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眼科人工智能研究与应用概述

一文看懂眼科AI前世今生。

2020 年北京医师协会眼科专科医师分会首届高峰论坛

2020年伊始,一场突如其来的新型冠状病毒席卷了全国。很多眼科会议取消或延期。北京医师协会眼科专科医师分会首次采用“线上会议”形式,开展主题为“疫情防治下的光明守护”的 2020 年北京医师协会眼科专科医师分会首届高峰论坛。会议全程采用直播形式,历时22个小时,是眼科学术会议的一次大胆尝试,共设17个学术单元,由80余位专家带来83份专题讲座,在线浏览人次6万余次,实际观看人数4万余人。

此次年会专设“AI分论坛”,由北京协和医院眼科陈有信教授主持,北京协和医院眼科于伟泓教授、杨景元教授、王月麟教授、致远慧图孙宇辉先生分别进行了专题讲座,就人工智能(AI)在眼科方面的应用以及最新研究成果进行了汇报。

以下是致远慧图创始人兼CEO孙宇辉关于《眼科AI研究与应用概述》的讲座内容:

人工智能不是一个新概念,在过去的一段时间,人们对人工智能有很多看法。早在上个世纪70~80年代,人们对人工智能纷纷做出定义,比如,希望它像人类一样思考,像人类一样去行动,并且能够在思考与行动过程中保持理性。推荐大家看看这本书《Artificial Intelligence A Modern Approach》,这部书的封面上有几个对人工智能的发展有巨大贡献的人物,其中有人工智能的先驱--艾伦·麦席森·图灵。

但是,从现在来看,我们并不是追求让人工智能拥有这种理性思维能力,而是通过数据驱动的学习,让人工智能具备人们所希望的“思考”和行动的能力。实际上,人工智能所具备的思考能力并不是真正的像人一样自主思考的能力。

我们今天提到的数据驱动的人工智能,在医疗上的应用非常广泛,其中应用最为广泛、关注度最高的是在医疗影像的识别上。从这张图可以看到,人工智能在医疗影像领域的应用占比超过70%。

人工智能在医疗领域的应用

中国是世界上致盲和视觉损伤的患者数量最多的国家,在我国“十三五”全国眼健康规划中,要求继续做好白内障患者复明工作、加大视网膜病变特别是糖尿病视网膜病的防治力度、加强农村地区眼病防治工作等等。而当前我国眼科医疗资源严重不足、分布不均衡,我们该如何借助新技术解决这些问题?

2016年11月Google 在《美国医学会杂志》(JAMA) 上发表一项研究,提及人工智能技术在糖尿病视网膜病变识别方面的应用,引起业界非常大的关注,从而掀起一股眼科人工智能的热潮。

2018年,Google 旗下子公司 DeepMind 在《Nature Medicine》发表一项研究,这是业界非常重要的一项研究,提及人工智能在OCT影像上的应用,主要是临床适用的深度学习在视网膜疾病的诊断和转诊中的应用。该系统能够基于患者OCT影像进行疾病的分级和转诊,分为四类:非常紧急、紧急的、一般紧急的、只需要观察的。这样一个人工智能分级能够帮助患者量较大的医疗机构进行快速的分流,管理诊疗的优先级,提高医疗工作效率。

随着国际的人工智能眼科热潮掀起来,国内的发展也开始走向快车道。中山大学中山眼科中心林浩添教授研究团队在《Nature Biomedical Engineering》上发表一项研究,提出一套人工智能算法用于管理和检测先天性白内障,在此基础上研发出用于管理先天性白内障的AI平台,基于云计算的人工智能系统用于先天性白内障的筛查。

2017年,《JAMA Ophthalmol》上发表一项研究,提及人工智能在年龄相关性黄斑变性(AMD)方面的应用,人工智能基于AMD患者的眼底彩照上的特征性病灶,进行病程分类,一共ABCD四类,A,第1类指无AMD的眼底图像示例; B,第2类指早期AMD; C,第3类指中级AMD; D,第4类指高级AMD。这是从影像学的角度,通过人工智能技术识别 AMD从早期、中期到后期的影像学特征,然后做出的AMD严重程度的分类。

