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武漢大學(xué)人民醫(yī)院消化內(nèi)科醫(yī)師吳練練在“內(nèi)鏡精靈”的輔助下，為患者進(jìn)行胃鏡檢查。受訪者供圖

第四代“內(nèi)鏡精靈”具有四大核心功能，一是在胃鏡中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)檢查盲區(qū)，二是識(shí)別早期胃癌，三是在腸鏡中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)操作質(zhì)量，四是識(shí)別癌前病變。此外，有關(guān)超聲內(nèi)鏡、放大內(nèi)鏡、內(nèi)窺鏡逆行性膽管胰管造影術(shù)等場(chǎng)景下的應(yīng)用模塊也正在融合進(jìn)現(xiàn)有的產(chǎn)品當(dāng)中。

武漢大學(xué)人民醫(yī)院（湖北省人民醫(yī)院）消化內(nèi)科主任于紅剛教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表在《柳葉刀—胃腸病學(xué)和肝病學(xué)》的最新研究表明，人工智能（AI）輔助的內(nèi)鏡檢測(cè)系統(tǒng)——“內(nèi)鏡精靈”可在不增加檢查時(shí)長(zhǎng)的前提下，將胃腫瘤漏檢風(fēng)險(xiǎn)降低近八成，同時(shí)最大限度地減少不必要的活檢。

消化道腫瘤發(fā)病率占中國(guó)癌癥總發(fā)病率的43.5%，僅在2020年，我國(guó)消化道腫瘤年發(fā)病人數(shù)就高達(dá)136萬(wàn)，死亡人數(shù)達(dá)96萬(wàn)。而胃癌是導(dǎo)致居民死亡的重要原因之一。世界衛(wèi)生組織發(fā)布的2020年全球最新癌癥負(fù)擔(dān)數(shù)據(jù)報(bào)告指出，胃癌在全球死亡率中位列第4，在我國(guó)位列第3，且近年來(lái)呈現(xiàn)年輕化趨勢(shì)。

人工智能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)胃鏡檢查盲區(qū)

內(nèi)鏡檢查是早期發(fā)現(xiàn)消化道腫瘤的必要手段，胃鏡檢查是臨床上篩查和診斷胃癌的最有效方法。自1805年消化內(nèi)鏡技術(shù)面世以來(lái)，行業(yè)飛速發(fā)展，全球消化內(nèi)鏡年診療量已超過(guò)1億例。

不過(guò)，該領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r仍不容樂(lè)觀。一方面，內(nèi)鏡檢查設(shè)備性能不夠好，往往導(dǎo)致患者漏診；另一方面，由于內(nèi)鏡醫(yī)師檢查水平參差不齊、高水平內(nèi)鏡醫(yī)師稀缺，中國(guó)部分地區(qū)和世界部分地區(qū)早期胃癌的診斷率仍偏低。數(shù)據(jù)顯示，有20%—40%的早期胃癌患者被漏診，而結(jié)腸腺瘤被漏診的概率也高達(dá)22%。

于紅剛認(rèn)為，癌前病變、早期癌、進(jìn)展期癌是消化道癌演變的“三部曲”，若能在癌前病變和早期癌階段篩查出病灶，并進(jìn)行干預(yù)，將大大提高患者生存幾率。然而，檢測(cè)胃部腫瘤的關(guān)鍵一線工具——白光內(nèi)鏡，對(duì)早期胃癌的敏感性和特異性并不高。

于紅剛介紹，使用“內(nèi)鏡精靈”輔助醫(yī)生胃鏡操作，當(dāng)視野中出現(xiàn)異常病灶時(shí)，“內(nèi)鏡精靈”會(huì)用藍(lán)框標(biāo)記，提示醫(yī)生；若為沒(méi)有癌變傾向的低風(fēng)險(xiǎn)病灶，屏幕左側(cè)會(huì)提示“非腫瘤”；若為有癌變傾向的高風(fēng)險(xiǎn)病灶，標(biāo)記框則變?yōu)榧t色，屏幕左側(cè)提示“腫瘤”。“內(nèi)鏡精靈”屏幕可額外提示胃鏡檢查盲區(qū)、異常病灶，同時(shí)進(jìn)行胃鏡操作計(jì)時(shí)和質(zhì)量評(píng)分，保證醫(yī)生高質(zhì)量完成胃鏡檢查。

該研究是一項(xiàng)基于1812名無(wú)痛胃鏡檢查患者的前瞻性、單中心、隨機(jī)對(duì)照、雙臂平行的串聯(lián)胃鏡試驗(yàn)，是世界上首例評(píng)價(jià)人工智能系統(tǒng)改善胃鏡下腫瘤篩查效果的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)。

百萬(wàn)圖片助力“村姑”變“昭君”

2016年，AlphaGo擊敗世界圍棋冠軍的新聞轟動(dòng)一時(shí)。彼時(shí)，各國(guó)正以舉國(guó)之力搶占人工智能技術(shù)的制高點(diǎn)，而同樣為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，我國(guó)也在大力發(fā)展人工智能。

受此啟發(fā)，于紅剛產(chǎn)生了讓AlphaGo學(xué)習(xí)消化內(nèi)鏡的想法雛形，提出利用AI實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)胃鏡檢查盲區(qū)的大方向，實(shí)現(xiàn)全方位、無(wú)死角、無(wú)遺漏鎖定病灶，最大限度確保檢查質(zhì)量，保障患者生命安全。

