圖片來(lái)源@視覺(jué)中國(guó)
7月15日，坐擁美國(guó)最強(qiáng)病理數(shù)據(jù)的初創(chuàng)公司Paige.ai最近發(fā)布了一個(gè)重磅消息，這家人工智能癌癥檢測(cè)及治療初創(chuàng)公司宣布在《Nature Medicine》上發(fā)表論文，證實(shí)其AI病理系統(tǒng)對(duì)于前列腺癌、皮膚癌及乳腺癌的檢測(cè)率已經(jīng)達(dá)到了“近乎完美”的準(zhǔn)確率，宣布這是“世界首個(gè)臨床級(jí)別的病理學(xué)AI應(yīng)用”。
與此同時(shí)，在剛剛過(guò)去的六月，三大醫(yī)學(xué)影像及醫(yī)學(xué)儀器方向會(huì)議接連舉行：2019核醫(yī)學(xué)大會(huì)（SNMMI 2019)、WSGR醫(yī)療儀器大會(huì)、醫(yī)學(xué)影像信息學(xué)會(huì)（SIIM 2019），會(huì)上不約而同地都集中討論了用AI對(duì)付癌癥的新技術(shù)。
MedTech Innovator大會(huì)，許多癌癥診斷與治療的創(chuàng)業(yè)公司分享了癌癥診療的新進(jìn)展
不管是行業(yè)的新消息，還是重量級(jí)大會(huì)上的種種進(jìn)展，都在展現(xiàn)一個(gè)重要趨勢(shì)：在未來(lái)癌癥診療中，AI會(huì)是最重要的技術(shù)手段之一。
在醫(yī)學(xué)昌明的今天，癌癥仍舊是不治之癥，每年奪走全球超過(guò)800萬(wàn)人的生命。世界衛(wèi)生組織去年9月發(fā)布的報(bào)告稱，全球1/5的男性和1/6的女性在一生中會(huì)患上癌癥，1/8的男性和1/11的女性將死于癌癥。
中國(guó)作為世界上人口最多、癌癥發(fā)病率較高的國(guó)家，癌癥治療仍有很長(zhǎng)的路要走：國(guó)家癌癥中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國(guó)癌癥患者經(jīng)治療的5年存活率約為30%，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家的70%-80%。
2018年初，著名醫(yī)學(xué)雜志《柳葉刀》（Lancet）雜志發(fā)表了第三輪全球癌癥生存分析（CONCORD-3），中國(guó)肺癌、肝癌、胰腺癌三大癌癥的5年存活率均在20%以下，兒童腦癌，急性淋巴細(xì)胞白血病以及淋巴瘤等兒童癌癥5年生存率在50%以下，而美國(guó)、加拿大、卡塔爾等國(guó)的5年生存率可以達(dá)到80%甚至90%以上。
而在這條布滿荊棘的必經(jīng)之路上，人工智能可以在三個(gè)方面幫助我們：預(yù)防、診斷、治療。
面對(duì)癌癥這個(gè)“重病之王”，迄今為止，人們對(duì)付它的最強(qiáng)武器還是預(yù)防及早期篩查。
這是因?yàn)樘崆昂Y查能夠有效降低發(fā)病率?！度A盛頓郵報(bào)》報(bào)道中寫(xiě)道，如今在發(fā)達(dá)國(guó)家，預(yù)防工作正在幫助降低各種癌癥（包括肺癌和宮頸癌）的發(fā)病率。
而AI技術(shù)能夠讓早期篩查的效率和準(zhǔn)確率提高，進(jìn)一步幫助人們做好癌癥預(yù)防。以大腸癌為例，腸息肉對(duì)其早期診斷至關(guān)重要，因?yàn)橄⑷饪赡軔夯癁榘┌Y。2017年，達(dá)特茅斯教授Bruno Korbar實(shí)現(xiàn)了從腸道組織染色圖鑒別可能致癌的腸道息肉的CNN（卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)），精確度達(dá)到93%。
以Paige.ai為例，他們研發(fā)的AI系統(tǒng)通過(guò)深度學(xué)習(xí)技術(shù)，在數(shù)年時(shí)間內(nèi)，用四個(gè)國(guó)家里超過(guò)15000名癌癥患者的45000張癌癥病理影像進(jìn)行訓(xùn)練，最終得到了優(yōu)秀的診斷準(zhǔn)確率。
