剛進(jìn)入狗年，中國科研團(tuán)隊(duì)便在世界舞臺上迎來了“開門紅”。
2月23日，《cell》（《細(xì)胞學(xué)》雜志）的封面文章報(bào)道了廣州市婦女兒童醫(yī)療中心在人工智能醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的重磅研究成果。科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地賦予了ai系統(tǒng)遷移學(xué)習(xí)的能力，使ai可以“舉一反三”，只需要學(xué)習(xí)幾千張影像學(xué)檢查結(jié)果，就可以完成一次跨病種、跨影像學(xué)數(shù)據(jù)類型遷移——從只會看眼病到學(xué)會看肺炎，既可以迅速識別需要盡早處理才能避免失明的黃斑變性病例，也能辨別細(xì)菌性和病毒性兒童肺炎，在全世界首次實(shí)現(xiàn)用ai精確指導(dǎo)抗生素合理使用。
據(jù)介紹，這是中國研究團(tuán)隊(duì)首次在頂級生物醫(yī)學(xué)雜志發(fā)表有關(guān)醫(yī)學(xué)人工智能的研究成果，使用如此龐大的標(biāo)注好的高質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行遷移學(xué)習(xí)并取得高度精確的診斷結(jié)果，也是世界范圍內(nèi)的第一。
該ai系統(tǒng)的突破之處：
1. 給出診斷理由 
該ai平臺可以顯示它從圖像的哪個(gè)區(qū)域得出診斷結(jié)果，在一定程度上給出了判斷理由，“不僅能告訴醫(yī)生自己的判斷，還能告訴醫(yī)生自己為什么這么判斷。”
2. 推薦治療方案
如黃斑變性是常見老年性疾病，黃斑水腫是糖尿病常見并發(fā)癥，如果不能及時(shí)治療，都會導(dǎo)致視力不可逆的受損甚至失明。該ai平臺30秒內(nèi)即可判斷病人是否應(yīng)該接受治療，不受人員、區(qū)域的限制。
ai運(yùn)用已經(jīng)進(jìn)入日常生活，為什么市婦兒醫(yī)療中心的這項(xiàng)研究成果會獲得世界頂級生物醫(yī)學(xué)期刊的關(guān)注呢？市婦兒醫(yī)療中心基因檢測中心、美國加州大學(xué)圣地亞哥分校shiley眼科研究所張康教授介紹，主要是因?yàn)檫@一系統(tǒng)使用了兩項(xiàng)新技術(shù)。
其中一項(xiàng)便是遷移學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)深度學(xué)習(xí)模型如果要做到精確，往往需要從幾百萬標(biāo)注好的數(shù)據(jù)里“自己找規(guī)律，就像一個(gè)小孩子，要反復(fù)犯錯(cuò)誤、學(xué)習(xí)，才能‘悟’出來”。而遷移學(xué)習(xí)是把已訓(xùn)練好的模型參數(shù)遷移到新的模型來幫助新模型訓(xùn)練，簡單來說，不需要ai從零開始學(xué)習(xí)，只需要注意最重要的地方，讓“小孩子”擁有了舉一反三、觸類旁通的能力，更快、更高效地辨認(rèn)圖像的特定結(jié)構(gòu)。
在本次研發(fā)中，研究團(tuán)隊(duì)從黃斑變性和糖尿病視網(wǎng)膜黃斑水腫這兩種最常見、可導(dǎo)致不可逆失明的疾病切入，讓基于遷移學(xué)習(xí)算法的新一代ai平臺不停地學(xué)習(xí)光學(xué)相干斷層成像（oct）圖像數(shù)據(jù)。在學(xué)習(xí)了超過20萬病例的oct圖像數(shù)據(jù)后，該平臺診斷黃斑變性、黃斑水腫的準(zhǔn)確性達(dá)到96.6%，“我們找了6名資深眼科醫(yī)生和ai進(jìn)行比較，用1000張圖片。第一次ai學(xué)習(xí)時(shí)，錯(cuò)誤率在10%左右，但經(jīng)過不到一天的再次學(xué)習(xí)，ai進(jìn)步很大并超越了2名醫(yī)生，現(xiàn)在的水平能比肩有10多年經(jīng)驗(yàn)的眼科醫(yī)生。”
為了驗(yàn)證這個(gè)ai系統(tǒng)基于遷移學(xué)習(xí)可以運(yùn)用于其他疾病，科研人員在診斷眼病的基礎(chǔ)上，只用了5000張胸部x光線圖像，利用遷移學(xué)習(xí)，就構(gòu)建出了肺炎的ai疾病圖像診斷系統(tǒng)。在區(qū)分是否患有肺炎時(shí)，準(zhǔn)確性達(dá)到92.8%，在區(qū)分細(xì)菌性肺炎和病毒性肺炎上，準(zhǔn)確性達(dá)到90.7%。
