6.25知識分子The Intellectual

放射科醫(yī)生利用AI比照查看病人CT

撰文 | 李珊珊

6月24日，國際醫(yī)學(xué)頂級期刊Nature Medicine發(fā)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(yī)療AI模型GRAPE。

《自然·醫(yī)學(xué)》論文

胃癌在中國的發(fā)病率和死亡率一直處于高位，每年新發(fā)胃癌病例近36萬例，占到全球?qū)⒔话耄凰劳鰟t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(fā)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(xiàn)這種情況是因為胃癌篩查的經(jīng)典手段——胃鏡在中國的普及率不夠高，超過70%的胃癌患者發(fā)現(xiàn)時已經(jīng)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(yī)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(yī)學(xué)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(yī)療AI團隊曾在2023年開發(fā)了胰腺癌篩查AI模型PANDA，通過“平掃CT+AI”的結(jié)合，準(zhǔn)確識別早期胰腺癌病變。兩年后，他們又和浙江省腫瘤醫(yī)院程向東團隊合作開發(fā)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(qū)醫(yī)院的模擬機會性篩查試驗中，GRAPE標(biāo)記的高危人群，后續(xù)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(yī)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(shù)的加持有望在未來顯著改善胃癌患者的預(yù)后，降低胃癌相關(guān)的死亡率，成為中國乃至全球胃癌防控領(lǐng)域的一把利刃。

01 一個外科醫(yī)生的執(zhí)念

做醫(yī)學(xué)生時，程向東立志做一名手術(shù)醫(yī)生，威風(fēng)凜凜地去開刀救人。

然而，當(dāng)他在腫瘤醫(yī)院做了多年外科醫(yī)生之后，想法悄然轉(zhuǎn)變。在腫瘤醫(yī)院，有太多的無能為力——手術(shù)做得非常好，人卻不一定能救回來。這位胃癌中心的學(xué)科帶頭人開始反思：應(yīng)對一個腫瘤，不僅是開刀，“還要從預(yù)防篩查，到疾病的發(fā)生發(fā)展、綜合治療、晚期康復(fù)等等一整套都有全面的研究和布局”。

浙江省腫瘤醫(yī)院黨委書記程向東

而對胃癌而言，第一個短板便是出在“預(yù)防篩查”上。

“在我們的門診上，30%以上的病人，首診的時候已經(jīng)是晚期了，幾乎失去了手術(shù)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(shù)水平不高，不是我們的藥物或是診療理念不如日韓先進，關(guān)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(guī)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(qū)，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(xiàn)狀的研究進展》一文提到，我國胃癌風(fēng)險人群超過3億。

長久以來，找到一種舒適、無創(chuàng)，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(zhí)念。

程向東曾在浙江幾個胃癌相對高發(fā)的地區(qū)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(fā)現(xiàn)1個病人，需要做將近100臺胃鏡，這是一筆巨大的醫(yī)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)篩查方法進行推廣應(yīng)用。

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

根據(jù)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(xué)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(nèi)。

02 “不可能”的任務(wù)

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(tài)會很大影響到它的形態(tài)，進而使得長在胃黏膜內(nèi)壁上的腫瘤出現(xiàn)各種各樣的形態(tài)和表現(xiàn)，對算法設(shè)計造成巨大的挑戰(zhàn)。”夏英達說。

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

在這種情況下，醫(yī)生們需要在對比度更大的增強CT上描畫出腫瘤，再配準(zhǔn)到平掃CT上，用這樣標(biāo)注過的圖像去訓(xùn)練AI。在算法設(shè)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(tài)結(jié)構(gòu)的全面理解。

6月，第一批標(biāo)注好的CT影像準(zhǔn)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(xùn)練迭代。5天時間，訓(xùn)練完成，這是一個決定整個項目是否往下走的第一個關(guān)鍵。

“跑了一批數(shù)據(jù)，模型達到一定的性能之后，心理上會有一個預(yù)期，如果第一次跑出來準(zhǔn)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(yī)院的年輕醫(yī)生胡燦這樣告訴《知識分子》。

小試牛刀的結(jié)果令人驚喜，此時“準(zhǔn)確率已經(jīng)變得非常高，二期以上胃癌準(zhǔn)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(fēng)險評估人工智能大模型，聯(lián)合來自中國的東部、東北、西北、華南等地的20個醫(yī)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(lǐng)域最大的數(shù)據(jù)集。

研究組發(fā)表在《自然?醫(yī)學(xué)》上的論文中寫道：經(jīng)過兩萬多例訓(xùn)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(qū)醫(yī)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(guī)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(chuàng)手術(shù)，無需化療或其他輔助治療。這也就意味著，如果能夠大規(guī)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(diào)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(xù)攻堅，阿里達摩院醫(yī)療AI多癌篩查負責(zé)人、資深算法專家張靈總結(jié)道：“我們在胰腺癌上做了一個從0到1的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)平掃CT可以篩查癌癥，但這個發(fā)現(xiàn)能否被復(fù)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(yī)療影像AI的黃金時代

2023年，對于利用“平掃CT+AI”結(jié)合進行胰腺癌早篩的PANDA模型，《自然?醫(yī)學(xué)》配發(fā)的評論文章指出：一個醫(yī)療影像AI的黃金時代已準(zhǔn)備就緒。

新研究拯救生命的能力正在顯現(xiàn)。

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(yù)測為高風(fēng)險，后續(xù)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(yī)院已經(jīng)在PACS系統(tǒng)本地部署GRAPE模型，對前來醫(yī)院各科就診患者的每天產(chǎn)生的近千張平掃CT影像，AI持續(xù)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(xiàn)癥狀之前診斷胃癌”——他們對某醫(yī)院一組胃癌患者確診前的平掃CT進行回顧性分析發(fā)現(xiàn)，確診6個月前的CT影像中，就已經(jīng)能夠準(zhǔn)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(qū)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(xié)會副理事長提到：根據(jù)《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》，到2030年，所有腫瘤的五年生存率要提高15%，在胃癌領(lǐng)域，要達到這個目標(biāo)，“最經(jīng)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(shù)的加持，能夠逐步提高到30%、40%，甚至像鄰國日韓一樣，實現(xiàn)60%以上，屆時，中國的胃癌防治效果將呈現(xiàn)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(yī)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(biāo)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(xué)家，很享受這項工作中“看到自己的技術(shù)拯救病人帶來的成就感”，以及那種“計算機科學(xué)家和醫(yī)學(xué)科學(xué)家在一起，探索新的可能，開創(chuàng)全新的方向”的愉悅感。