病理切片固然是癌癥診斷的金標(biāo)準(zhǔn)，但局限于其有創(chuàng)性，以及病理探測(cè)的局部性，在潛在疾病人群中使用病理探測(cè)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)常規(guī)定期的癌癥早期篩查是不可行的。醫(yī)學(xué)影像方法，包括CT、PET以及MRI，基于其全面角度探測(cè)以及無(wú)創(chuàng)的特點(diǎn)，便成為癌癥早期篩查的有力工具。目前在醫(yī)院影像領(lǐng)域，已經(jīng)有不少相關(guān)的AI研究和產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化在開(kāi)展中。
2019年的Google I/O上，谷歌產(chǎn)品經(jīng)理Lily Peng展示了谷歌在肺癌提前檢測(cè)上的成果————在所有癌癥中，肺癌的致死率最高，“不幸的是，80%的肺癌都難以在早期篩查出來(lái)”。
Lily Peng展示谷歌肺癌提前檢測(cè)的成果
通過(guò)美國(guó)國(guó)家癌癥研究所及西北大學(xué)提供的肺癌病理圖像，谷歌訓(xùn)練了一個(gè)檢測(cè)惡性腫瘤能力的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能力與訓(xùn)練有素的放射學(xué)醫(yī)生持平甚至更高。結(jié)果顯示，AI系統(tǒng)通過(guò)掃描患者確診肺癌前一年的CT，就能找到癌癥跡象。對(duì)于這樣的患者來(lái)說(shuō)，提前篩查意味著40%的生存率提升。
此前，癌癥早期篩查時(shí)常引發(fā)爭(zhēng)論：大量的早期癌癥篩查也意味著更多的誤診率、浪費(fèi)的醫(yī)療費(fèi)用以及過(guò)度治療。不難想象，在AI提升癌癥影像質(zhì)量和效率、提升早期篩查準(zhǔn)確率后，這個(gè)問(wèn)題也可能會(huì)迎刃而解。
在剛剛閉幕的2019 SNMMI年會(huì)上頒發(fā)的年度圖像獎(jiǎng)中，來(lái)自德國(guó)海德堡大學(xué)醫(yī)院的新型68Ga-FAPI 示蹤劑PET可以提供清晰的腫瘤輪廓、高度的圖像對(duì)比度。其研究表明，68Ga-FAPI PET/CT顯像在28種不同的腫瘤中具有良好的顯像特性，尤其是肉瘤癌、食道癌、乳腺癌、膽管癌和肺癌。
FAPI（fibroblast activation protein inhibitor）全稱為成纖維細(xì)胞激活蛋白（FAP）抑制劑，這些成纖維細(xì)胞最多能組成腫瘤組織的90%以上，而在正常細(xì)胞中無(wú)表達(dá)或過(guò)低，所以FAP能有效地用于識(shí)別腫瘤。
“68Ga-FAPI的高吸收率使其對(duì)許多癌癥類型有用，特別是在傳統(tǒng)的18F-FDG PET / CT面臨局限的情況下，”德國(guó)海德堡德國(guó)癌癥研究中心及海德堡大學(xué)醫(yī)院核醫(yī)學(xué)教授Uwe Haberkorn博士表示。 “例如，低級(jí)別肉瘤通常有較低水平的18F-FDG，導(dǎo)致良性和惡性病變之間的重疊。在乳腺癌中，18F-FDG PET / CT常用于復(fù)發(fā)后的圖像檢測(cè)，但通常不推薦用于早期癌癥檢測(cè)。對(duì)于食道癌，18F-FDG PET / CT對(duì)淋巴結(jié)分期的敏感性通常只有低到中等。”
提升影像質(zhì)量、降低有害因素是癌癥早期篩查最重要的趨勢(shì)。最新的一篇發(fā)表在Cell Stem Cell上的研究文章顯示，CT檢查可能會(huì)增加腫瘤風(fēng)險(xiǎn)————50mGy的電離輻射（大致相當(dāng)于做幾CT檢查的劑量）雖不會(huì)明顯造成細(xì)胞基因突變，卻會(huì)增加那些攜帶了p53突變、具有癌變潛力的細(xì)胞的競(jìng)爭(zhēng)力。降低輻射有害因素勢(shì)在必行。
今年SNMMI年會(huì)上，低輻射劑量、高成像速度的全身PET成像硬件系統(tǒng)也是大會(huì)的關(guān)注重點(diǎn)，受到全球分子影像的研究學(xué)者及臨床醫(yī)生的廣泛關(guān)注。
比如鈦媒體此前報(bào)道過(guò)的深透醫(yī)療（Subtle Medical），主攻加速醫(yī)學(xué)影像成像，能夠讓PET（核醫(yī)學(xué)影像、正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描）減少放射試劑劑量4倍以上，再通過(guò)深度學(xué)習(xí)技術(shù)完成影像增強(qiáng)，達(dá)到診斷級(jí)別。換句話說(shuō)，他們能讓對(duì)于診斷癌癥非常重要的PET影像模態(tài)變得更有效率、放射性更小。
