0.3秒定位解剖位置、定位精度提升超2.3%！
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阿里巴巴達(dá)摩院醫(yī)療AI又有了一項(xiàng)突破。
7月9日，達(dá)摩院提出了一種AI助力骨科關(guān)節(jié)置換手術(shù)的新方法，該方法無(wú)需醫(yī)生手動(dòng)操作即可自動(dòng)完成術(shù)前關(guān)鍵點(diǎn)位的測(cè)量，并且實(shí)現(xiàn)了精度上的突破，相比傳統(tǒng)AI方法，達(dá)摩院醫(yī)療AI團(tuán)隊(duì)的精度可提升2.3%以上，整個(gè)過(guò)程僅需0.3秒。
達(dá)摩院算法專家透露，目前該研究成果已被醫(yī)學(xué)影像分析行業(yè)的頂會(huì)MICCAI 2020收錄，本月底將正式在醫(yī)院上線使用。
AI+全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)
2018年，中國(guó)就實(shí)施了40多萬(wàn)臺(tái)手術(shù)，隨著人口老齡化問(wèn)題的加重，這一數(shù)字將會(huì)逐年增加。
但一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題是，該手術(shù)要求極其精密。
手術(shù)之前，醫(yī)生會(huì)根據(jù)患者的年齡、骨結(jié)構(gòu)形態(tài)改變和骨組織質(zhì)量等情況，來(lái)制定一份準(zhǔn)確詳細(xì)的術(shù)前計(jì)劃，這對(duì)手術(shù)的成功與否十分關(guān)鍵。
正常的流程是：醫(yī)生需要先拍病損髖關(guān)節(jié)的X片，然后在X片尋找解剖位置、測(cè)量角度和長(zhǎng)度，例如股骨頸干角度和腿長(zhǎng)差異，以此來(lái)尋找合適的替換假體。
目前，這個(gè)過(guò)程完全是醫(yī)生手動(dòng)操作，需要1小時(shí)以上，而且經(jīng)驗(yàn)不足的醫(yī)生甚至可能出現(xiàn)點(diǎn)位不準(zhǔn)確的情況。
為了提高醫(yī)生的工作效率，達(dá)摩院提出了一種THA術(shù)前規(guī)劃自動(dòng)測(cè)量的方法，利用AI模擬醫(yī)生的測(cè)量過(guò)程，通過(guò)先定位這些關(guān)鍵點(diǎn)，再根據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算得到測(cè)量結(jié)果。
區(qū)別于傳統(tǒng)AI只檢測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)的方法，達(dá)摩院還根據(jù)這些待測(cè)量量，定義了解剖點(diǎn)之間的連接邊，以強(qiáng)化同一個(gè)測(cè)量量相關(guān)的各個(gè)點(diǎn)之間的聯(lián)系，測(cè)量數(shù)據(jù)更加直觀。
如上圖所示，達(dá)摩院一共定義了22個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)和24條連接邊。22個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)左右對(duì)稱分布，每側(cè)各有11個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)（紅色）和10條邊（黃色），同時(shí)兩側(cè)之間也有4條連接邊（綠色），以衡量左右髖的差異。
利用深度學(xué)習(xí)關(guān)鍵點(diǎn)檢測(cè)方法，達(dá)摩院實(shí)現(xiàn)了對(duì)各個(gè)解剖關(guān)鍵點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，結(jié)果如下表所示：
通過(guò)在損失函數(shù)中加入解剖點(diǎn)之間的連接邊回歸損失，達(dá)摩院的模型可以取得更高的定位精度，相比于原始的U-Net、Hourglass和HRNet模型，達(dá)摩院的方法分別提升了2.3%、11.7%和5.1%。
表1. 模型的11個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)的檢測(cè)精度
* +edge為達(dá)摩院的方法（誤差mm）
得到這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)之后，就可以根據(jù)這些點(diǎn)的坐標(biāo)自動(dòng)地計(jì)算對(duì)應(yīng)的測(cè)量量。
下圖是THA術(shù)前規(guī)劃自動(dòng)測(cè)量平臺(tái)，圖中測(cè)量了左右側(cè)髖的股骨頸干角分別是131.76和127.79度，髖臼杯前傾角分別是36.83度和39.64度，兩腿長(zhǎng)差異是9.12毫米。
據(jù)雷鋒網(wǎng)《醫(yī)健AI掘金志》了解，目前，達(dá)摩院該技術(shù)正在和合作伙伴一起優(yōu)化，并將落地到醫(yī)院實(shí)際場(chǎng)景中。
圖2. THA術(shù)前規(guī)劃自動(dòng)測(cè)量demo
達(dá)摩院醫(yī)療AI負(fù)責(zé)人專訪
