【AI新视界】杏脉科技：基于人工智能显微镜一体机的基层肿瘤诊治系统
编者按：为深入贯彻落实习近平总书记关于上海人工智能发展的重要指示精神，以及市委、市政府有关要求，小编特开设本栏目，结合近期编撰的《上海人工智能创新发展探索与实践案例集》等成果，及时推出新技术、新产品、新应用，报道新兴企业与团队典型，供大家参考，为人工智能上海高地建设营造良好氛围与生态。
一、数字病理及肿瘤早诊面临的瓶颈问题
病理作为临床诊断“金标准”是肿瘤患者疾病分型分类的重要依据，是医生诊疗方案设计的一手信息，但病理信息存在的三方面瓶颈问题，限制了医疗方案的精细化、个性化。
1. 执业病理师大量短缺，难以满足广泛的治疗需求。
国内执业病理医师供给端却存在高达9万人的巨大缺口，而中国每年新发癌症病例约312万，因癌症死亡超过200万，且存在广泛的肿瘤早诊早治需求。供需的极度不平衡导致大量患者难以得到及时诊疗。
2. 设备质量、医生经验水平的不一致容易导致漏诊情况
在基层及偏远地区，由于显微镜设备质量低及病理医生经验不足，诊断工作中存在判读漏诊与主观认知差异，容易延误患者病情。
3. 辅助工具缺少导致远程诊断平台难以赋能基层患者。
基层及偏远地区，多缺乏数字化病理图像的采集及存储工具，导致远程诊断平台难以发挥诊断作用。亟需提供一种更加智能高效的显微镜设备，利用软硬件结合方式将诊断能力精准下沉，为基层病患提供标准化、高效化的病理诊断服务。
二、解决方案及实际效益
上海杏脉信息科技有限公司自主研发的杏脉镜灵人工智能显微镜一体机由全自动显微镜与人工智能分析软件两部分组成，通过将病理诊断工作中的“图像扫描、诊断分析、报告书写”流程进行一站融合，无需医生多次手动操作，实现了全流程自动化。针对不同场景的诊断服务量级需求，产品设计了两种类型：
一是日常诊断型，产品适用于综合医院、小型医院及科研机构；
二是高通量型，产品可以单次扫描100至500片样本，更适合于专科或大型医院、中心实验室等。
图1. 杏脉镜灵人工智能显微镜一体机
人工智能显微镜一体机的落地应用可高效解放医生“双手”和“双眼”，提升科室日常病理诊断任务处理能力与效率，主要表现为：
1. 实现大批量、全流程、自动化的智能筛查新方式。
针对集中筛查场景，显微镜一体机可搭载高通量扫描系统，例如在ＴＣＴ宫颈癌智能筛查中，AI可在10S内完成整张样本的全面分析，覆盖病变细胞的定位、分类、生成报告环节。目前检出率超过99.999%，排阴率可达80%，真正实现大批量、全流程、自动化的智能筛查新方式。如，日常诊断型的显微镜一体机可一次至少扫描５例玻片，自动采集数字图像并进行全视野的完整拼接，人工智能基于图像进行病变区域标记、智能细胞计数、智能细胞分类与恶性概率预判、一键生成结构化报告等功能。
2. 提供技术支撑术中病理一体化诊疗。
在术中病理活检场景，显微镜一体机可搭载手术机器人，辅助呼吸科／病理科在支气管镜检查过程中进行细胞量、阴阳性、肺癌分类（腺癌、鳞癌、小细胞癌、非小细胞肺癌）现场诊断，一体机可在2分钟内完成现场实时扫描与精准评价，气管镜ROSE智能辅助诊断准确率超过97%，为呼吸介入疾病的活检开展、肺部疾病诊疗一体化提供技术赋能支撑。
三、项目创新点
杏脉运用迁移学习、半监督学习等AI技术与高精度智能运动控制系统、集成显微镜玻片及条码全局拍摄预览系统等工程技术深度融合，打造的支持多病种、多场景诊断用途的人工智能显微镜一体机在以下两方面实现了创新。
1. 专利技术支撑，适用场景广。
产品基于病理人工智能的研发已全面覆盖细胞病理、组织病理、免疫组化、分子病理等四大方向，并已获得多项独创专利成果，其中乳腺癌组织病理肿瘤预测项目于2019年荣获由国际工程学会（SPIE）与美国癌症研究所（NCI）联合举办的国际竞赛第一名。
目前，显微镜一体机已在集中筛查场景、术中病理活检场景实现应用。针对集中筛查场景，显微镜一体机可搭载高通量扫描系统，实现大批量、全流程、自动化筛查；在术中病理活检场景，显微镜一体机可搭载手术机器人，辅助呼吸科／病理科进行诊疗。
2. 创新软硬一体设备，三甲医生经验精准赋能基层。
通过软硬一体的设备投放弥补医疗机构病理诊断领域的供给瓶颈，配套的人工智能分析能力可支持乳腺癌、宫颈癌、甲状腺癌、前列腺癌等病理诊断，搭配一台电脑即可完成数字切片扫描与细微病变智能筛查，将三甲医生的诊断经验精准赋能基层，落实群众肿瘤筛查、大病早治，降低医保长期支出，将为我国病理学科发展与诊断能力建设提供技术抓手。
四、应用前景
人工智能显微镜一体机应用人工智能、生物工程、光学成像、临床医学等多种跨学科技术，实现数字诊疗装备和人工智能的融合创新，为癌症早诊早治提供一站式病理诊断解决方案，可助力精准医学加速发展。
首先，通过人工智能显微镜一体机的推广应用，可推进数字病理水平发展，促进病理诊断中心、区域中心实验室等诊断服务平台的发展建设，为患者进行肿瘤筛查、精准诊疗提供效率工具，带动周边病理诊断能力升级与诊断水平同质化。
其次，基于病理数据的沉淀与AI技术的发展，可带动相关疾病的创新药物研发及个体化治疗开展，通过疾病不同进展周期的精准病理分析，提供客观科学的预后评估，指导患者靶向药物治疗，改善生存质量，带动医疗大健康产业创新升级。
五、用户反馈
“医学检验所承接宫颈癌细胞病理筛查业务量大、医生资源不足，集中筛查更是依靠大量的人力物力投入，筛查任务中常常面临效益与效率的平衡问题，自2019年6月应用杏脉镜灵人工智能显微镜一体机后，宫颈细胞筛查效能大幅提升，一例宫颈TCT病理切片扫描及智能诊断一站式流程仅需150s，相比人工阅片和手写报告的整体速度快了2倍多，宫颈上皮病变细胞检出敏感性达99%，排阴率达到40%左右，为检验所承接区域妇科两癌筛查提供了有力支撑。”
——山东齐鲁检验所联席总经理 王策
“人工智能全自动显微镜在标准化图像采集上能力出，拥有智能化取图系统，且图像采集效率远高于人工水平，能够快速、准确地计数肿瘤细胞中的信号数量，1分钟内至少可准确获取100个肿瘤细胞内的信号数，大大提升检验效率，同时保障实验室获得更精准的分析结果。”
——复旦大学附属肿瘤医院病理科柏乾明教授