人工智能在糖尿病視網(wǎng)膜病變中的應(yīng)用

人工智能在糖尿病視網(wǎng)膜病變中的應(yīng)用

人工智能于1956年提出，隨著電子設(shè)備計算能力的不斷升級，以及大數(shù)據(jù)及新算法的發(fā)展，各領(lǐng)域的人工智能應(yīng)用發(fā)展引人矚目。眼科學(xué)是國民健康的重要組成部分，在各國醫(yī)學(xué)科學(xué)家的共同努力下，糖尿病視網(wǎng)膜病變領(lǐng)域的智能醫(yī)療也取得了長足發(fā)展，人工智能的應(yīng)用也日益增多，如眼科機器人的使用、人工智能醫(yī)學(xué)影像分析等。盡管現(xiàn)階段糖尿病視網(wǎng)膜病變方面的人工智能發(fā)展應(yīng)用仍存在一些亟待解決的問題，我們相信人工智能會給糖尿病視網(wǎng)膜病變的治療注入新的活力。一眼科人工智能現(xiàn)狀及發(fā)展習近平總書記強調(diào)，人工智能是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動力量，加快發(fā)展新一代人工智能是事關(guān)我國能否抓住新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革機遇的戰(zhàn)略問題。1956年，人工智能與現(xiàn)代醫(yī)學(xué)“完美碰撞”：約翰·麥卡錫首次提出了“人工智能”這一概念。當年舉辦的歷史上第一次人工智能研討會也被廣泛認為是人工智能誕生的標志。隨著計算機科技的飛速發(fā)展，人工智能已逐漸成為當今各個科學(xué)領(lǐng)域的主流科技。2017年，中山大學(xué)中山眼科中心公布了眼科人工智能診斷和治療系統(tǒng)，建立了先天性白內(nèi)障人工智能平臺，開啟了眼科人工智能的新紀元，預(yù)示著人工智能不久后將會給醫(yī)療技術(shù)帶來重大革命。人工智能的發(fā)展是一場新的技術(shù)革命，人工智能極有可能從根本上改變眼科醫(yī)療的面貌，全方位影響現(xiàn)代眼科學(xué)的發(fā)展，應(yīng)盡最大可能利用人工智能技術(shù)，促進眼科學(xué)的新發(fā)展，與人工智能工程師合作，使人工智能技術(shù)應(yīng)用于眼科學(xué)盡快成為現(xiàn)實。二糖尿病視網(wǎng)膜病變與人工智能糖尿病視網(wǎng)膜病變（本文以下簡稱“糖網(wǎng)”）是糖尿病的主要眼部并發(fā)癥，“糖網(wǎng)”如早期治療可保持有用視力，治療太晚會導(dǎo)致不可逆的眼盲。我國糖尿病患病率為11.6%，有3000多萬名糖尿病視網(wǎng)膜病變患者，其中約400萬人為低視力或眼盲，社會和經(jīng)濟負擔沉重。因此，“糖網(wǎng)”的早期篩查與治療難是目前急需解決的問題且意義重大。“糖網(wǎng)”的篩查主要通過眼底照相和醫(yī)生閱片的方式進行，靠人工判讀眼底照片專業(yè)技術(shù)性強，一般的全科醫(yī)生、內(nèi)科醫(yī)生都難以勝任此項工作，而我國目前僅有3萬多名眼科醫(yī)生，存在嚴重的眼科醫(yī)生短缺問題。近年來，“糖網(wǎng)”的人工智能識別技術(shù)興起，可以大大提高篩查效率。目前國內(nèi)多個團隊研發(fā)“糖網(wǎng)”AI系統(tǒng)，主要團隊如北京協(xié)和醫(yī)院眼科AI團隊、中山大學(xué)中山眼科中心、海軍軍醫(yī)大學(xué)長征醫(yī)院眼科等，但由于缺乏具有臨床代表性的標準數(shù)據(jù)集用以驗證各“糖網(wǎng)”AI篩查系統(tǒng)的準確性，國家監(jiān)管部門對于這些AI系統(tǒng)的審評推廣仍較為慎重。