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3D打印、人工智能打开肿瘤精准诊疗的“黑匣子”

当前,随着人工智能与医疗产业的加快融合发展,医疗人工智能已经成为一种解放临床生产力的重要工具。它不仅让医生们从机械重复的工作中释放出来,也让全球各地的患者享受到“人机合一”的规范化医疗服务。

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尤其是在讲究循证医学的肿瘤学领域,人工智能正让人们获得更准确的诊断、更规范的治疗、更安全的微创手术以及更短的手术时间,也让医生面对癌症这一医疗难题时更有信心。正如ALGOL语言和计算机科学的“催生者”艾伦·佩利曾经提到的:“在人工智能上花一年时间,足以让人相信上帝的存在。”

如何让外科肿瘤手术更精准?

一直以来,在肿瘤学领域,要有足够的证据支持开刀手术才是正确的选择。但在实战之中,医生难以对眼前的病灶进行横向比较,当他们根据经验感觉这是可以切除的,那么就动手了。

在这一过程中,由于无法对所有病变组织附近的血管都进行精确定位,也无法精细地区分癌变部位与正常部位的边界,医生只能在手术之后,通过观察患者后续的表现而得知手术进行的成败。

吴文韬博士曾是华西医院的一名神经外科医生,谈起手术经历,他也十分感概:“过去骨科医生做骨瘤手术时,只能在手术中凭着感觉去切,由于医生们在影像上看到的显著边界是由造影剂产生的,而在实际操作时,肉眼是分辨不出来边界的。就观察而言,明显隆起的地方必然是肿瘤,但是周边许多看似健康骨头,内部也早已被肿瘤侵犯的。从表面上,我们看不出来任何的差别。”

“原来的骨科医生就只能尝试性的切除一段,然后取切缘组织送去术中冰冻病理检查。这个过程需要花费半个小时,待半个小时后发现,这个切缘还有残余的肿瘤细胞,骨科医生就再往外切一点——如此这样一步一步的往下切。”

“你可以想像,第一,每次切一点,送去冰冻就要等半个小时,这个时间消耗是非常大的。第二骨创面的出血量大,难以止血。如果手术时间长,造成了各种各样的渗血以及蒸发,会让这个病人出现非常大量的失血和血液浓缩,甚至导致肺栓塞等并发症。所以,传统骨科肿瘤手术的手术时间一般是在十个小时,出血量一般是在一万多毫升。这类手术只能在华西这样的大院做,普通医院根本不敢接。”

那么,如果我们能够对骨头组织进行精确区分与勾画呢?前沿科技便在这里派上了用场。

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当前沿科技介入手术治疗

人工智能在医学中早已有了非常广泛的应用,我们能够看到面向各类癌症的AI技术从基层出发提高早期癌症的发现率,并已取得显著效果。但对于缺乏早癌筛查的中国,仍有大量患者需要通过手术的方式获取治疗。

所以,吴文韬博士选择加入百洋智能科技,担任首席医疗官,尝试运用人工智能、3D打印、VR等技术辅助癌症治疗。

“肿瘤治疗是一场拉锯战。术前规划,术中操作,术后康复,每一个环节都对癌症治疗至关重要。而百洋拥有集成千万医学数据的WastonforOncology(Watson肿瘤解决方案)为肿瘤治疗提出解决方案及方案来源,符合循证医学,能够对肿瘤治疗制定个性化方案。其最新开发的百洋智能影像解决方案(简称:BSO)则可帮助医生在术前进行规划,可对神经、骨科等手术进行术前手术计划,术中定位导航,并在手术结束后进行疗效评估。”这些技术能够颠覆性的改变外科医生手术质量。

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“以骨瘤切除手术为例,通过B?SO的CT-MR多模态影像融合术前辅助系统,我们可在术前通过分析影像了解肿瘤的范围,判断肿瘤组织与正常组织的边界,精确判断了手术的切除范围。图像上的灰色和紫色部分是手术导板。当B?SO对患者骨头进行扫描后,便可通过3D打印技术迅速生成相应的手术导板。现有技术之下,这一导板的个性化精准设计,针对骨头契合的位置,大大减小外科医生的手术难度。”

据实际操作统计,通过BSO的术中定位导航技术,骨瘤手术可缩短至2-3个小时,相应的出血量明显减少,从上万毫升降至2-3千毫升。在这种情况下,患者无需在术后进入ICU,相应的医疗成本也随之减小。

受益方不仅仅是医生与医院,如果医生能在术前便把患者的肿瘤状况以精确的影像方式表现出来,便能更加生动地为患者描述每一种手术方案的操作方式及对应结果。通过这种方式,整个手术过程将更加透明,医患共同决策也将由梦想走向现实。

更为重要的一点在于医疗资源的赋能。过去只有华西医院能进行的复杂肿瘤手术,如今在县级医院也能通过B?SO系统进行,更多的普通患者也将由此重获新生。

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结构化报告解决数据标注问题

研究表明,规范化治疗可以有效延长肿瘤患者的5年生存期。如今癌症治疗已经进入“慢病化”时代。但是癌症的规范化治疗在不同地区参差不齐,其中重要的一部分便是影像报告的非结构化。

对于这一问题,BSO系统整合了基于放射语言和知识图谱体系的影像结构化报告系统,着力于解决影像科报告不规范不标准问题。

为了方便医生识别与医学生学习,影像结构化报告多采取图文并茂的方式。医生在撰写报告时只需要在有问题的地方进行标注,就可以直接把相应的量化的测量结果导入报告。

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同时,这一系统基于影像诊断知识图谱和国际标准放射语言体系,包含了现有医疗体系下的放射诊断思维逻辑,能够自动关联影像数据。比如,当医生勾选“淋巴结转移”选项,系统会自动通过影像的方式表现展示转移情况,并将其植入报告;而对于胃癌,该系统能自动计算分期分型,填入符合国际规范的量化数值,以便于医生准确追踪治疗效果。

无远弗届

截止4月,百洋智能科技推出BSO系统半年有余,已协助医生完成一千多例神经外科手术,220例骨科手术。而在肝、胰、胆等场景下的相关产品也已成熟,并处于迅速推进之中。

这仅仅是一个开始,在吴文韬博士看来,这套产品仍然不够自动化,还需医生偶尔对其进行校正,而在他的眼中,一个成熟的产品应该实现完全的自动化和智能化,这将是他深入研究的方向。

此外,BSO系统更大的价值在于提升一、二级医院的外科医生手术能力,并通过其可视化的报告与操作过程为医生提供更为生动的教学影像,从设备与人力两个方向齐头并进。

对于未来,吴文韬认为手术导航以及手术机器人将是医学科技发展的大方向,更为智能化的手术机器人、混合现实在手术中的定位导航都将具备非常大的市场。

而BSO作为百洋智能医生云平台BSmartD的一部分,未来将与Watson肿瘤解决方案、基因解决方案产生更为深入的联系,或许,我们可以在未来通过AI处理基因信息,为手术制定更为详细的规划。毕竟在人工智能时代下,又有什么是不可能的呢?我们不妨给百洋一点时间。

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