值得一提的是，深透醫(yī)療的產(chǎn)品不單可以在全身的腫瘤早期篩查中提高采集速度和降低輻射劑量，在神經(jīng)退行性疾病，比如阿茲海默癥上，也有相同的效用。此前，其產(chǎn)品已通過(guò)美國(guó)FDA審批，并獲歐洲CE Mark，目前正在美國(guó)數(shù)家醫(yī)院和影像中心臨床商業(yè)化。
深透醫(yī)療聯(lián)合創(chuàng)始人、斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授Greg Zaharchuk博士在SNMMI大會(huì)上專題報(bào)告AI在核醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用與價(jià)值，介紹相關(guān)實(shí)驗(yàn)室以及深透醫(yī)療在基于深度學(xué)習(xí)的PET圖像重建/增強(qiáng)方面的技術(shù)進(jìn)展
“目前醫(yī)學(xué)影像的AI產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面，大部分公司都集中在產(chǎn)業(yè)鏈的下游，即醫(yī)學(xué)影像的輔助診斷（CAD，Computer Aided Diagnosis）。深透醫(yī)療聚集了一批擁有深度數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)及臨床醫(yī)學(xué)背景的醫(yī)學(xué)影像資深研究工作者，將研發(fā)重點(diǎn)集中在了產(chǎn)業(yè)鏈的上游，即圖像的重建和優(yōu)化。”深透醫(yī)療CEO Enhao Gong表示。
在前不久發(fā)布的《醫(yī)學(xué)影像AI白皮書(shū)》中，產(chǎn)業(yè)和臨床研究專家就提出，“醫(yī)療影像標(biāo)準(zhǔn)化、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)嚴(yán)重不足。標(biāo)準(zhǔn)的影像數(shù)據(jù)……是醫(yī)療影像AI發(fā)展的基礎(chǔ)”。而AI影像公司的加入，有助于給行業(yè)帶來(lái)更加標(biāo)準(zhǔn)的影像數(shù)據(jù)，為未來(lái)圖像輔助診斷、醫(yī)學(xué)影像AI腫瘤早期篩查奠定基礎(chǔ)。
雖然大部分癌癥在確診之后都會(huì)進(jìn)入困難模式，但是AI在這個(gè)階段仍有用武之地。
面對(duì)癌癥，過(guò)去人類主要有三大治療武器：手術(shù)、化療、放療，目的是去除病灶。顧名思義，手術(shù)是通過(guò)物理方式來(lái)切除病灶，化療是通過(guò)服用、注射藥物等方式來(lái)控制癌癥，放療則是使用高劑量的輻射來(lái)嘗試殺死癌細(xì)胞。一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)不同的病種和病程，這些治療方式會(huì)混合使用。
不難想象，在放療中，輻射對(duì)于病人的健康組織也會(huì)有傷害，如果劑量更加“個(gè)性化”，就能減少對(duì)病人的負(fù)面影響。
前段時(shí)間Cleveland Clinic在知名醫(yī)學(xué)刊物《柳葉刀》發(fā)布論文，介紹了他們搭建一個(gè)AI框架，來(lái)指導(dǎo)944名肺癌患者治療過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)。結(jié)合病人的CT（Computerized tomography，X射線計(jì)算機(jī)斷層成像）和EHR（Electronic health record，電子病歷），他們利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)訓(xùn)練的AI系統(tǒng)能夠告訴他們建議的放療劑量，讓放療真正做到個(gè)性化，最終可以把副作用降到最低，讓治療的失敗率降低到5%以下。
與此同時(shí)，靶向療法、免疫療法等精準(zhǔn)治療方式近年逐漸興起，前者通過(guò)干擾癌變所需特定分子來(lái)進(jìn)行治療，后者通過(guò)激活患者自身的免疫系統(tǒng)來(lái)治療癌癥。