從全球范圍來(lái)看，消化內(nèi)鏡人工智能技術(shù)的研究多處于少數(shù)病種的理論研究階段。不同于其他醫(yī)學(xué)影像，消化內(nèi)鏡影像多為非標(biāo)準(zhǔn)化動(dòng)態(tài)圖像，影響因素多，圖像差異大，這導(dǎo)致消化內(nèi)鏡人工智能技術(shù)的研發(fā)難度相對(duì)較大。國(guó)內(nèi)外目前尚無(wú)利用人工智能監(jiān)控消化內(nèi)鏡檢查質(zhì)量的應(yīng)用研究。

消化內(nèi)鏡AI系統(tǒng)也面臨著如何健全標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)體系、如何標(biāo)準(zhǔn)化內(nèi)鏡影像數(shù)據(jù)等技術(shù)難點(diǎn)。對(duì)于這些問(wèn)題，沒(méi)有太多的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)可以仿效，需要將“跟跑”思維轉(zhuǎn)變?yōu)椤邦I(lǐng)跑”思維，從臨床實(shí)際需求出發(fā)，自行分析應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題，形成一套自主的消化內(nèi)鏡人工智能技術(shù)開發(fā)機(jī)制。

于紅剛與武漢大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院合作攻關(guān)，傾力研發(fā)集內(nèi)鏡質(zhì)控與病灶診斷于一體的人工智能醫(yī)療器械產(chǎn)品。很快，“內(nèi)鏡精靈”雛形產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境測(cè)試通過(guò)。然而因產(chǎn)品與傳統(tǒng)內(nèi)鏡兼容障礙，首次臨床試用后結(jié)果不如人意。于紅剛和AI工程師團(tuán)隊(duì)反復(fù)測(cè)試，迭代了近50個(gè)版本，終于研發(fā)出第一代不干擾傳統(tǒng)內(nèi)鏡設(shè)備運(yùn)行的獨(dú)立AI系統(tǒng)“村姑”。

“村姑”肚子里貨少，只有幾千張圖片，只能實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單的功能，錯(cuò)誤率也較高。而后團(tuán)隊(duì)一路加大數(shù)據(jù)、優(yōu)化功能、開發(fā)早癌識(shí)別、息肉識(shí)別等新技術(shù)，到4年后的今天，“內(nèi)鏡精靈”已歷經(jīng)“村姑”“貴妃”“飛燕”“昭君”四代躍遷，“肚子”里存貨近百萬(wàn)張，監(jiān)測(cè)錯(cuò)誤率大大降低。

第四代“內(nèi)鏡精靈”具有四大核心功能，一是在胃鏡中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)檢查盲區(qū)，二是識(shí)別早期胃癌，三是在腸鏡中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)操作質(zhì)量，四是識(shí)別癌前病變。此外，有關(guān)超聲內(nèi)鏡、放大內(nèi)鏡、內(nèi)窺鏡逆行性膽管胰管造影術(shù)等場(chǎng)景下的應(yīng)用模塊也正在融合進(jìn)現(xiàn)有的產(chǎn)品當(dāng)中。

啟動(dòng)大樣本、多中心研究

于紅剛團(tuán)隊(duì)是全球最早開始開發(fā)消化內(nèi)鏡人工智能的團(tuán)隊(duì)之一，團(tuán)隊(duì)前期部分研究成果發(fā)表于國(guó)際醫(yī)學(xué)頂尖雜志、《中華消化內(nèi)鏡》雜志等，累計(jì)影響因子居世界第一，已申請(qǐng)了30項(xiàng)發(fā)明專利，6項(xiàng)已授權(quán)，獲批3項(xiàng)二類醫(yī)療器械注冊(cè)證，3項(xiàng)歐洲CE認(rèn)證，并于2021年1月進(jìn)入國(guó)家創(chuàng)新醫(yī)療器械審批綠色通道，是國(guó)內(nèi)外首個(gè)集內(nèi)鏡質(zhì)控與病灶診斷于一體的人工智能醫(yī)療產(chǎn)品，具有實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)、貼合臨床的特點(diǎn)。

目前，課題組正在啟動(dòng)一項(xiàng)覆蓋全國(guó)各地區(qū)的大樣本、多中心研究，進(jìn)一步評(píng)價(jià)該系統(tǒng)提高胃腫瘤檢出率乃至早癌檢出率的有效性和穩(wěn)定性，探索和驗(yàn)證AI在消化道腫瘤早診早治的臨床價(jià)值。

“內(nèi)鏡精靈”一路發(fā)展，一路成長(zhǎng)，從最初由武漢大學(xué)人民醫(yī)院一家醫(yī)院使用，逐漸發(fā)展到全國(guó)28家三甲醫(yī)院使用，再全面輻射到全國(guó)350多家不同級(jí)別醫(yī)院，協(xié)助醫(yī)師發(fā)現(xiàn)2794例消化道早期癌癥患者及癌前病變患者，節(jié)省治療費(fèi)用約8.382億元。在巴東縣人民醫(yī)院、黃梅縣人民醫(yī)院等12家縣醫(yī)院，“內(nèi)鏡精靈”已開始大展拳腳，目前“內(nèi)鏡精靈”已進(jìn)入云南省劍川縣醫(yī)院開展健康宣教及扶貧試點(diǎn)工作，將其早癌檢出率從0提高至63.64%，取得了顯著成效。當(dāng)?shù)鼗颊卟挥幂氜D(zhuǎn)省城大醫(yī)院，也不必苦等“專家號(hào)”，就可獲得最客觀和權(quán)威的內(nèi)鏡檢查。

記者 吳純新 劉志偉 通 訊 員 楊 岑 寧亞飛