人工智能不僅能診斷還能“開藥方”
以往單純依靠深度學(xué)習(xí)技術(shù)的研究和產(chǎn)品，給出的報(bào)告中只有結(jié)果，而沒有列出判斷的理由與過程。而該ai平臺可以顯示它從圖像的哪個(gè)區(qū)域得出診斷結(jié)果，在一定程度上給出了判斷理由，“不僅能告訴醫(yī)生自己的判斷，還能告訴醫(yī)生自己為什么這么判斷。”研究者們認(rèn)為，這種創(chuàng)新方法使得新一代ai平臺更有可信度。
該ai平臺的另一突破，是不僅能診斷，還能推薦治療方案。張康介紹，黃斑變性是常見老年性疾病，黃斑水腫是糖尿病常見并發(fā)癥，如果不能及時(shí)治療，都會導(dǎo)致視力不可逆的受損甚至失明。遺憾的是這兩種病的診療資源往往集中在發(fā)達(dá)地區(qū)，該ai平臺30秒內(nèi)即可判斷病人是否應(yīng)該接受治療，不受人員、區(qū)域的限制。“把最急需治療的病人及時(shí)送到眼科醫(yī)生那里，將對病人起到很大的分流作用”。
在肺炎治療方面，市婦兒醫(yī)療中心臨床數(shù)據(jù)中心主任梁會營博士介紹，肺炎是全世界兒童因感染導(dǎo)致死亡的首要原因，判斷肺炎是細(xì)菌性、病毒性還是混合感染性，是決定是否使用抗生素的關(guān)鍵依據(jù)。目前只能通過血培養(yǎng)、痰培養(yǎng)、生化檢測等方法，往往需要5天才能得出診斷，臨床上難免先行進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)性用藥。而該ai平臺實(shí)現(xiàn)了兒童肺炎病原學(xué)類型的差異性分析和秒級判定，通過x光線檢查結(jié)果判斷是細(xì)菌性或病毒學(xué)肺炎，有助于抗生素的精確使用。
ai平臺的定位仍為“輔助決策”
據(jù)悉，廣州市婦女兒童醫(yī)療中心于2015年建立臨床數(shù)據(jù)中心，此前通過采用遷移學(xué)習(xí)的算法，對近200萬份電子病歷進(jìn)行學(xué)習(xí)，建立了覆蓋24種兒童發(fā)熱相關(guān)疾病的智能診斷模型“發(fā)熱熊”，診斷時(shí)間僅需2秒，大幅提升門診工作效率。
本次ai平臺是該中心“影像熊”的成果之一。研究人員表示，如果讓已經(jīng)訓(xùn)練好的平臺再進(jìn)行繼續(xù)學(xué)習(xí)，準(zhǔn)確率可以逼近100%。本次發(fā)表科研文章的另一位作者、市婦兒醫(yī)療中心主任夏慧敏介紹：“‘新一代ai平臺’還在不斷強(qiáng)化當(dāng)中。例如在兒童肺炎病原學(xué)類型智能判別領(lǐng)域，團(tuán)隊(duì)正在‘新一代ai平臺’閱讀x光線檢查結(jié)果的基礎(chǔ)上，增加了實(shí)驗(yàn)室檢查和臨床癥狀的學(xué)習(xí)，從而更精確判斷出兒童肺炎的病原菌類型。”
不過業(yè)界認(rèn)為，該ai系統(tǒng)需要經(jīng)歷一系列的驗(yàn)證和認(rèn)證才能“獨(dú)立行醫(yī)”，目前距此仍有距離，定位依然停留在“輔助決策”。
“醫(yī)用ai未來很有前景，但現(xiàn)在剛剛起步，遠(yuǎn)遠(yuǎn)未到威脅或影響醫(yī)生職業(yè)生涯這一步。”夏慧敏指出。她認(rèn)為，新一代ai平臺的終極目標(biāo)應(yīng)該是整合文本型病歷數(shù)據(jù)、全結(jié)構(gòu)化實(shí)驗(yàn)室檢查數(shù)據(jù)、圖像數(shù)據(jù)、光電信號等多媒介數(shù)據(jù)，模擬臨床醫(yī)生對患者病情進(jìn)行系統(tǒng)評估，為醫(yī)務(wù)人員提供綜合的輔助決策。
依圖醫(yī)療產(chǎn)品總監(jiān)林強(qiáng)認(rèn)為，“ai的實(shí)現(xiàn)很大程度上需要人工來標(biāo)注數(shù)據(jù)，尤其是醫(yī)用ai，需要專業(yè)醫(yī)生進(jìn)行標(biāo)注，人工智能中的‘人工’不可或缺。”
文/廣報(bào)全媒體記者伍仞 通訊員易靈敏

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