4年多的時(shí)間里，達(dá)摩院的研究范圍一步步從基礎(chǔ)AI的研究延伸到醫(yī)療專業(yè)領(lǐng)域知識(shí)的探索，目前在心血管、肺結(jié)節(jié)、肝臟、骨科、基因等領(lǐng)域均有布局。
該骨科AI成果發(fā)布后，醫(yī)健AI掘金志第一時(shí)間采訪到了達(dá)摩院醫(yī)療AI負(fù)責(zé)人遲穎。
可以看到，這次的成果——AI助力骨科關(guān)節(jié)置換手術(shù)，并不是骨科AI中的最熱門(mén)方向（例如行業(yè)熟知的測(cè)骨齡等），達(dá)摩院為什么會(huì)選擇這個(gè)方向？
遲穎認(rèn)為，除了上述的老齡化背景與醫(yī)療需求，對(duì)于骨科而言，AI輔助治療要比輔助診斷更有價(jià)值。而這一方向目前還處于發(fā)展初期，是比較有前景的領(lǐng)域。
她表示，相比于輔助診斷，輔助治療更加切入醫(yī)生的工作流程，可以明顯提高醫(yī)生的工作效率，對(duì)醫(yī)生來(lái)說(shuō)更有價(jià)值。而且，臨床治療的實(shí)際商業(yè)價(jià)值也更高。
據(jù)醫(yī)健AI掘金志了解，現(xiàn)階段，達(dá)摩院會(huì)和合作伙伴打造一個(gè)智能骨科平臺(tái)落地合作醫(yī)院，除了基礎(chǔ)的術(shù)前定位測(cè)量工作，還會(huì)與合作伙伴一起建立影像診斷-骨科手術(shù)耗材供應(yīng)鏈管理的智能化標(biāo)準(zhǔn)流程。
技術(shù)需要足夠的落地場(chǎng)景，而巨頭的優(yōu)勢(shì)在于可以借助內(nèi)外部的生態(tài)伙伴，進(jìn)一步加深行業(yè)的參與度。
遲穎表示，阿里入局醫(yī)療AI最大的優(yōu)勢(shì)之一就是背后有各方生態(tài)的合力，以及每一個(gè)生態(tài)方向的相對(duì)深厚的業(yè)務(wù)和技術(shù)積淀。
細(xì)細(xì)梳理一下，我們可以發(fā)現(xiàn)，阿里多個(gè)事業(yè)線在醫(yī)療領(lǐng)域均有所布局。
這其中包括：阿里健康在藥物相關(guān)和未來(lái)醫(yī)院等方面的探索；釘釘在醫(yī)療辦公、遠(yuǎn)程會(huì)診等方面的覆蓋；螞蟻金服在區(qū)塊鏈、有信用保障的付款、和保險(xiǎn)等方面的積累和實(shí)踐；IoT物聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)院設(shè)備管理等方面的規(guī)劃，以及阿里云在遠(yuǎn)程輔助醫(yī)療（比如5G遠(yuǎn)程手術(shù)、或者5G遠(yuǎn)程VR救助等）方面可能的策略等。
從內(nèi)部來(lái)看，這些“兄弟部門(mén)”一直是達(dá)摩院醫(yī)療AI成果落地的有力支撐。
以新冠肺炎期間的產(chǎn)品部署為例，阿里云在全球的海外數(shù)據(jù)中心，成為了達(dá)摩院算法部署的骨干節(jié)點(diǎn)，承載起了對(duì)有需求的45個(gè)國(guó)家和地區(qū)的合作伙伴的算法測(cè)試與合作。
在醫(yī)療影像智能方面，達(dá)摩院醫(yī)療AI為阿里健康提供基礎(chǔ)的技術(shù)能力輸出，阿里健康則會(huì)為達(dá)摩院進(jìn)行業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)的尋找和拓展、以及對(duì)內(nèi)核技術(shù)的包裝。
而從外部來(lái)看，達(dá)摩院也擁有一批生態(tài)合作伙伴。
早在2017年，阿里健康就與萬(wàn)里云發(fā)布“Doctor You”AI系統(tǒng)，萬(wàn)里云擁有實(shí)體的檢查中心和移動(dòng)體檢車(chē)等硬件設(shè)施，成為AI產(chǎn)品在基層影像檢查和體檢等服務(wù)中的重要載體。
又例如衛(wèi)寧健康，作為醫(yī)療信息化的代表性廠商，衛(wèi)寧健康在醫(yī)院信息化建設(shè)、醫(yī)療需求理解、銷(xiāo)售渠道等方面的先天優(yōu)勢(shì)，也會(huì)給阿里的醫(yī)療AI產(chǎn)品鋪設(shè)一條相對(duì)容易的落地之路。
遲穎在采訪中也表示，PACS廠商等醫(yī)療信息化的合作伙伴，成為了達(dá)摩院與醫(yī)院對(duì)接的橋梁。
“我們把算法嵌入合作伙伴的PACS系統(tǒng)中，醫(yī)院用戶在打開(kāi)臨床例行使用的PACS系統(tǒng)后，不需要再打開(kāi)另外一套AI系統(tǒng)，為臨床醫(yī)生提供了更好的體驗(yàn)。”
今年以來(lái)，科亞、安德醫(yī)智等AI產(chǎn)品陸續(xù)獲得NMPA審批，政策層面不斷釋放提速的信號(hào)。
遲穎說(shuō)到，疫情期間，達(dá)摩院的新冠肺炎CT影像AI就在立陶宛通過(guò)了醫(yī)療認(rèn)證的豁免。在日本，和達(dá)摩院綁定的合作伙伴M3公司也已獲得了PDMA的認(rèn)證。同時(shí)也在馬來(lái)西亞申請(qǐng)認(rèn)證，國(guó)內(nèi)和歐洲的相關(guān)審批工作也在準(zhǔn)備中。
“達(dá)摩院的醫(yī)療AI，可以從各個(gè)視角去協(xié)助阿里醫(yī)療生態(tài)的各方面需求，用未來(lái)的技術(shù)服務(wù)阿里生態(tài)的未來(lái)業(yè)務(wù)應(yīng)用，為社會(huì)帶來(lái)有價(jià)值的改變。”
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