國內(nèi)首款AI顯微鏡獲準臨床應用

顯微鏡也會自動“看病”了,還可以自動刷查癌癥。

只要病理切片往顯微鏡下一放,就能實時檢測、識別出病變細胞,分類計數(shù)指標,并將相關(guān)數(shù)據(jù)直接反饋到目鏡上……

近日,寧波光學龍頭舜宇光學科技與騰訊、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(nèi)首個獲準進入臨床應用的智能顯微鏡產(chǎn)品。

1

癌癥被稱為“眾病之王”,盡早檢測診斷是有效救治的重要途徑。一般來說,癌癥的檢查和診斷依賴于病理學檢查。而在病理學檢查過程中,顯微鏡觀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(yī)療質(zhì)量的重要標志。”

但目前的癌癥病例篩查,無論在技術(shù)上還是人力上都存在瓶頸。據(jù)統(tǒng)計,中國目前僅有 1.5萬名病理醫(yī)生,缺口近10萬,供需極不平衡。因此,舜宇早在2018年就聯(lián)合騰訊、金域開始研發(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(yī)生工作流程和習慣進行多次產(chǎn)品迭代,現(xiàn)已支持乳腺癌免疫組化(IHC)Ki67(腫瘤細胞增殖指數(shù))、ER(雌激素受體)、PR(孕激素受體)和 Her2(細胞表面生長因子2)等常用核染色和膜染色量化分析場景的判讀。

以前,病理醫(yī)生要花大量的時間和腦力,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(shù)量,分析結(jié)果可能還因醫(yī)生經(jīng)驗不同而有所差別?，F(xiàn)在,有了智能顯微鏡,如金域病理專家丁向東主任評價的那樣:“醫(yī)生只要用腳輕輕一踏,智能顯微鏡就會將分析結(jié)果和判斷實時精確地呈現(xiàn)在顯微鏡視野內(nèi),醫(yī)生不需要再來回看顯微鏡和電腦顯示屏,操作非常簡單?！?/p>

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

2

近年來,隨著機器學習與大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展,以計算機視覺為首的AI技術(shù)已展現(xiàn)出了在病理診斷應用上的巨大潛力。

機器視覺的能力有多強?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20萬顆星星中找出某種特征的星體,一位天文學家需要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(yī)學顯微鏡時,可以做到多項突破——避免IHC結(jié)果判讀的人為差異,提高判讀結(jié)果的可靠性,提升病理診斷質(zhì)量。這對于病理醫(yī)生稀缺的基層醫(yī)院尤為有幫助;智能判讀將節(jié)省稀缺病理醫(yī)生資源,使其投入更需要的服務之中;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(yī)學科研和藥企提供免疫組化精準定量檢測服務,為新藥研發(fā)的相關(guān)免疫組化研究提供客觀性可靠的證據(jù)。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。

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

智能顯微鏡目前使用了離線運算版本,騰訊AI Lab還研發(fā)了一套基于深度學習方法的升級版算法,具有更高精準度和升級潛力,期待能盡早通過認證后推向市場,輔助醫(yī)生診斷。金域病理專家羅丕福主任說:“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(yī)院病理醫(yī)生受益,更準確的診斷結(jié)果最終使腫瘤患者受益。”

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

3

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

舜宇光學科技提供了領(lǐng)先的定制化的硬件方案。比如,針對光學成像環(huán)境不一致情況,配備了聚光鏡和光闌;針對醫(yī)生使用時不斷切換物鏡倍率的習慣,專門開發(fā)了倍率記憶裝置,能在醫(yī)生選擇倍鏡時調(diào)整至對應亮度,并直接傳送倍率信息給算法進行分析。此外,還針對醫(yī)生使用場景,對目鏡裝置高度和光源設(shè)計進行了優(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(shù)據(jù)時,選擇讓機器使用主動學習和難例挖掘的方案,不打擾醫(yī)生的工作流程,也減輕醫(yī)生手動標注數(shù)據(jù)的負擔;采用先進的模型設(shè)計方案,讓算法模型在保證準確度的前提下能滿足300毫秒內(nèi)完成IHC全視野實時分析的要求;借助遷移學習并使用生成對抗網(wǎng)絡(GAN)歸一化鏡下圖像,使得算法能對不同醫(yī)院和不同制片方式實現(xiàn)良好兼容,提升了算法的穩(wěn)健性和通用性。

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

據(jù)舜宇光學科技Charles介紹,未來將聯(lián)合騰訊AI Lab和金域醫(yī)學根據(jù)實際應用的需求迭代產(chǎn)品,并計劃與多家機構(gòu)合作,推進智能顯微鏡在乳腺癌、肺癌、結(jié)直腸癌、胃癌等中國高發(fā)疾病的病理學中的研究與應用,力求為醫(yī)生、患者和社會創(chuàng)造更大的價值。