6.25知識分子The Intellectual

放射科醫生利用AI比照查看病人CT

撰文 | 李珊珊

6月24日，國際醫學頂級期刊Nature Medicine發表的一項最新研究，報告了只需平掃CT即可檢測胃癌早期病變的醫療AI模型GRAPE。

《自然·醫學》論文

胃癌在中國的發病率和死亡率一直處于高位，每年新發胃癌病例近36萬例，占到全球將近一半；死亡則近26萬，在中國惡性腫瘤中死亡率高居第三。

與胃癌同樣高發的日韓兩國相比，中國胃癌的死亡率明顯偏高——五年生存率35.9%，大約只有日韓的一半。

出現這種情況是因為胃癌篩查的經典手段——胃鏡在中國的普及率不夠高，超過70%的胃癌患者發現時已經到了中晚期，而日本和韓國則早在1983年和1999年起便分別實施了全國性的胃鏡篩查計劃。

在過去的30多年里，中國的醫生一直在試圖尋找便捷、成本低廉、患者依從性高的胃癌早期篩查方法。在影像AI與醫學的交叉地帶，這一困境終于迎來了新曙光。

阿里巴巴達摩院的醫療AI團隊曾在2023年開發了胰腺癌篩查AI模型PANDA，通過“平掃CT+AI”的結合，準確識別早期胰腺癌病變。兩年后，他們又和浙江省腫瘤醫院程向東團隊合作開發了胃癌篩查AI模型GRAPE——只需要一張腹部的平掃CT，即可由AI篩查是否需要進一步的胃鏡檢查。

在浙江兩家地區醫院的模擬機會性篩查試驗中，GRAPE標記的高危人群，后續的胃鏡檢查的胃癌檢出率分別達到24.5%與17.7%，且可以識別早期胃癌病變。

這巧妙地避開了全人群胃癌篩查對大量醫療資源的占用，為胃癌的早期篩查和診斷開辟了一條全新的道路。這種新技術的加持有望在未來顯著改善胃癌患者的預后，降低胃癌相關的死亡率，成為中國乃至全球胃癌防控領域的一把利刃。

01 一個外科醫生的執念

做醫學生時，程向東立志做一名手術醫生，威風凜凜地去開刀救人。

然而，當他在腫瘤醫院做了多年外科醫生之后，想法悄然轉變。在腫瘤醫院，有太多的無能為力——手術做得非常好，人卻不一定能救回來。這位胃癌中心的學科帶頭人開始反思：應對一個腫瘤，不僅是開刀，“還要從預防篩查，到疾病的發生發展、綜合治療、晚期康復等等一整套都有全面的研究和布局”。

浙江省腫瘤醫院黨委書記程向東

而對胃癌而言，第一個短板便是出在“預防篩查”上。

“在我們的門診上，30%以上的病人，首診的時候已經是晚期了，幾乎失去了手術的機會。一期的病人完全是可以治愈的，但到了四期，平均生存時間只有10-12個月，哪怕再好的藥物，再高級的治療手段，往往也很難挽回他們的生命了。”

對此，程向東時常覺得無力甚至痛心——“不是我們的臨床能力不夠，不是我們的手術水平不高，不是我們的藥物或是診療理念不如日韓先進，關鍵問題是我們的早期檢出率太低了。”

在日韓，胃鏡篩查是一種常規的體檢項目。程向東介紹，“在韓國，幾乎是全民篩查。40歲以上的人，70%都會每兩年自覺去做一次胃鏡檢查”。

而在中國，特別是在偏遠地區，很多人一生都沒做過胃鏡。而《中華腫瘤雜志》2020年的《胃癌篩查現狀的研究進展》一文提到，我國胃癌風險人群超過3億。

長久以來，找到一種舒適、無創，而且足夠便宜的方法來解決中國胃癌患者的早診斷難題，成了程向東心中的一個執念。

程向東曾在浙江幾個胃癌相對高發的地區推行過胃癌篩查項目，他們利用問卷篩出了占全人群20%左右的高危人群進行胃鏡篩檢，最終的胃癌檢出率只有1.16%，也就是說，發現1個病人，需要做將近100臺胃鏡，這是一筆巨大的醫療資源投入。

胃鏡檢查之外，他還試過液體活檢法，即通過血液或其他樣本中的標志物來篩查胃部腫瘤。然而，這些檢測成本很高，檢出率的敏感性卻偏低，無法作為標準篩查方法進行推廣應用。

直到2024年年初的一天，他看到了一篇利用“平掃CT+AI”準確識別早期胰腺癌病變的論文，以及那篇論文配發的評論——“一個醫療影像AI的黃金時代已準備就緒”。（PANDA大模型的相關報道見《知識分子》之前推送：《自然?醫學》刊登中國科學家關鍵突破：癌癥篩查的黃金時代準備就緒）。

根據那篇論文，AI模型利用平掃CT進行胰腺癌早篩的特異性達到99.0%，敏感性92.9%，大大高于人工診斷。

能否利用平掃CT進行胃癌早篩？這個想法不可抑制地跳入了程向東的腦袋，他找到了夏英達，后者是約翰霍普金斯大學博士、阿里巴巴達摩院高級算法專家，也是那篇胰腺癌篩查文章的共同第一作者。而在達摩院AI團隊的計劃中，胃癌，作為人類致死率排名前10的腫瘤，早已在他們的視野之內。

