圖等功能也實現(xiàn)了技術(shù)支持。
柴象飛表示，不管是2.0版本還是3.0版本，平臺的設(shè)計理念就是，把AI應(yīng)用在多病種臨床診治的全流程鏈條中。
將沿著血管外科縱向延伸
在去年的采訪中，301醫(yī)院血管外科的郭偉主任曾表示，之所以從B型主動脈夾層入手，是因為其形態(tài)比主動脈瘤復(fù)雜，所以在技術(shù)實現(xiàn)上的難度更高。如果在這一病種上實現(xiàn)突破，再拓展到其他病種時將容易很多。
但時隔一年，回顧3.0版本的研發(fā)過程，郭偉主任說到，進展并不像預(yù)想中那么簡單。
胸部主動脈被血流撕裂內(nèi)膜后，會形成真腔和假腔。因此，匯醫(yī)慧影的技術(shù)團隊在圖像分割過程中，要同時兼顧真假腔，最后會出來三套分割結(jié)果。
郭主任表示，主動脈夾層的工作量確實很大，但是血管條件相對好一些。而腹主動脈瘤雖然沒有假腔，腹主動脈瘤的實現(xiàn)難度絲毫不?。?/p>
第一，腹主動脈雖然是一根血管，但是腹主動脈擴張之后，它的形狀不是直線，有點像“Z”型，經(jīng)常會彎曲；
第二、腹主動脈不僅要求把主動脈分割出來，還需要對包括肝動脈、脾動脈等在內(nèi)的二級分支血管進行分割，腎動脈還要分割到第三層的分支。
在分支血管的分割上，數(shù)據(jù)標(biāo)注就是一個首要的挑戰(zhàn)；其次，在圖像分割的過程中，越細的血管分支對于精準(zhǔn)度的要求更高。
郭主任在采訪時笑著說，一開始自己以為人工智能很先進，但是搞了兩年之后，發(fā)現(xiàn)人工的投入相當(dāng)大。
在和匯醫(yī)慧影合作的過程中，301醫(yī)院提供了350多例數(shù)據(jù)，相比于此前的主動脈夾層產(chǎn)品，數(shù)據(jù)量上有了一定程度的提升。
當(dāng)然，這樣的小數(shù)據(jù)集對于深度學(xué)習(xí)技術(shù)來說，還是遠遠不夠的。匯醫(yī)慧影延續(xù)了此前2.0版本中提到的遷移學(xué)習(xí)和強化學(xué)習(xí)等技術(shù)，在院內(nèi)、院外系統(tǒng)中實現(xiàn)自我學(xué)習(xí)、自我提升。
柴象飛說到，柴象飛說到，不管是技術(shù)還是醫(yī)學(xué)上的難題，云平臺開發(fā)之初，自己就已經(jīng)做好了接受挑戰(zhàn)的心理準(zhǔn)備。未來，匯醫(yī)慧影還將和301醫(yī)院一起，沿著血管外科來做更多疾病和更多部位的縱向延伸。
郭偉主任也表示，“AORTIST在學(xué)科深度層面，能提高手術(shù)的精準(zhǔn)度，為患者提供個性化隨訪計劃，幫助改善患者遠期結(jié)局；在學(xué)科寬度層面，AI幫助基層醫(yī)生擁有更好的診療水平，這樣能夠提高中國基層的整體醫(yī)療水平和學(xué)術(shù)水平，對中國血管學(xué)科建設(shè)幫助很大。”