全球首例!中山肿瘤联合视见科技和港中大实现鼻咽癌放疗靶区人工智能自动勾画

作者:视见科技 | 日期:2019-04-09 09:32:01

中山大学肿瘤防治中心孙颖教授团队联合视见科技和香港中文大学团队,首次利用人工智能(AI)技术,在核磁共振(MRI)影像上自动勾画鼻咽肿瘤,为实现精准而又高效的鼻咽癌放射治疗靶区勾画提供了解决方案。相关研究成果日前发表在国际影像学顶级期刊《Radiology》上:(2018IF=7.469,论文信息:https://pubs.rsna.org/doi/10.1148/radiol.2019182012)。

随着深度学习AI算法的逐渐普及,从海量医疗诊断数据中挖掘规律,学习和模仿医生的人工智能疾病诊疗技术将会达到前所未有的精度,智能化诊疗逐渐成为医院不可缺少的组成部分。此次合作,样本量大、技术合理、测试全面,是AI在肿瘤学领域应用的一项重要进展。《人民日报》及人民网多个频道、《文汇报》、 《南方日报》、搜狐网、中国新闻网等众多主流媒体均刊登了此次中国AI技术带来的重大科技突破,成果备受业内关注。

临床背景

鼻咽癌是一种起源于鼻咽部黏膜上皮的恶性肿瘤,全世界约80%的鼻咽癌都发生在我国。我国广东、广西、湖南、福建、江西、海南等省区以及香港、澳门地区都是鼻咽癌高发区,故鼻咽癌又被称为“广东瘤”,是全球极少数以地区命名的肿瘤之一。由于鼻咽解剖位置特殊、手术治疗困难,且鼻咽癌对射线敏感,因此放射治疗是根治手段。通过精准放射治疗联合适当强度的化疗,80%以上的无远处转移鼻咽癌可彻底治愈。

准确界定照射范围(勾画靶区)是精准放射治疗的关键步骤,但是放射治疗过程中,加速器治疗机发出的射线要从不同角度穿过周围的脑干、颞叶、眼球、视神经等40多个重要器官到达鼻咽肿瘤,精度要求极高,达到毫米级别;照射不足将导致肿瘤复发,照射过度会增加放射性脑损伤、听力下降等后遗症。目前,鼻咽肿瘤靶区的勾画主要为人工勾画,准确性高度依赖医生的经验,存在不快(3-10小时)、不准(准确率 <70%)、不狠(变异超过50%)的问题。

数据准备

中山大学肿瘤防治中心拥有亚洲最大的放射治疗中心,年放射治疗量世界第一。孙颖教授及团队在鼻咽癌放射治疗积累了丰富的病源和成功的经验,摸清了鼻咽癌肿瘤生长规律,是本项目顺利实施提供了重要准备。本研究共纳入来自1021例鼻咽癌患者(全部期别)的MRI影像资料,并由两名鼻咽癌放疗专家共同完成靶区勾画,以提供三维、大尺度和高质量的影像和靶区数据用于计算机学习。

AI技术

视见科技团队依托与香港中文大学计算机科学与工程学系的长期合作,在人工智能深度学习和计算机医学影像分析领域拥有多项高质量的自主技术,为本项目最终实现提供了强大支持。基于MRI为三维医学图像,因此最终确定选用的AI技术为三维卷积神经网络(3D CNN)。

研究结果

通过人工智能自动勾画,将鼻咽癌肿瘤靶向勾画的用时从平均310个小时大幅缩短到2050分钟。效率提升的同时,准确性也得到更大的保证。以专家勾画作为金标准,专家勾画(蓝色),AI自动勾画(红色)AI自动勾画结果与专家勾画一致性极高,AI自动勾画的准确性为79%,相当于从业3年左右的年轻医生的水平;且无论患者是早期(T1-T2)还是晚期(T3-T4),无论是否接受过化疗,AI均可达到相似的勾画准确性,结果均得到专家高度认可。经专家评估,32.5%的病例无需修改可直接用于放射治疗计划设计,56.2%的病例经少量修改即可用于放射治疗计划设计。

本研究还开展了多中心测试,共纳入不同分期的20例患者和8位来自7个高水平医院的放疗专科医生,由8位医生在20例患者的MRI影像上人工完成鼻咽癌原发肿瘤勾画(即人工勾画)。8位医生人工勾画的勾画者间差异(a)明显大于AI辅助勾画的勾画者间差异(b)。以专家勾画作为金标准,AI自动勾画的准确性超过了8位医生中的4位,与其余4位相当。在8位医生完成人工勾画两个月后,由他们对AI自动勾画的结果进行修改(AI自动勾画+医生修改,即AI辅助勾画)。结果显示,AI辅助勾画提高了5位医生的勾画准确性(平均由74%提高至79%),减少了55%的勾画者间差异。

前景展望

AI自动勾画+医生修改的“智能+”模式可以极大地提升工作效率和最大限度地保护病人的正常组织,两者结合将为病患带来福音。下一步团队将通过云平台开展临床验证,为世界鼻咽癌治疗提供中国经验和中国智慧。

(文字转载自“视见科技”微信公众号,201943)