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AI辅助临床结肠镜下结肠息肉实时检出系统

上海长海医院  2019年04月22日15:22

1、案例名称

AI辅助临床结肠镜下结肠息肉实时检出系统

2、申报单位

上海长海医院

3、案例简介

结肠镜检查智能辅助诊断系统建立于来自20家三甲医院内镜中心数据库超过10万名患者的具有良好标记的结肠镜图像,这也是国际上训练和测试深度学习和卷积神经网络系统的最大数据集。该辅助诊断系统不仅在内镜图像的测试数据集中实现了非常高的灵敏度(95.0%),而且在真实世界的结肠镜检查中实时识别息肉的灵敏度更高(98.4%)。

4、案例应用范围

可应用于所有结肠镜检查,最佳使用环境为保证足够的肠道准备质量(波士顿肠道准备评分≥6)和充分的退镜时间(≥6 mins)的结肠镜检查。

5、案例应用场景描述

在结肠镜插镜到盲肠时,内镜医师留取图像,此时智能辅助系统自动启动,伴随着肠镜医师的退镜一起实时监督肠道内有无息肉或病变的出现。当人工智能系统怀疑有病变在肠道内出现时,会实时地发出警报声音提醒肠镜医生注意可能遗漏的病变,并且会实时的标注出系统高度怀疑有病变的部位,帮助内镜医生发现更多有潜在危险性的病变,做到结直肠癌的早预防、早发现和早治疗。

6、该案例解决了哪些行业痛点?

我国结肠癌的发病率在不断升高,通过结肠镜检查和息肉切除术可显著降低结肠癌的发病率和死亡率,然而,结肠镜检查并不能检出全部的结肠腺瘤且对近端结肠癌的保护作用相当有限。据报道,结肠镜检查时可能会漏诊17-48%的腺瘤,并可能遗漏高达11%-12%的进展期腺瘤,有时甚至结肠癌也可能被漏诊,这些漏诊的腺瘤被认为是50%-60%结肠镜后结肠间期癌的直接原因;虽然包括光学增强技术和辅助机械装置在内的多种技术可以帮助肠镜医师发现肠道中的病变,并提高腺瘤检出率和降低腺瘤漏诊率。然而,结肠镜检查者本身的局限性可能会大大削弱这些创新技术的效果,因为尽管息肉存在于结肠镜检查视野中,结肠镜医师仍然可能会遗漏一部分的息肉。研究发现,结肠镜检查者检出腺瘤的能力易受技术水平,疲劳程度和警觉性的影响,并且与结肠镜医师个体差异有很大关系。此外,即使是高水平的内镜医师在临床实际操作中仍可能遗漏大量腺瘤,因为结肠镜医师可能会在检测到一个腺瘤后在检查剩余的肠段时候变得警觉性降低(“一次完成”效应)。腾讯觅影结肠镜下智能辅助系统可以作为一个实时的“专家”去监测和提高常规结肠镜检查的质量。

7、案例核心优势

尽管目前在国内有数项关于人工智能辅助结肠息肉系统的报道,并取得了令人鼓舞的结果,但由于医学中存在“信息孤岛”的问题,使目前的临床前研究局限于单中心,其结肠镜图像数据总量有限,有可能导致在临床运用中无法达到令人满意的诊断性能。值得注意的是,目前所有用于定位息肉的辅助系统都是在内镜图像或选定视频上建立和验证的,它们在临床结肠镜检查中的实际辅助诊断性能不能确定,因为肠镜和人工智能的诊断性能可能受到肠道准备质量,退镜时间和结肠镜医师经验等因素的影响。因此,我们构建了基于深度学习算法的辅助诊断系统,并邀请来自中国52个内镜中心的55名具有中级和高级职称的结肠镜医师对20个内镜中心的近6万张内镜图片进行标注后、随后辅助诊断系统进行深度学习和训练,然后再利用逾万张病变内镜图片对辅助诊断系统进行临床前验证,这是至今为止人工智能在结肠镜病变性质识别的训练和测试智能模型的最大数据集,其检出病变与定位的敏感性达到95%,特异性99.1%,阳性预测值95.1%,阴性预测值98.8%,精确度96.9%,其对息肉与腺癌的辨别敏感性达到90.3%,特异性98.3%,阳性预测值89.8%,阴性预测值98.4%,精确度97.2%。我们在真实世界结肠镜检查中验证了智能辅助系统诊断性能,显示在ADS的辅助下,肠镜医师可以检测到更多的息肉和腺瘤,并且每次结肠镜检查假阳性的频率仅为2.2次。该数据表明辅助诊断系统可能有利于发现更多病变并减少常规结肠镜检查的息肉漏诊率。我们的研究结果表明,辅助诊断系统可以帮助结肠镜医师在现实世界的结肠镜检查中发现更多的腺瘤和息肉,并初步分析辅助诊断系统在患者不同患者特征(年龄,性别,适应症),临床情景(结肠镜检查者经验,结肠镜类型,肠道准备质量和停药时间),以及息肉的特征(位置,形态,大小和病理)中的作用和优势,可作为未来临床应用的基础。此外,研究对对测试数据集和临床实践中的假阴性和假阳性的原因进行了详尽的研究和详细分类,以指导人工智能辅助诊断系统的性能优化。

8、案例实施成果及社会影响力

“腾讯觅影”辅助诊断系统与国家消化病临床医学研究中心携手,在“2018年中国医师协会消化内镜医师学术大会”上发布结直肠肿瘤筛查AI系统,利用人工智能技术辅助临床医生实时发现结直肠息肉,并实现实时鉴别息肉性质。目前,“腾讯觅影” 结直肠肿瘤筛查AI系统已落地海军军医大学附属长海医院。结直肠肿瘤筛查AI系统的发布,被视作医学与人工智能“国家队”的跨界创新产物,对我国乃至全球消化道肿瘤筛查技术具有积极影响。

9、未来规划

进一步优化“腾讯觅影” 结直肠肿瘤筛查AI系统,提高产品适应性。

未来方向:

1. 开展前瞻性图片采集工作,积累高质量的内镜图像供人工智能学习,提高诊断效能。

2. 前瞻性收集高质量NBI图像,开发人工智能肉眼活检息肉性质的功能。

3. 开展前瞻性干预性临床临床试验,特别是多中心随机对照试验,进一步验证智能辅助系统在结肠息肉检出中的价值。 

(本案例由上海长海医院提供,仅供参考)

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