文|數(shù)智前線 任曉漁
編輯|趙艷秋
頂級醫(yī)院、醫(yī)療AI公司、算力供應(yīng)商，正嘗試用數(shù)據(jù)、算法和智慧算力的組合，來打通中國成人致死率最高疾病，在急救中的堵點(diǎn)。
腦卒中，我國每年有300萬人新發(fā)。其中，缺血性腦卒中大約占所有腦卒中的70%左右。救治每晚一分鐘，就多一分致殘致死風(fēng)險。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)干預(yù)原則是，盡快打通血管，在腦組織徹底壞死前干預(yù)治療。
影像學(xué)分析環(huán)節(jié)是救治中的“堵點(diǎn)”之一，腦卒中的臨床表現(xiàn)多樣、病因復(fù)雜，影像學(xué)評價給出準(zhǔn)確的評價耗時長，一般需要從業(yè)多年的資深醫(yī)師，才能快速、準(zhǔn)確地給出診斷結(jié)果，為臨床救治提供一個準(zhǔn)確的答案。一般，做完影像以后，評估過程需要30-60分鐘。
醫(yī)療AI公司安德醫(yī)智，用治療腦卒中最權(quán)威的醫(yī)院——天壇醫(yī)院的病例數(shù)據(jù)，基于浪潮的智慧算力，訓(xùn)練出了一套影像輔助診斷模型。搭載了這套模型的人工智能醫(yī)學(xué)影像輔助系統(tǒng)，能在3分鐘內(nèi)提供影像評估報告，輔助醫(yī)生快速精準(zhǔn)判定血栓位置和出血風(fēng)險，為腦卒中贏得黃金救治時間。這是醫(yī)療AI應(yīng)用落地的一個縮影。
01、一臺非典型腦卒中手術(shù)
8時2分，一輛救護(hù)車載著一名患者駛?cè)爰笠辉?，躺在?dān)架上的患者已口角歪斜、身體麻木。這是一名中風(fēng)病人，這個病更為專業(yè)的名字是腦卒中，由于腦部血管阻塞，大腦缺血而引起部分腦組織損傷。
中國每年新發(fā)卒中病人約300萬，《中國卒中雜志》的數(shù)據(jù)顯示，這個病通常呈現(xiàn)高致死率和高致殘率，46%的腦出血患者在發(fā)病1年內(nèi)死亡或嚴(yán)重殘疾。
最終，患者在入院1小時14分后，完成了血管再通手術(shù)。三周后，他康復(fù)并恢復(fù)了正常的生活。
這是一個幸運(yùn)的結(jié)果，也是一次急救取得的勝利，在這次救治中，更詳細(xì)的流程是：
8時5分，病人進(jìn)入急診卒中綠色通道，卒中救治團(tuán)隊開始就位。
8時10分，醫(yī)生給患者查體，綠色通道的護(hù)士開始給病人抽血，開通靜脈通路，做心電圖。
8時25分，也就是入院23分鐘后，多模式的影像評估開始。一個軟件在3分鐘內(nèi)，出具了結(jié)合多項體征數(shù)據(jù)得出的報告。
8時33分，專家們判定患者符合取栓指征，出血風(fēng)險較小。
8時35分，家屬簽署知情同意書。
8時41分，手術(shù)開始。
9時16分，手術(shù)結(jié)束。
三分鐘得出報告，得益于一款醫(yī)學(xué)人工智能輔助診療產(chǎn)品。醫(yī)療AI公司安德醫(yī)智，基于天壇醫(yī)院的上萬例臨床影像數(shù)據(jù)，以及浪潮信息的智慧算力，訓(xùn)練出了影像輔助診斷模型。它大大縮短了救治時間，為這次成功救治奠定了基礎(chǔ)。
為什么縮短救治時間在腦卒中的案例里如此重要？事實(shí)上，在肉眼看不到的地方，患者的腦組織正遭遇驚險的生死時刻。
人的大腦包含1000多億個神經(jīng)元，它們的運(yùn)轉(zhuǎn)依靠腦部血管提供的血液循環(huán)。正常每100克腦組織每分鐘血流量為70毫升，低于20毫升時，神經(jīng)元缺血就會導(dǎo)致人出現(xiàn)偏癱和失語等癥狀。當(dāng)每分鐘血流量降至8毫升且持續(xù)6分鐘，腦組織就會發(fā)生不可逆的死亡。
每分鐘血流量在8毫升～20毫升的區(qū)間被視作“半暗帶”，腦卒中手術(shù)救治就是要在“半暗帶”腦組織還未梗死時打通血管。早1分鐘打通血管，約190萬個大腦神經(jīng)細(xì)胞就能活下來，腦卒中不可逆的損傷幾率就會降低。
