AI + 医疗 :食道癌早期筛查技术率先进入临床预实验

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昨天,腾讯发布了首款AI医学影像产品——腾讯觅影,使用腾讯AI Lab技术的食管癌早期筛查也成为首个进入临床预试验的项目,实现了筛查一个内镜检查用时不到4秒,对早期食管癌的发现准确率高达90% 1 。

同时,腾讯还宣布发起成立了人工智能医学影像联合实验室,中山大学附属肿瘤医院(广东省食管癌研究所)、广东省第二人民医院、深圳市南山区人民医院成为首批加入联合实验室的合作医院。

食管癌是常见恶性肿瘤之一,治疗时机非常关键,如果在癌症早期发现,只需通过微创手术切除病变区域,治疗成本低、基本无并发症、治愈的概率非常高。但我国早期食管癌检出率低于10%,因为早癌病变特征非常细微,在检查时人的肉眼很容易忽略,可能错过最佳治疗时机。同时,食管的炎症与癌症特征有很多相似性,经验不足的医生,有可能把炎症误诊为癌症,从而选择错误的治疗方案,导致不必要的身体损伤。

中国食管癌现状

  • 早期食管癌检出率低于10%
  • 2015年新发现肿瘤病理排名第三
  • 新发现肿瘤病例男性排名第四、女性排名第五

在食管癌筛查中,医生要做的第一步是用内镜筛查判断病变特征,从而决定是否进行进一步病理检查。这里的内镜图像里包含大量像素数据,在非常有限的筛查时间里,机器能很快区分病灶之间的细微差别,提升早癌筛查识别率,同时更好辨识出炎症与癌症之间差异性,将两者区分开来,帮助医生进行更好的治疗。

中山大学医院管理处处长、广东省食管癌研究所所长傅剑华教授介绍,AI在医疗上的应用越来越广泛。国外开发主要聚焦影像识别系统,应用在皮肤科和眼科等。这次合作属于内镜图像识别系统,可能在全球属于首创。中山大学附属肿瘤医院胸外科医师罗孔嘉补充解释,AI与内镜结合少,原因包括内镜图像的拍摄非常困难。而且,比起有无病灶的诊断,病情严重程度的诊断技术含量更高。

腾讯AI Lab提出的技术流程历经三个环节:首先通过食管判别模型,从包含非食管的大数据中辨别并留存食管数据;第二步,将食管数据送到第二个模型,把正常食管和病变食管区别开;第三步,将病变食管数据送到第三个模型,判断是癌症还是炎症。

<small>食道癌识别 - 整体流程及相关技术<big>

在这个技术中,我们研究了如何将深度学习技术应用到食管癌识别的问题中,通过构建自动识别算法辅助医生,提升其诊断效率和准确性。在研究中,这是一个典型的分类问题,目前有VGG和GoogleNet等比较成熟的算法。而成熟分类算法的效果并不理想,因为能知道一张图像是否包含癌症,但缺乏定位到具体病变位置的表示数据。因此我们将一张食管图像化整为零,采用Multi-Instance思路,在loss function中加入医生经验和医学知识作为约束,提升了模型学习性能。在模型迭代过程中,我们也会积累少量精准标注数据,通过多任务方式,把这些数据的精准特征强化到前面的判别模型中,从而进一步提升模型识别效果。通过不断将模型识别结果与医生标注结果对比,精准标注数据不断积累,模型也越加成熟。在历时半年、多次迭代以后,判断准确率和召回率的综合指标F1-Score2最终达到了90%。

腾讯AI Lab于2016年4月成立以后,专注于基础研究和应用探索的结合,提出了「学术有影响,工业有产出」的发展目标,目前技术已支持腾讯上百个产品,包括微信、QQ、QQ音乐、天天快报和应用宝等。

2017年3月,斩获计算机围棋大赛“UEC杯”冠军的围棋AI产品「绝艺」,背靠机器学习与强化学习等AI热门研究,并在腾讯围棋平台应用、游戏AI研发领域具有较高价值。近日在QQ手机版本上线的「实时视频滤镜技术」,其相关论文也入选计算机视觉顶级学术会议CVPR,是研发向应用快速转化的又一例证。

<small>1和2中的准确率指F-meaasure,是信息检索领域的常用评价标准,一般用于评价分类模型的好坏。F1-score是准确率与召回率的加权调和平均,当数值较高时,能说明检验方法比较有效。

关于腾讯觅影:8月3日在广州举办的2017 “互联网+”数字经济中国行广东峰会上,腾讯正式发布AI 医学影像产品「觅影」,并与多家合作医院建立联合实验室。在腾讯公司内部,由腾讯互联网+合作事业部牵头,腾讯觅影聚合了包括腾讯AI Lab、优图实验室、架构平台部等多个AI技术团队能力,把图像识别、深度学习等技术充分发挥。AI与医学的跨界融合,可以有效辅助医生发现癌变征兆,将病魔遏制在摇篮里。<big>

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