在傳統(tǒng)療法中，MRI能幫助放療技術(shù)更加精準(zhǔn)地攻擊病灶。這件事情傳統(tǒng)醫(yī)療公司已經(jīng)在做——美國(guó)醫(yī)療器械公司View Ray，通過(guò)提供特殊的MRI設(shè)備，能夠做到在放療過(guò)程中用MRI追蹤病灶，讓放療更加精準(zhǔn)。而AI技術(shù)可能能夠再推進(jìn)一步。
比如中國(guó)的柏視醫(yī)療，其鼻咽癌放療臨床靶區(qū)自動(dòng)勾畫(huà)系統(tǒng)可同時(shí)自動(dòng)勾畫(huà)GTV（腫瘤區(qū)）和CTV（臨床靶區(qū)），將單個(gè)鼻咽癌患者的靶區(qū)勾畫(huà)時(shí)間從2-4小時(shí)縮短到10分鐘內(nèi)，勾畫(huà)效果接近于鼻咽癌放療專家的水平。
“人工智能將大大提高靶區(qū)勾畫(huà)精準(zhǔn)度，減少醫(yī)生勾畫(huà)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療局部痛點(diǎn)的一個(gè)突破性進(jìn)步，并進(jìn)一步滿足醫(yī)生臨床需求，為患者提供最優(yōu)化的治療方案。”柏視CEO沈爍對(duì)鈦媒體表示。
癌癥之所以致死率極高，就在于它在瘋狂生長(zhǎng)下不斷往其他身體器官轉(zhuǎn)移的可能性。而AI還能用于更好地識(shí)別癌癥轉(zhuǎn)移，提高手術(shù)治療的成功率。病理學(xué)家Andrew H. Beck創(chuàng)辦了PathAI，開(kāi)發(fā)的其中一種軟件就能幫助識(shí)別淋巴結(jié)中的轉(zhuǎn)移跡象以及是否存在癌細(xì)胞等簡(jiǎn)單測(cè)定。
AI同樣能對(duì)最新的免疫療法提供幫助。
“我們的工具將真正改善診斷的準(zhǔn)確性與治療效果，病理學(xué)將成為人工智能真正徹底改變的第一個(gè)醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。”在IEEE的一次采訪中，Beck這樣談到PathAI正在做的事情。除了識(shí)別轉(zhuǎn)移細(xì)胞以外，PathAI的軟件繪制的現(xiàn)有組織類型圖中，展現(xiàn)了癌癥發(fā)展的上皮細(xì)胞；他們制作的免疫細(xì)胞圖，則可以展示新的免疫治療藥物對(duì)腫瘤的治療效果。
不難想象，更好的病理影響分析有助于判斷每位癌癥患者腫瘤性質(zhì)，并為治療方案提供指導(dǎo)意見(jiàn)。
不過(guò)，AI行業(yè)與醫(yī)療行業(yè)的特性，也意味著未來(lái)仍有多層級(jí)的困難需要克服：
首先，大部分深度學(xué)習(xí)技術(shù)都對(duì)數(shù)據(jù)的質(zhì)量有較高要求，對(duì)于沒(méi)有這類數(shù)據(jù)基礎(chǔ)的初創(chuàng)公司來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)很可能是一個(gè)很大的門(mén)檻。Paige.ai能夠做到如此大量的癌癥數(shù)據(jù)訓(xùn)練，得益于斯隆-凱特琳癌癥中心（MSKCC）獨(dú)家授權(quán)的400多萬(wàn)個(gè)包含病理學(xué)信息和電子病理的檔案；深透醫(yī)療創(chuàng)始人則來(lái)自斯坦福相關(guān)實(shí)驗(yàn)室，拿到了斯坦福及斯坦福醫(yī)院的專利及數(shù)據(jù)授權(quán)。
其次，醫(yī)療機(jī)構(gòu)往往相對(duì)保守，在現(xiàn)有的治療流程上引進(jìn)新技術(shù)的應(yīng)用，可能需要較長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試與磨合。
過(guò)去的數(shù)個(gè)世紀(jì)里，人類對(duì)癌癥束手無(wú)策：物理切除，大換血甚至用山羊糞、青蛙來(lái)“以毒攻毒”；現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)和AI技術(shù)的進(jìn)步讓我們得以在這個(gè)最可怕的死神面前有了真正的武器，或許有一天，寶貴的生命流逝地能慢一點(diǎn)、再慢一點(diǎn)，癌癥也最終成為一種可控制、甚至可治愈的疾病。（本文發(fā)自硅谷，首發(fā)鈦媒體，作者/丁詩(shī)貝）
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