這是一個與時間賽跑的過程。在這項“打通血管”的大工程里，最重要的環(huán)節(jié)是完成腦卒中的影像學(xué)分析。
腦卒中的臨床表現(xiàn)多樣、病因復(fù)雜，影像學(xué)評價給出準(zhǔn)確的評價耗時長，醫(yī)生們，需要給出腦實(shí)質(zhì)改變的診斷，顱內(nèi)外供血動脈的改變，腦實(shí)質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管水平的血流動力學(xué)改變，以及病因及發(fā)病機(jī)制分型分析。
中國卒中學(xué)會的專家王春娟指出，大血管閉塞的腦卒中患者，從入院到血管再疏通的過程中，其中入院到穿刺時間，是延誤最長的步驟。更直白說，診斷病情，判斷受影響的部位，制定更為準(zhǔn)確的治療方案并實(shí)施，是整個救治流程中最耗費(fèi)時間的步驟，也是血管再通工程最大的“堵點(diǎn)”。
醫(yī)療AI被行業(yè)用來探索解決堵點(diǎn)，縮短救治時間。
在吉大一院的這臺腦卒中手術(shù)中，基于浪潮智慧算力的支持，人工智能醫(yī)學(xué)影像輔助診斷系統(tǒng)的應(yīng)用，加速影像學(xué)評估決策，將評估時間縮短到了3分鐘。
基于高水平的醫(yī)院數(shù)據(jù)，訓(xùn)練出來的醫(yī)療AI技術(shù)，應(yīng)用到醫(yī)療力量相對薄弱的地區(qū)，則能讓這樣的成功救治，擴(kuò)展到全國。“不是所有的病人都能被及時送到有雄厚資本和實(shí)力的大型醫(yī)院，在偏遠(yuǎn)地區(qū)，基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)的資源薄弱，醫(yī)師們很可能因為無法快速、準(zhǔn)確判斷病情而耽誤救治時間?！币晃魂P(guān)注醫(yī)療AI普惠的業(yè)內(nèi)人士評價。
數(shù)智前線獲悉，一家位于西部小縣城的二甲醫(yī)院，醫(yī)師儲備和設(shè)備資源都較為薄弱，已經(jīng)應(yīng)用了這款產(chǎn)品。2021年春天，他們接待過一例中風(fēng)病人，基于CT影像，人工智能給出的結(jié)構(gòu)化報告顯示該患者中風(fēng)險，血腫擴(kuò)大概率65.56%。
該醫(yī)院影像科主任介紹，腦出血患者很容易出現(xiàn)血腫擴(kuò)大，尤其是在24小時內(nèi)，會嚴(yán)重影響患者的預(yù)后。盡早治療，就可以抑制血腫擴(kuò)大，改善預(yù)后，但經(jīng)驗沒那么豐富的醫(yī)生判斷腦出血后預(yù)測血腫擴(kuò)大，有時候會拿不準(zhǔn)。
醫(yī)療輔助決策軟件這時候的介入，對這些偏遠(yuǎn)地區(qū)縣級醫(yī)院的醫(yī)生來說，“心里就會非常有底，相當(dāng)于身邊多了一位頂級專家和他會診”，他說。
02、算力和數(shù)據(jù)助力醫(yī)療AI產(chǎn)品成熟
腦卒中醫(yī)療AI方案的成熟和落地是一個縮影，醫(yī)療AI行業(yè)正基于高水平數(shù)據(jù)和智慧算力，形成更多成熟的解決方案，并逐漸被一些醫(yī)院落地和認(rèn)可。
高質(zhì)量數(shù)據(jù)決定醫(yī)療AI高度，數(shù)據(jù)來源曾是醫(yī)療AI發(fā)展的一大瓶頸。以業(yè)界最有名的IBM旗下的醫(yī)療AI產(chǎn)品Watson為例，由于數(shù)據(jù)質(zhì)量和數(shù)量的不足，尤其對于罕見病的診斷——在某肺癌病種的分析中，沃森只用了635個病例對算法進(jìn)行訓(xùn)練，這使它被行業(yè)詬病產(chǎn)品的實(shí)用性。
