國內首款AI顯微鏡獲準臨床應用

顯微鏡也會(huì )自動(dòng)“看病”了,還可以自動(dòng)刷查癌癥。

只要病理切片往顯微鏡下一放,就能實(shí)時(shí)檢測、識別出病變細胞,分類(lèi)計數指標,并將相關(guān)數據直接反饋到目鏡上……

近日,寧波光學(xué)龍頭舜宇光學(xué)科技與騰訊、金域共同研發(fā)的中國首款智能顯微鏡,獲得 NMPA注冊證,成為國內首個(gè)獲準進(jìn)入臨床應用的智能顯微鏡產(chǎn)品。

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癌癥被稱(chēng)為“眾病之王”,盡早檢測診斷是有效救治的重要途徑。一般來(lái)說(shuō),癌癥的檢查和診斷依賴(lài)于病理學(xué)檢查。而在病理學(xué)檢查過(guò)程中,顯微鏡觀(guān)察是必不可少的步驟。鐘南山院士曾表示:“臨床病理水平是衡量國家醫療質(zhì)量的重要標志?！?/p>

但目前的癌癥病例篩查,無(wú)論在技術(shù)上還是人力上都存在瓶頸。據統計,中國目前僅有 1.5萬(wàn)名病理醫生,缺口近10萬(wàn),供需極不平衡。因此,舜宇早在2018年就聯(lián)合騰訊、金域開(kāi)始研發(fā)這款產(chǎn)品。

這款顯微鏡集成了目前病理分析與診斷方面的最新技術(shù),并針對病理醫生工作流程和習慣進(jìn)行多次產(chǎn)品迭代,現已支持乳腺癌免疫組化(IHC)Ki67(腫瘤細胞增殖指數)、ER(雌激素受體)、PR(孕激素受體)和 Her2(細胞表面生長(cháng)因子2)等常用核染色和膜染色量化分析場(chǎng)景的判讀。

以前,病理醫生要花大量的時(shí)間和腦力,并依靠經(jīng)驗在顯微鏡下識別和判斷病變組織,也只能粗略估算其細胞數量,分析結果可能還因醫生經(jīng)驗不同而有所差別?，F在,有了智能顯微鏡,如金域病理專(zhuān)家丁向東主任評價(jià)的那樣:“醫生只要用腳輕輕一踏,智能顯微鏡就會(huì )將分析結果和判斷實(shí)時(shí)精確地呈現在顯微鏡視野內,醫生不需要再來(lái)回看顯微鏡和電腦顯示屏,操作非常簡(jiǎn)單?！?/p>

該產(chǎn)品在測試中被證明能有效提升病理醫生的工作效率、病理分析的精確度和一致性,有望緩解醫院(尤其是基層醫院)病理醫生數量短缺且經(jīng)驗不足的問(wèn)題,也是精準醫療從前沿研究走向落地探索的一個(gè)良好例證。

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近年來(lái),隨著(zhù)機器學(xué)習與大數據技術(shù)的發(fā)展,以計算機視覺(jué)為首的AI技術(shù)已展現出了在病理診斷應用上的巨大潛力。

機器視覺(jué)的能力有多強?國際組織SKA(平方公里射電望遠鏡)合成的有20萬(wàn)顆星星的南半球星空圖是測試AI性能的標尺。當前條件下,要從這20萬(wàn)顆星星中找出某種特征的星體,一位天文學(xué)家需要169天才能完成,而利用AI技術(shù)只需1秒。

當這種能力賦予醫學(xué)顯微鏡時(shí),可以做到多項突破——避免IHC結果判讀的人為差異,提高判讀結果的可靠性,提升病理診斷質(zhì)量。這對于病理醫生稀缺的基層醫院尤為有幫助;智能判讀將節省稀缺病理醫生資源,使其投入更需要的服務(wù)之中;為病理免疫組化染色的質(zhì)量評估做精確定量的質(zhì)量控制;為醫學(xué)科研和藥企提供免疫組化精準定量檢測服務(wù),為新藥研發(fā)的相關(guān)免疫組化研究提供客觀(guān)性可靠的證據。為腫瘤患者提供分子靶向治療及免疫治療等相關(guān)精準定量的免疫組化檢測服務(wù)。

病理醫生與智能顯微鏡結合的工作模式,體現了“人+AI”的全新工作模式,讓病理醫生和人工智能各自發(fā)揮所長(cháng),全面提升效率。

智能顯微鏡目前使用了離線(xiàn)運算版本,騰訊AI Lab還研發(fā)了一套基于深度學(xué)習方法的升級版算法,具有更高精準度和升級潛力,期待能盡早通過(guò)認證后推向市場(chǎng),輔助醫生診斷。金域病理專(zhuān)家羅丕福主任說(shuō):“該算法技術(shù)的應用,能夠讓病理診斷水平和能力更加匱乏的基層醫院病理醫生受益,更準確的診斷結果最終使腫瘤患者受益?！?/p>

精準醫療是未來(lái)醫療發(fā)展大趨勢,而智能顯微鏡則是其發(fā)展的一個(gè)縮影。

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能有這樣突破性的新產(chǎn)品問(wèn)世,并獲得NMPA注冊證源于舜宇、騰訊、金域三方的強強聯(lián)手。

舜宇光學(xué)科技提供了領(lǐng)先的定制化的硬件方案。比如,針對光學(xué)成像環(huán)境不一致情況,配備了聚光鏡和光闌;針對醫生使用時(shí)不斷切換物鏡倍率的習慣,專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了倍率記憶裝置,能在醫生選擇倍鏡時(shí)調整至對應亮度,并直接傳送倍率信息給算法進(jìn)行分析。此外,還針對醫生使用場(chǎng)景,對目鏡裝置高度和光源設計進(jìn)行了優(yōu)化。

騰訊AI Lab提供了領(lǐng)先的AI算法及軟件解決方案。在采集訓練數據時(shí),選擇讓機器使用主動(dòng)學(xué)習和難例挖掘的方案,不打擾醫生的工作流程,也減輕醫生手動(dòng)標注數據的負擔;采用先進(jìn)的模型設計方案,讓算法模型在保證準確度的前提下能滿(mǎn)足300毫秒內完成IHC全視野實(shí)時(shí)分析的要求;借助遷移學(xué)習并使用生成對抗網(wǎng)絡(luò )(GAN)歸一化鏡下圖像,使得算法能對不同醫院和不同制片方式實(shí)現良好兼容,提升了算法的穩健性和通用性。

金域醫學(xué)貢獻了病理方面的專(zhuān)業(yè)知識與專(zhuān)家資源,確保顯微鏡能支持多種病癥場(chǎng)景的判讀,并輔助算法訓練取得良好效果,還能使產(chǎn)品緊密貼合醫生的工作流程與習慣。

據舜宇光學(xué)科技Charles介紹,未來(lái)將聯(lián)合騰訊AI Lab和金域醫學(xué)根據實(shí)際應用的需求迭代產(chǎn)品,并計劃與多家機構合作,推進(jìn)智能顯微鏡在乳腺癌、肺癌、結直腸癌、胃癌等中國高發(fā)疾病的病理學(xué)中的研究與應用,力求為醫生、患者和社會(huì )創(chuàng )造更大的價(jià)值。