近幾年，基于眼底照相的“糖網(wǎng)”AI診斷技術(shù)是眾多眼科疾病AI研發(fā)的首選目標，目前多個AI篩查系統(tǒng)已經(jīng)研發(fā)并宣稱獲得了不錯的準確性。在國外，Google團隊研發(fā)了“糖網(wǎng)”AI診斷系統(tǒng)，其研究成果主要基于國際上的公開數(shù)據(jù)集如Kaggle、MESSIDOR2等由研究者自己構(gòu)筑的測試集，并沒有公開。這些測試集本身的設(shè)計對臨床適用性的考慮不多，數(shù)據(jù)質(zhì)量也參差不齊，缺乏規(guī)范的標準，像Kaggle和MESSIDOR2數(shù)據(jù)集中的分級標注結(jié)果均存在較多問題，沒有經(jīng)過專業(yè)的閱片團隊進行標注，因此結(jié)果并不準確。近兩年，隨著我國“糖網(wǎng)”AI篩查系統(tǒng)的不斷研發(fā)，評價這些系統(tǒng)的準確性以將其進一步應(yīng)用于臨床是最重要的問題。不同的AI系統(tǒng)公布了不同的測試結(jié)果，但這些測試結(jié)果均基于各家自己的測試集得到，相互缺乏“頭對頭”的比較，并沒有充分的可信性和說服力，因此國家在監(jiān)管方面對AI篩查系統(tǒng)的臨床推廣和應(yīng)用也持謹慎態(tài)度。北京協(xié)和醫(yī)院眼科AI團隊擁有由20多人組成的眼底閱片小組，前期與中國人民大學(xué)人工智能與媒體計算實驗室合作已經(jīng)對回顧性的7萬張眼底彩照進行“糖網(wǎng)”分級和對100萬個病灶進行人工標注，成功開發(fā)了基于病灶識別的“糖網(wǎng)”AI深度學(xué)習模型。經(jīng)測試驗證，對于需要轉(zhuǎn)診的“糖網(wǎng)”的判斷敏感性達到86.6%，準確性與Google團隊的AI診斷系統(tǒng)相近。該團隊在前期工作基礎(chǔ)上，擬建立高質(zhì)量、有代表性的基于中國人“糖網(wǎng)”眼底圖像的AI標準測試集。在全國不同地區(qū)選取多家醫(yī)院（包括體檢中心、鄉(xiāng)鎮(zhèn)醫(yī)院、縣市級醫(yī)院和省級醫(yī)院）眼科同時開展基于真實世界的前瞻性“糖網(wǎng)”篩查眼底彩照的數(shù)據(jù)收集，并進行AI自動識別，基于這些“糖網(wǎng)”AI篩查數(shù)據(jù)，建立針對不同應(yīng)用場景和醫(yī)院環(huán)境的“糖網(wǎng)”臨床標準數(shù)據(jù)庫。預(yù)期數(shù)據(jù)集包含各種“糖網(wǎng)”眼底圖片2萬張，涵蓋不同圖片質(zhì)量、不同相機型號、不同視野大小、不同分辨率的眼底彩照，以及不同嚴重程度、不同分布比例的“糖網(wǎng)”數(shù)據(jù)集。北京協(xié)和醫(yī)院眼科AI團隊計劃建立我國乃至世界最大的公開“糖網(wǎng)”眼底圖像標準測試庫，構(gòu)建中國“糖網(wǎng)”AI診斷評估的公開平臺，擬請國內(nèi)同行專家會議評議論證，以推動和規(guī)范“糖網(wǎng)”AI系統(tǒng)的標準化測試過程，實現(xiàn)不同AI產(chǎn)品的性能評估及標準化展示，為國家AI監(jiān)管部門提供高質(zhì)量的“糖網(wǎng)”AI檢測平臺。海軍軍醫(yī)大學(xué)長征醫(yī)院眼科團隊前期基于超過18萬張來自EyePACS的眼底彩照構(gòu)建了輔助診斷“糖網(wǎng)”的人工智能深度學(xué)習算法模型。在實驗室條件下，該模型靈敏度和特異度分別可達到95.3%和79.5%。