人工智能取代醫(yī)生？AI畫出鼻咽癌放療靶區(qū)，準確性與醫(yī)生相當

鼻咽腫瘤又被稱為“廣東瘤”。廣東省高發(fā)區(qū)鼻咽癌發(fā)病率為世界平均水平的40倍。

鼻咽癌要放療，就要勾畫靶區(qū)，以往，這一工作均是人工完成。日前，鼻咽癌精準放射治療在靶區(qū)勾畫技術(shù)上有了新進展。

南都記者從中山大學腫瘤防治中心獲悉，該院孫穎教授團隊首次利用AI技術(shù)，實現(xiàn)了鼻咽腫瘤自動勾畫，準確性與醫(yī)生相當。相關(guān)成果于2019年3月26日發(fā)表于國際影像學頂級期刊《Radiology》。

鼻咽癌：廣東省最高發(fā)，放射治療是根治手段

鼻咽癌是我國常見的頭頸部腫瘤，中國鼻咽癌發(fā)病率居全球第一，其中廣東省高發(fā)區(qū)的發(fā)病率為世界平均水平的40倍，因此鼻咽腫瘤也被稱為“廣東瘤”。孫穎說，這是唯一一種以地區(qū)命名的腫瘤。

由于鼻咽解剖位置特殊，手術(shù)治療困難，且鼻咽癌對射線敏感，因此放射治療是鼻咽癌的根治手段。中山大學腫瘤防治中心每年收治的5000余例鼻咽癌患者，經(jīng)過精準放射治療聯(lián)合適當強度的化療，80%以上的無遠處轉(zhuǎn)移鼻咽癌可徹底治愈。

科技運用于醫(yī)療。2018年9月18日 ，西南交通大學生命科學學院的郭志云老師在科普活動中講授腫瘤知識。 新華社記者江宏景攝

難題：人工勾畫“不快、不準、不狠”

孫穎介紹，在放射治療過程中，加速器治療機發(fā)出的射線要從不同角度穿過周圍的腦干、眼球、視神經(jīng)等40多個重要器官到達鼻咽腫瘤，精度要求在毫米級別。而照射不足將導致腫瘤復發(fā)，照射過度又會造成放射性腦損傷、聽力下降等后遺癥。

因此，準確界定照射范圍（勾畫靶區(qū)）是精準放療的重要步驟。孫穎說：“精準放射治療就像射擊，精準勾畫靶區(qū)就相當于瞄準靶心，要在CT或MRI影像上精確描繪出腫瘤范圍。”

然而，目前鼻咽腫瘤靶區(qū)的勾畫主要為人工勾畫，準確性高度依賴醫(yī)生的經(jīng)驗。孫穎把人工勾畫存在的問題概括為“不快、不準、不狠”，也就是勾畫時間長，需要3-10小時；準確率低于70%；不同醫(yī)生勾畫區(qū)域的體積變異系數(shù)超過50%的問題。

新技術(shù)：用AI自動勾畫放療靶區(qū)

孫穎介紹，經(jīng)過超過一萬例的病例積累，中山大學腫瘤防治中心的專家們摸清了鼻咽癌腫瘤的生長規(guī)律，并開始探索人工智能（AI）進行自動勾畫。

目前，MRI影像是鼻咽腫瘤勾畫的金標準，人工勾畫需要醫(yī)生仔細、全面地觀察腫瘤在MRI影像上的侵犯范圍并逐層勾畫出腫瘤靶區(qū)。“專家經(jīng)驗就存儲在這些靶區(qū)中。”

于是，該團隊共納入來自1021例鼻咽癌患者（全部期別）的MRI影響資料，并由兩名鼻咽癌放療專家共同完成靶區(qū)勾畫，以提供三維、大尺度和高質(zhì)量的影像和靶區(qū)用于計算機學習。“勾畫以我為主，大概花了半年時間，再由一個年紀和經(jīng)驗和我差不多的專家進行審核。”孫穎說。

將專家經(jīng)驗轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)后，團隊與在人工智能領(lǐng)域處于國際先進水平的香港中文大學計算機科學與工程系、深圳視見醫(yī)療科技公司進行合作，采用三維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（3D CNN）這一在圖像識別領(lǐng)域表現(xiàn)優(yōu)異的AI技術(shù)，實現(xiàn)鼻咽腫瘤自動勾畫。

日前，相關(guān)研究成果在國際影像學頂級期刊《Radiology》上發(fā)表。

釋疑：

Q1：AI自動勾畫的準確率有多少？

89%的病例無需修改或僅少量修改后可用于計劃設(shè)計

A1：AI自動勾畫的準確性可達到79%。無論患者是早期（T1-T2）還是晚期（T3-T4），無論是否接受過治療，AI均可達到相似的勾畫準確性。經(jīng)專家評估，32.5%的病例無需修改可直接用于放射治療計劃設(shè)計，56.2%的病例經(jīng)少量修改即可用于放射治療計劃設(shè)計。

Q2：AI自動勾畫的準確性與專科醫(yī)生相比如何？

AI準確性與專科醫(yī)生相當，甚至超過醫(yī)生水平

A2：孫穎團隊開展了多中心測試，共納入不同分期的20例患者和8位來自7個高水平醫(yī)院的放療專科醫(yī)生，由8位醫(yī)生在20例患者的MRI影像上人工完成鼻咽癌原發(fā)腫瘤勾畫（即人工勾畫）。以專家勾畫作為金標準，AI自動勾畫的準確性超過了8位醫(yī)生中的4位，與其余4位相當。

Q3：AI能否替代醫(yī)生？

不能，但AI能輔助醫(yī)生提高勾畫準確性

A3：目前還不能替代醫(yī)生，但AI輔助勾畫能提高專科醫(yī)生勾畫準確性。在8位醫(yī)生完成人工勾畫的兩個月后，由他們對AI自動勾畫的結(jié)果進行修改（AI自動勾畫+醫(yī)生修改，即AI輔助勾畫），結(jié)果顯示，AI輔助勾畫提高了5位醫(yī)生的勾畫準確性（平均由74%提高到79%），減少了55%的勾畫者間差異。

Q4：AI能提高多少效率？

效率提升5-10倍，受保護器官增加28個

A4：整體勾畫效率提升了5-10倍。通常人工勾畫需要耗費3-10小時，但有了AI輔助勾畫后，時間縮短為20-50分鐘。在節(jié)省時間的同時，也提高了放射治療的質(zhì)量，受保護器官由15個增加到43個。

Q5：下一步有什么研究計劃？

將通過云平臺在國內(nèi)外開展臨床驗證

A5：為了擴大AI放射治療靶區(qū)勾畫的影響力，孫穎團隊進一步實現(xiàn)了鼻咽癌頸部淋巴結(jié)、預防性放療區(qū)域和需保護的正常組織的自動勾畫，并集成了人工智能自動勾畫云平臺。下一步他們將通過云平臺在廣州、廣西、新加坡等地開展臨床驗證，以期取得全球鼻咽癌放射治療水平的同質(zhì)化。