全球首例!中山腫瘤聯合視見科技和港中大實現鼻咽癌放療靶區人工智能自動勾畫

作者:視見科技 | 日期:2019-04-09 09:32:01

中山大學腫瘤防治中心孫穎教授團隊聯合視見科技和香港中文大學團隊,首次利用人工智能(AI)技術,在核磁共振(MRI)影像上自動勾畫鼻咽腫瘤,為實現精準而又高效的鼻咽癌放射治療靶區勾畫提供了解決方案。相關研究成果日前發表在國際影像學頂級期刊《Radiology》上:(2018IF=7.469,論文信息:https://pubs.rsna.org/doi/10.1148/radiol.2019182012)。

隨著深度學習AI算法的逐漸普及,從海量醫療診斷數據中挖掘規律,學習和模仿醫生的人工智能疾病診療技術將會達到前所未有的精度,智能化診療逐漸成為醫院不可缺少的組成部分。此次合作,樣本量大、技術合理、測試全麵,是AI在腫瘤學領域應用的一項重要進展。《人民日報》及人民網多個頻道、《文匯報》、 《南方日報》、搜狐網、中國新聞網等眾多主流媒體均刊登了此次中國AI技術帶來的重大科技突破,成果備受業內關注。

臨床背景

鼻咽癌是一種起源於鼻咽部黏膜上皮的惡性腫瘤,全世界約80%的鼻咽癌都發生在我國。我國廣東、廣西、湖南、福建、江西、海南等省區以及香港、澳門地區都是鼻咽癌高發區,故鼻咽癌又被稱為“廣東瘤”,是全球極少數以地區命名的腫瘤之一。由於鼻咽解剖位置特殊、手術治療困難,且鼻咽癌對射線敏感,因此放射治療是根治手段。通過精準放射治療聯合適當強度的化療,80%以上的無遠處轉移鼻咽癌可徹底治愈。

準確界定照射範圍(勾畫靶區)是精準放射治療的關鍵步驟,但是放射治療過程中,加速器治療機發出的射線要從不同角度穿過周圍的腦幹、顳葉、眼球、視神經等40多個重要器官到達鼻咽腫瘤,精度要求極高,達到毫米級別;照射不足將導致腫瘤複發,照射過度會增加放射性腦損傷、聽力下降等後遺症。目前,鼻咽腫瘤靶區的勾畫主要為人工勾畫,準確性高度依賴醫生的經驗,存在不快(3-10小時)、不準(準確率 <70%)、不狠(變異超過50%)的問題。

數據準備

中山大學腫瘤防治中心擁有亞洲最大的放射治療中心,年放射治療量世界第一。孫穎教授及團隊在鼻咽癌放射治療積累了豐富的病源和成功的經驗,摸清了鼻咽癌腫瘤生長規律,是本項目順利實施提供了重要準備。本研究共納入來自1021例鼻咽癌患者(全部期別)的MRI影像資料,並由兩名鼻咽癌放療專家共同完成靶區勾畫,以提供三維、大尺度和高質量的影像和靶區數據用於計算機學習。

AI技術

視見科技團隊依托與香港中文大學計算機科學與工程學係的長期合作,在人工智能深度學習和計算機醫學影像分析領域擁有多項高質量的自主技術,為本項目最終實現提供了強大支持。基於MRI為三維醫學圖像,因此最終確定選用的AI技術為三維卷積神經網絡(3D CNN)。

研究結果

通過人工智能自動勾畫,將鼻咽癌腫瘤靶向勾畫的用時從平均310個小時大幅縮短到2050分鍾。效率提升的同時,準確性也得到更大的保證。以專家勾畫作為金標準,專家勾畫(藍色),AI自動勾畫(紅色)AI自動勾畫結果與專家勾畫一致性極高,AI自動勾畫的準確性為79%,相當於從業3年左右的年輕醫生的水平;且無論患者是早期(T1-T2)還是晚期(T3-T4),無論是否接受過化療,AI均可達到相似的勾畫準確性,結果均得到專家高度認可。經專家評估,32.5%的病例無需修改可直接用於放射治療計劃設計,56.2%的病例經少量修改即可用於放射治療計劃設計。

本研究還開展了多中心測試,共納入不同分期的20例患者和8位來自7個高水平醫院的放療專科醫生,由8位醫生在20例患者的MRI影像上人工完成鼻咽癌原發腫瘤勾畫(即人工勾畫)。8位醫生人工勾畫的勾畫者間差異(a)明顯大於AI輔助勾畫的勾畫者間差異(b)。以專家勾畫作為金標準,AI自動勾畫的準確性超過了8位醫生中的4位,與其餘4位相當。在8位醫生完成人工勾畫兩個月後,由他們對AI自動勾畫的結果進行修改(AI自動勾畫+醫生修改,即AI輔助勾畫)。結果顯示,AI輔助勾畫提高了5位醫生的勾畫準確性(平均由74%提高至79%),減少了55%的勾畫者間差異。

前景展望

AI自動勾畫+醫生修改的“智能+”模式可以極大地提升工作效率和最大限度地保護病人的正常組織,兩者結合將為病患帶來福音。下一步團隊將通過雲平台開展臨床驗證,為世界鼻咽癌治療提供中國經驗和中國智慧。

(文字轉載自“視見科技”微信公眾號,201943)