該人工智能模型診斷“糖網(wǎng)”的準確度已超過三甲醫(yī)院眼科醫(yī)生平均水平，基本達到眼底病醫(yī)生水平，且工作效率遠遠高于人類醫(yī)生，為大樣本人群普查、篩查“糖網(wǎng)”提供了有力工具。中山大學(xué)中山眼科中心于2017年5月召開新聞發(fā)布會，公布了最新的眼科人工智能診斷和治療系統(tǒng)的研發(fā)進展，開啟了我國眼科應(yīng)用人工智能的先河。劉奕志教授領(lǐng)導(dǎo)中山大學(xué)聯(lián)合西安電子科技大學(xué)的研究團隊，利用深度學(xué)習算法建立了“CC-Cruiser先天性白內(nèi)障AI平臺”模擬人腦對大量的先天性白內(nèi)障圖片進行分析和深度學(xué)習，不斷反饋以提高診斷的準確性，該程序嵌入云平臺后，只需上傳圖片，即可獲得先天性白內(nèi)障的診斷結(jié)果、風險評估情況和治療方案。該研究成果在NatureBiomedicalEngineering雜志上以封面文章的形式發(fā)表，題目為“前途遠大的機器學(xué)習”，為眼病篩查及診療提供了新的策略。目前，我國“糖網(wǎng)”的標準測試集尚屬空白。中檢院曾建立一部分數(shù)據(jù)庫，但并不是基于臨床場景進行真實世界數(shù)據(jù)集，而是由多家公司提供的數(shù)據(jù)集合，以此作為標準數(shù)據(jù)集進行公開測試顯然存在偏差。因此，建立高質(zhì)量的“糖網(wǎng)”標準測試集并推動共享，是我國眼科人工智能實現(xiàn)良好、健康發(fā)展的必要措施和必經(jīng)之路。三人工智能展望需要說明的是，人工智能目前還處于發(fā)展階段，所以在一段時間內(nèi)，人工智能一定可以非常好地應(yīng)用到整個醫(yī)療大健康事業(yè)中。但是需要說明的是，人工智能自身需要發(fā)展，而且其使用是有邊界的，其應(yīng)用不能超出合理的范圍。IBM公司的人工智能系統(tǒng)是失敗的，這是一個很好的教訓(xùn)。目前，中國健康事業(yè)發(fā)展正處于歷史機遇期，人民健康事業(yè)處在國家優(yōu)先發(fā)展的戰(zhàn)略地位。習近平總書記強調(diào)“人民健康是民族昌盛和國家富強的重要標志”。我國重大疾病防治仍面臨重大挑戰(zhàn)。根據(jù)國家癌癥中心的數(shù)據(jù)，每年我國有430萬例新發(fā)腫瘤病例，每年有280萬人死于腫瘤。我國的肺癌、胃癌、食管癌和肝癌的死亡率都排在世界第一位。我國心腦血管疾病年死亡385萬人，高血壓患者多達2.7億人。目前糖尿病患者超過1億人，還有1.5億人處于糖尿病前期。中國重大慢性非傳染性疾病死亡率高于世界平均水平。這些重大疾病是造成我國人力資源和經(jīng)濟損失的主要因素，已成為我國社會和經(jīng)濟發(fā)展的嚴重障礙，是建成小康社會迫切需要解決的問題。要高度重視數(shù)據(jù)的規(guī)范、收集、儲存、分析、利用、共享、安全。健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)將是最豐富、最重要、最龐大的數(shù)據(jù)集，是國家重要的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源。基于健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)的人工智能技術(shù)最終將惠民并為民眾提供保障，如基于移動醫(yī)療的慢病管理；運用醫(yī)學(xué)影像、分子影像等手段實現(xiàn)精準診療；智能藥物創(chuàng)新和應(yīng)用。人工智能在健康領(lǐng)域應(yīng)用的主