人工智能取代醫(yī)生？AI畫出鼻咽癌放療靶區(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)勾畫技術(shù)上有了新進展。

南都記者從中山大學(xué)腫瘤防治中心獲悉，該院孫穎教授團隊首次利用AI技術(shù)，實現(xiàn)了鼻咽腫瘤自動勾畫，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)表于國際影像學(xué)頂級期刊《Radiology》。

鼻咽癌：廣東省最高發(fā)，放射治療是根治手段

鼻咽癌是我國常見的頭頸部腫瘤，中國鼻咽癌發(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，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)過精準(zhǔn)放射治療聯(lián)合適當(dāng)強度的化療，80%以上的無遠處轉(zhuǎn)移鼻咽癌可徹底治愈。

科技運用于醫(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中講授腫瘤知識。 新華社記者江宏景攝

難題：人工勾畫“不快、不準(zhǔn)、不狠”

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

因此，準(zhǔn)確界定照射范圍（勾畫靶區(qū)）是精準(zhǔn)放療的重要步驟。孫穎說：“精準(zhǔn)放射治療就像射擊，精準(zhǔn)勾畫靶區(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)的勾畫主要為人工勾畫，準(zhǔn)確性高度依賴醫(yī)生的經(jīng)驗。孫穎把人工勾畫存在的問題概括為“不快、不準(zhǔn)、不狠”，也就是勾畫時間長，需要3-10小時；準(zhǔn)確率低于70%；不同醫(yī)生勾畫區(qū)域的體積變異系數(shù)超過50%的問題。

新技術(shù)：用AI自動勾畫放療靶區(qū)

孫穎介紹，經(jīng)過超過一萬例的病例積累，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規(guī)律，并開始探索人工智能（AI）進行自動勾畫。

目前，MRI影像是鼻咽腫瘤勾畫的金標(biāo)準(zhǔn)，人工勾畫需要醫(yī)生仔細、全面地觀察腫瘤在MRI影像上的侵犯范圍并逐層勾畫出腫瘤靶區(qū)?！皩＜医?jīng)驗就存儲在這些靶區(qū)中。”

于是，該團隊共納入來自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，以提供三維、大尺度和高質(zhì)量的影像和靶區(qū)用于計算機學(xué)習(xí)?！肮串嬕晕覟橹?，大概花了半年時間，再由一個年紀(jì)和經(jīng)驗和我差不多的專家進行審核?！睂O穎說。

將專家經(jīng)驗轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)后，團隊與在人工智能領(lǐng)域處于國際先進水平的香港中文大學(xué)計算機科學(xué)與工程系、深圳視見醫(yī)療科技公司進行合作，采用三維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（3D CNN）這一在圖像識別領(lǐng)域表現(xiàn)優(yōu)異的AI技術(shù)，實現(xiàn)鼻咽腫瘤自動勾畫。

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

釋疑：

Q1：AI自動勾畫的準(zhǔn)確率有多少？

89%的病例無需修改或僅少量修改后可用于計劃設(shè)計

A1：AI自動勾畫的準(zhǔn)確性可達到79%。無論患者是早期（T1-T2）還是晚期（T3-T4），無論是否接受過治療，AI均可達到相似的勾畫準(zhǔn)確性。經(jīng)專家評估，32.5%的病例無需修改可直接用于放射治療計劃設(shè)計，56.2%的病例經(jīng)少量修改即可用于放射治療計劃設(shè)計。

Q2：AI自動勾畫的準(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)，甚至超過醫(yī)生水平

A2：孫穎團隊開展了多中心測試，共納入不同分期的20例患者和8位來自7個高水平醫(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（即人工勾畫）。以專家勾畫作為金標(biāo)準(zhǔn)，AI自動勾畫的準(zhǔn)確性超過了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)生提高勾畫準(zhǔn)確性

A3：目前還不能替代醫(yī)生，但AI輔助勾畫能提高?？漆t(yī)生勾畫準(zhǔn)確性。在8位醫(yī)生完成人工勾畫的兩個月后，由他們對AI自動勾畫的結(jié)果進行修改（AI自動勾畫+醫(yī)生修改，即AI輔助勾畫），結(jié)果顯示，AI輔助勾畫提高了5位醫(yī)生的勾畫準(zhǔn)確性（平均由74%提高到79%），減少了55%的勾畫者間差異。

Q4：AI能提高多少效率？

效率提升5-10倍，受保護器官增加28個

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

Q5：下一步有什么研究計劃？

將通過云平臺在國內(nèi)外開展臨床驗證

A5：為了擴大AI放射治療靶區(qū)勾畫的影響力，孫穎團隊進一步實現(xiàn)了鼻咽癌頸部淋巴結(jié)、預(yù)防性放療區(qū)域和需保護的正常組織的自動勾畫，并集成了人工智能自動勾畫云平臺。下一步他們將通過云平臺在廣州、廣西、新加坡等地開展臨床驗證，以期取得全球鼻咽癌放射治療水平的同質(zhì)化。