除了豐富的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的分類、標(biāo)注、訓(xùn)練均需人工進(jìn)行。動脈網(wǎng)在《2022醫(yī)療AI行業(yè)報告》中提及，單個數(shù)據(jù)標(biāo)注成本在10～30元不等，耗時20～40分鐘，要獲得高質(zhì)量的標(biāo)注，難度很大。為了解決這個瓶頸問題，2020年開始，隨著大量醫(yī)院自發(fā)加入的單病種影像數(shù)據(jù)庫、第三方測試數(shù)據(jù)庫逐步構(gòu)建，數(shù)據(jù)量才呈指數(shù)增長，AI企業(yè)面臨的難度驟減。
在腦卒中場景里的輔助決策AI訓(xùn)練中，算法所用的數(shù)據(jù)來自國內(nèi)在腦卒中領(lǐng)域的行業(yè)佼佼者天壇醫(yī)院。天壇醫(yī)院在腦卒中領(lǐng)域的治療水平，位居國際領(lǐng)先水平。據(jù)了解，我國平均腦卒中治療復(fù)發(fā)率約為10%左右，國外先進(jìn)水平大概在7%左右，而天壇醫(yī)院腦卒中治療復(fù)發(fā)率僅為2%左右。
腦卒中的醫(yī)療輔助決策軟件正是基于天壇醫(yī)院的上萬例臨床影像數(shù)據(jù)訓(xùn)練而來，“頂級醫(yī)療機(jī)構(gòu)高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，成為優(yōu)質(zhì)AI產(chǎn)品的質(zhì)量保障。高質(zhì)量的數(shù)據(jù)才能誕生高智商的AI”，安德醫(yī)智中國區(qū)CEO李晶玨說。
智慧算力在醫(yī)療AI行業(yè)產(chǎn)品的進(jìn)化過程中也扮演了重要角色。浪潮方面的相關(guān)人士告訴數(shù)智前線，以腦卒中治療場景為例，醫(yī)療AI軟件對算力的需求分別在訓(xùn)練和推理兩個場景。
在訓(xùn)練場景里，主要需要運(yùn)用算力，把天壇醫(yī)院的數(shù)據(jù)沉淀為模型，讓頂級醫(yī)生們的經(jīng)驗?zāi)苣鄣紸I產(chǎn)品中。在模型開發(fā)與訓(xùn)練的過程中，AI公司遇到的瓶頸主要有幾點(diǎn)：第一是算力的瓶頸，醫(yī)療影像數(shù)據(jù)的計算量很大，單個病例的文件就能達(dá)到GB級數(shù)據(jù)，對上萬個病例的數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，計算規(guī)模大，一般的設(shè)備處理速度難以匹配。
此外，為了更貼合醫(yī)院和醫(yī)生的使用場景，當(dāng)下醫(yī)療AI公司們，正在努力拓展覆蓋的病種范圍，從單個病種的產(chǎn)品向更大范圍的解決方案發(fā)展。要實(shí)現(xiàn)多種疾病的精準(zhǔn)診斷，相應(yīng)的AI模型復(fù)雜度高，計算量大，單次耗時長。這也對計算資源提出了新的要求。
第二是資源的調(diào)度。參與算法訓(xùn)練的工程師們，需要針對身體各部位開發(fā)相應(yīng)的模型并進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練任務(wù)多、使用人員多，經(jīng)常涉及多線程作業(yè)，需要合理分配和調(diào)度計算資源。
基于這些問題，浪潮的智慧算力以浪潮AI服務(wù)器與AI資源平臺AI Station整體解決方案的形式，解決了算力瓶頸和資源調(diào)度等難題。腦卒中的解決方案里，AI服務(wù)器能大大縮短海量影像數(shù)據(jù)的吞吐時間，支持規(guī)模更大、復(fù)雜度更高的模型訓(xùn)練。它的計算性能是原計算平臺的3倍，通過16顆AI芯片，大大加快了模型的并行訓(xùn)練速度，將主要模型訓(xùn)練速度提升10倍以上。
對AI公司的工程師們而言，浪潮的AI資源平臺AI Station則能夠?qū)τ嬎懔Y源進(jìn)行統(tǒng)一管理，簡化工作流程，提升了訓(xùn)練效率。例如，安德醫(yī)智近80位工程師能夠同時使用計算平臺， GPU使用率由原來的30%上升為75%，主要模型訓(xùn)練速度提升10倍以上，訓(xùn)練時間由2周多降為2天。