02 “不可能”的任務

胃癌專家和AI專家走到了一起，探索利用“平掃CT+AI”，作為胃鏡之前的初篩。他們碰見的第一個問題就是，胃是一種“空腔臟器”。換句話說，它與胰腺這類的實性臟器有極大的不同，胃是個長期充斥著氣體的容器，還是個外形和大小一直在變化的容器。

“胃的充盈狀態會很大影響到它的形態，進而使得長在胃黏膜內壁上的腫瘤出現各種各樣的形態和表現，對算法設計造成巨大的挑戰。”夏英達說。

用平掃CT上篩查胃癌，這是過去人類醫生難以完成的工作，只有在非常特殊的情況下，有經驗的醫生才能直接在平掃CT上找到腫瘤。

在這種情況下，醫生們需要在對比度更大的增強CT上描畫出腫瘤，再配準到平掃CT上，用這樣標注過的圖像去訓練AI。在算法設計上，保證對腫瘤局部紋理識別的同時，也增強了其對胃部整體形態結構的全面理解。

6月，第一批標注好的CT影像準備就緒，包括3470例胃癌病例和3250例非胃癌病例。AI大模型開始進行訓練迭代。5天時間，訓練完成，這是一個決定整個項目是否往下走的第一個關鍵。

“跑了一批數據，模型達到一定的性能之后，心理上會有一個預期，如果第一次跑出來準確率很差，那就沒必要往下做了。”論文的第一作者，浙江省腫瘤醫院的年輕醫生胡燦這樣告訴《知識分子》。

小試牛刀的結果令人驚喜，此時“準確率已經變得非常高，二期以上胃癌準確率達到了80%，一期胃癌則大約有50%”。

最終，這個被稱為GRAPE（Gastric Cancer Risk Assessment Procedure with Artificial Intelligence）的胃癌風險評估人工智能大模型，聯合來自中國的東部、東北、西北、華南等地的20個醫療中心，開展覆蓋近10萬人的回顧性臨床試驗。這幾乎是夏英達所知的胃癌領域最大的數據集。

研究組發表在《自然?醫學》上的論文中寫道：經過兩萬多例訓練與驗證后，研究者利用GRAPE展開了共7.8萬多名患者的模擬機會性篩查。在兩家地區醫院里，GRAPE識別出高危人群，胃鏡檢查顯示，其中胃癌患者的比例分別達到了24.5%和17.7%。檢出病例里，約40%為無胃癌癥狀的患者。。

規范診療的情況下，早期胃癌患者的五年生存率可以達到95%以上，他們的治療往往只需要腹腔鏡微創手術，無需化療或其他輔助治療。這也就意味著，如果能夠大規模普及這種篩查，胃癌從死亡率居高不下的惡性腫瘤，變成可調控甚至治愈的慢性病將成為可能。

從胰腺癌到胃癌篩查的連續攻堅，阿里達摩院醫療AI多癌篩查負責人、資深算法專家張靈總結道：“我們在胰腺癌上做了一個從0到1的科學發現，發現平掃CT可以篩查癌癥，但這個發現能否被復制，能否被推廣到空腔臟器中，胃癌篩查AI給出了肯定的回答。”

AI成功從平掃CT中識別早期胃癌

03 醫療影像AI的黃金時代

2023年，對于利用“平掃CT+AI”結合進行胰腺癌早篩的PANDA模型，《自然?醫學》配發的評論文章指出：一個醫療影像AI的黃金時代已準備就緒。

新研究拯救生命的能力正在顯現。

論文中，研究團隊特意提到了一個案例。在2024年6月的篩查中，一位患者的腹部非增強CT掃描影像被GRAPE預測為高風險，后續的隨訪顯示，該患者于該年8月被確診為胃癌，病理檢測顯示為AJCC第IB期，即胃癌早期。

目前，浙江省腫瘤醫院已經在PACS系統本地部署GRAPE模型，對前來醫院各科就診患者的每天產生的近千張平掃CT影像，AI持續自動檢測、隨時報警。

對于這種“機會性篩查”的重要作用，程向東舉了另一個論文里的例子，“提前半年，在出現癥狀之前診斷胃癌”——他們對某醫院一組胃癌患者確診前的平掃CT進行回顧性分析發現，確診6個月前的CT影像中，就已經能夠準確判斷出胃癌了。而6個月的差距，對于一些侵襲性強，需要與時間賽跑的胃癌，可能是早期和中期的區別，也可能是生與死的差別。

AI能識別各階段胃癌

AI提前六個月識別出胃癌

及早診斷，為將來的治療爭取時間，這一點非常重要。這位中國抗癌協會副理事長提到：根據《“健康中國2030”規劃綱要》，到2030年，所有腫瘤的五年生存率要提高15%，在胃癌領域，要達到這個目標，“最經濟、最實惠，也是最有可行性的一條路線就是提升早期診斷率”。

目前中國胃癌的早期診斷率只有20%左右，他希望，在這項最新技術的加持，能夠逐步提高到30%、40%，甚至像鄰國日韓一樣，實現60%以上，屆時，中國的胃癌防治效果將呈現一種新的氣象。

目前，在人類致死率排名前10的腫瘤中，除胰腺癌、胃癌之外，達摩院醫療AI團隊的研究方向還包括食道癌、肝癌、乳腺癌、腸癌等，他們的最終目標是用一次平掃CT檢查，解決多種重要疾病的智能篩查、輔助診斷與定量分析。

論文通訊作者之一的張靈說，作為日常坐在電腦屏幕前的AI科學家，很享受這項工作中“看到自己的技術拯救病人帶來的成就感”，以及那種“計算機科學家和醫學科學家在一起，探索新的可能，開創全新的方向”的愉悅感。