人工智能在青光眼领域也有应用,2019年1月《iOVS》上发表了一篇文章,该项研究提出基于空间模式分析的青光眼患者视野进展检测方法。其中值得关注的是,人工智能的研究需要大量的数据,该研究采用多中心合作的方式获取数据,包括美国相当多的眼科中心。眼科医生不仅提供了数据,也参与了整个研究的规划,这是一个非常具有里程碑意义的研究。

在美国,非常多的机构都在开展这一领域的研究。比如在约翰霍普金斯医院威尔玛眼科研究所(Wilmer Eye Institute, Johns Hopkins Hospital),正在进行的人工智能研究项目有12项,覆盖青光眼、角膜病变、白内障等多个病种。可以看出,Wilmer 眼科中心对人工智能的发展寄予厚望,Wilmer Director Peter J. McDonnell 表示“越来越清楚的是,利用这项新技术有望改变很多眼科领域,这是整个Wilmer的努力。”

眼科领域的人工智能研究在不断推进,落地应用也得到快速的发展。第一个通过FDA批准的眼科AI产品——IDx-DR,由美国爱荷华大学(University of Iowa)眼科医生设计。通过拍摄患者的眼底彩照,上传至云端,由人工智能算法对其进行分析,出具结果反馈给本地。通过这一通路来实现对糖尿病视网膜病变转诊和非转诊的识别、判定。在自2018年4月得到FDA认证距今两年多的时间里,这套系统在美国很多医疗机构得到推广应用,包括医院、眼科中心、社区诊所等等。

同时,他们也在积极申请CPT编码,CPT代码集是美国医学协会(AMA)通过CPT编辑小组维护的医学代码集,描述了医疗,外科和诊断服务,旨在医师、编码人员、患者、认可组织以及行政、财务、支付方之间传达有关医疗服务和程序的统一信息。这意味着人工智能在美国的医疗机构中,可以通过合理利用CPT编码来提供真正的诊断服务,并且诊断结果是美国医疗体系一致认可的。

国内的人工智能研究与应用发展同样很快,医院、高校、监管机构、研究机构都在共同推动眼科人工智能的发展,北京协和医院牵头成立了中国眼科人工智能真实世界研究联盟,可以用于开展人工智能的多中心研究。

致远慧图在眼科人工智能领域的研究非常多,在应用场景方面,从筛查、诊断到治疗、随访,我们都有深入的研究,比如基于眼底彩照的糖尿病视网膜病变人工智能辅助诊断、白内障手术的辅助决策、AMD分类的研究等等。在技术层面,从单模态到多模态的人工智能研究都在开展,比如基于OCT的多项人工智能研究、白内障核的AI分级研究、基于眼底彩照的眼底多病种的人工智能研究、基于OCT的眼底多病种的人工智能研究等等。在市场准入方面,致远慧图在积极申请国内的市场准入,同时2020年1月,致远慧图糖尿病视网膜眼底影像分析软件已获得欧盟CE认证。

总的来说,眼科人工智能的研究逐步走向深入,从基于眼底彩照到OCT到眼底造影的研究,从单模态到多模态的研究;在解决的临床问题方面,覆盖筛查到诊断、治疗、随诊、疗效预测等;在临床研究方式上,从单中心到多中心的参与合作,甚至是全球的合作。同时其应用也在全球各地逐渐铺开。

加州大学洛杉矶分校医学中心Stein & Doheny眼科研究所(Stein and Doheny Eye Institutes, UCLA Medical Center)的官网上写着:Artificial Intelligence :We’re All In. 中文意思是我们都将全心投入到人工智能的研发与应用之中。

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  • 原文链接https://kuaibao.qq.com/s/20200319A0O0AF00?refer=cp_1026
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