當(dāng)基層的醫(yī)院來使用產(chǎn)品時，智慧算力在推理場景里的效用也體現(xiàn)出來了。醫(yī)院此時接觸到的是一個整體的解決方案——訓(xùn)練好的軟件被裝載到浪潮的AI服務(wù)器中。新的病例在應(yīng)用訓(xùn)練好的算法時，能大大提高推理的效率，3分鐘就能夠生成基于病人影像數(shù)據(jù)的診斷參考報告。而在腦卒中治療中，時間代表的就是生命，算力的提升也大大提升了救治的成功率。
“基層醫(yī)院一般信息化能力較弱，以整體解決方案的形式進(jìn)入，大大降低了醫(yī)院使用產(chǎn)品的門檻，他們不用再花精力去配置IT資源?！苯咏顺钡娜耸扛嬖V數(shù)智前線。
03、大規(guī)模商業(yè)落地前夜
近年來，醫(yī)療AI市場規(guī)模急劇擴(kuò)大。動脈網(wǎng)報告指出，醫(yī)療AI市場規(guī)模2022年首次超過百億，預(yù)計在3～5年內(nèi)將維持40%的高增長率。
2020年是這個市場發(fā)展的分水嶺，國家出臺的管理條例為產(chǎn)品落地，奠定了基礎(chǔ)。
2019年6月，國家藥品監(jiān)督管理局（NMPA）醫(yī)療器械技術(shù)審評中心發(fā)布了《深度學(xué)習(xí)輔助決策醫(yī)療器械軟件審批要點(diǎn)》，其中提出醫(yī)療AI產(chǎn)品要拿第三類醫(yī)療器械審批。該文件對醫(yī)療AI的適用范圍、質(zhì)量控制、能力和使用風(fēng)險以及數(shù)據(jù)來源都有規(guī)定，也為醫(yī)療AI產(chǎn)品形成商業(yè)閉環(huán)，打下基礎(chǔ)。
2020年1月，第一張三類證發(fā)放給科亞醫(yī)療，人工智能醫(yī)療器械的審批框架逐漸完備，多家醫(yī)療AI公司的產(chǎn)品通過NMPA醫(yī)療器械審批，獲得三類證，醫(yī)療AI商業(yè)化落地進(jìn)程由此加速。
國家藥監(jiān)局醫(yī)療器械技術(shù)審評中心評審二部副部長郭兆君，在2021年世界人工智能大會健康高峰論壇上曾分享，審批管理的一些原則：“判斷一個AI產(chǎn)品到底屬不屬于醫(yī)療器械，主要包含三個方面的判斷：首先，考慮產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是否來源于醫(yī)療器械；其次，設(shè)備的核心功能是不是對醫(yī)療器械數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、調(diào)查、測量分析等；最后，這個產(chǎn)品本身也需要用于醫(yī)療的用途?！?/p>
一個AI算法到底屬于什么類別，需要考慮算法的成熟度。對于算法在醫(yī)療應(yīng)用中成熟度低，也就是未上市，或安全有效性尚未得到充分證實(shí)的人工智能醫(yī)用軟件，若用于輔助決策，如提供病灶特征識別、病變性質(zhì)判定，用藥指導(dǎo)、治療計劃制定等臨床診療建議，按照第三類醫(yī)療器械管理；若用于非輔助決策，如進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和測量等提供臨床參考信息，按照第二類醫(yī)療器械管理。
清晰的管理類別判定，有助于人工智能企業(yè)完成審批，分步驟完成產(chǎn)品的商業(yè)化落地。郭兆君介紹，部分企業(yè)的人工智能軟件尚未完全符合三類醫(yī)療器械的要求，可先申請二類證，保證商業(yè)化的順利進(jìn)行，待臨床試驗等流程設(shè)計完畢之后再進(jìn)行三類證的申請。通過這種折中的方法，人工智能企業(yè)能夠一定程度上提前開始商業(yè)化部署。
數(shù)智前線獲悉，多家醫(yī)療AI公司都持有三類證，并持續(xù)在不同病種增加三類證持有數(shù)量，增強(qiáng)自身的行業(yè)壁壘。
咨詢機(jī)構(gòu)沙利文指出，中國醫(yī)療產(chǎn)業(yè)正由醫(yī)療信息化1.0逐步發(fā)展為醫(yī)療智能化3.0。在3.0階段，醫(yī)療智能產(chǎn)出，可客觀衡量醫(yī)療行為和效果的指標(biāo)與證據(jù)，提升醫(yī)療參與者的決策效率和精準(zhǔn)度，實(shí)現(xiàn)醫(yī)療行業(yè)各環(huán)節(jié)的降本增效。
實(shí)際上，要有明確的指標(biāo)衡量醫(yī)療AI產(chǎn)品的價值點(diǎn)，真正實(shí)現(xiàn)降本增效，精準(zhǔn)決策，是一個緩慢長期的過程。動脈網(wǎng)的報告認(rèn)為，當(dāng)下主流AI產(chǎn)品處于商業(yè)化的過渡期。
一方面，這些算法模型仍然需要不斷學(xué)習(xí)，來提升進(jìn)入不同場景里的準(zhǔn)確度和可復(fù)制性。
例如，不同醫(yī)院拍攝CT影像的標(biāo)準(zhǔn)可能并不一樣。有的醫(yī)院影像所檢測的部位只有頭部，有的醫(yī)院影像信息可能除了頭部還包括頸部。AI軟件要能基于不同規(guī)格的影像準(zhǔn)確識別影像里的病理特征，做出判斷，就需要再訓(xùn)練調(diào)優(yōu)。這種“終生學(xué)習(xí)”的過程也意味著它需要持續(xù)的數(shù)據(jù)，以及龐大的算力來“喂養(yǎng)”。“算法不需要推倒重來，這是一個能夠適配更多的醫(yī)院，并提高準(zhǔn)確率的過程。”業(yè)內(nèi)相關(guān)人士對數(shù)智前線說。
另一方面，醫(yī)療AI公司們也在完善產(chǎn)品序列，開發(fā)覆蓋更多病種、適用更多身體部位的AI產(chǎn)品。例如業(yè)界發(fā)現(xiàn)，影像學(xué)和電子病歷數(shù)據(jù)的結(jié)合，較單一維度數(shù)據(jù)，可能有助于更好區(qū)分某兩種特定類型疾病的病理和成因。這一趨勢對算力、存儲都帶來了新的挑戰(zhàn)，有待行業(yè)內(nèi)從算力和算法模型層面形成更好的解決方案。
雖然市場對新技術(shù)的認(rèn)可有滯后性，但從基層使用產(chǎn)品的醫(yī)生端的反饋來看，基層醫(yī)生們對人工智能輔助診斷產(chǎn)品接受度在逐漸提高。
安德醫(yī)智的AI產(chǎn)品搭載在浪潮的AI服務(wù)器，已經(jīng)逐步進(jìn)入更多的基層醫(yī)院。西部某縣應(yīng)用了該產(chǎn)品的影像科主任，分享使用感受時表示，在基層醫(yī)院里，醫(yī)生的更大的痛點(diǎn)是輔助診斷環(huán)節(jié)。“有的人工智能目前是做輔助篩查、輔助分診，這個作用類似于護(hù)士站的護(hù)士，對醫(yī)生看病的幫助意義不大。我們現(xiàn)在用的人工智能輔助診斷系統(tǒng)，可以做出明確的診斷報告，比如對24小時血腫擴(kuò)張的出血區(qū)域、體積、風(fēng)險等都能進(jìn)行細(xì)致的風(fēng)險評估和預(yù)警，醫(yī)生在得到詳細(xì)的診斷提示后，才能更加從容、準(zhǔn)確地治病救人。”
由此可見，人工智能技術(shù)在醫(yī)療行業(yè)的研發(fā)和應(yīng)用，有利于分級診療制度的建立，基層的醫(yī)療機(jī)構(gòu)的診療水平也得到持續(xù)提升。
總體來看，在高水平醫(yī)院、AI算法企業(yè)、智能算力企業(yè)的共同協(xié)同和努力下，AI醫(yī)療產(chǎn)品正在爬坡，它在一些場景的應(yīng)用，已經(jīng)讓基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)享受到了診療水平的提升， 行業(yè)正逐步進(jìn)入良性循環(huán)階段。