醫(yī)療AI再迎破局時刻，但這一次，和大語言模型無關(guān)

利用平掃CT識別早期胃癌，正在從不可能變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

6月25日，浙江省腫瘤醫(yī)院聯(lián)合阿里巴巴達(dá)摩院召開發(fā)布會，宣布研發(fā)出全球首個胃癌影像篩查AI模型DAMO GRAPE（以下簡稱為“GRAPE”），該模型可以在平掃CT影像上對胃部病變進(jìn)行識別，大幅提高胃癌檢出率。這一成果已經(jīng)在近日登上國際頂級期刊《Nature Medicine》。

早診率低，是中國胃癌防治的關(guān)鍵短板。監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，中國每年新發(fā)胃癌人數(shù)近36萬，由于發(fā)現(xiàn)時多數(shù)是晚期，五年生存率不到40%。早期癥狀不明顯，胃鏡依從性差，問卷篩查效率低等諸多原因共同導(dǎo)致了胃癌的早診早治遲遲無法破題。

GRAPE的出現(xiàn)或許將改變這一困局。

在一項(xiàng)涉及近10萬多人的回顧性臨床試驗(yàn)中，經(jīng)GRAPE識別后的高風(fēng)險個體的胃癌檢出率約為17%，相比起傳統(tǒng)問卷篩查大幅提高，且檢出的病例中約40%為無癥狀患者。

基于此，發(fā)布會上，浙江省腫瘤醫(yī)院和阿里巴巴達(dá)摩院宣布將在浙江、安徽等地開展大規(guī)模人群胃癌篩查，并向全國推廣。

突破胃癌篩查困局

中國是全球胃癌的最高發(fā)地區(qū)之一，全球?qū)⒔话氲男掳l(fā)胃癌患者在中國。根據(jù)國家癌癥中心的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，我國每年約有26萬人死于胃癌，在所有癌癥中排名第三。

高死亡率的背后是低早診率。一方面，胃癌的早期癥狀和普通胃炎幾乎一樣，患者很難引起足夠重視。另一方面，我們也缺乏簡單有效的篩查手段。目前胃癌篩查的主流方案是問卷調(diào)查，即通過家族病史、生活習(xí)慣等條件來篩選高風(fēng)險人群，再進(jìn)行胃鏡檢查。但這種篩查方式檢出率偏低，因此臨床上推行起來需要耗費(fèi)大量醫(yī)療資源。 此外，胃鏡檢查依從率低，且不同臨床篩查醫(yī)院胃鏡檢查水平參差不齊，篩查質(zhì)量有待提高。

在這個大背景下，浙江省腫瘤醫(yī)院和阿里巴巴達(dá)摩院聯(lián)合研發(fā)出了基于平掃CT實(shí)現(xiàn)胃癌篩查的全新工具——GRAPE。

簡單來說，GRAPE是一個基于深度學(xué)習(xí)框架下的模型，最初的訓(xùn)練數(shù)據(jù)來自于浙江省腫瘤醫(yī)院的3470例胃癌和3250例非胃癌病例。早期的評估顯示，在和13名放射科醫(yī)生的閱片競爭中，GRAPE的AUC（數(shù)值越接近1，代表分類能力越好）為0.92，超過了所有的放射科醫(yī)生（0.76-0.85）。

更重要的是，在隨后的兩項(xiàng)真實(shí)世界研究中，GRAPE展現(xiàn)出了在大規(guī)模胃癌篩查上的巨大潛力。

第一項(xiàng)研究包含了浙江兩家地區(qū)級醫(yī)院不同臨床環(huán)境下的41178名常規(guī)患者。GRAPE根據(jù)這項(xiàng)患者過往的腹部平掃CT，從中識別出了4645例高風(fēng)險個體。根據(jù)胃鏡和隨訪數(shù)據(jù)驗(yàn)證，這4645人中有845人被確診為胃癌，兩家醫(yī)院的檢出率分別達(dá)到24.5%與17.7%。

第二項(xiàng)研究回到了浙江省腫瘤醫(yī)院。研究者收集了2022年1月至2024年6月期間在浙江省腫瘤醫(yī)院進(jìn)行腹部平掃CT的患者總計37415人，GRAPE識別出的高風(fēng)險個體為3045人，最終有311人被確診為胃癌，檢出率為12.1%。

這兩項(xiàng)研究指向了同一個結(jié)論，相比現(xiàn)有手段，GRAPE可以精準(zhǔn)識別高風(fēng)險人群，在篩查效率上有了顯著意義上的提升。

論文主要通訊作者、浙江省腫瘤醫(yī)院黨委書記、中國抗癌協(xié)會副理事長程向東告訴《健聞咨詢》，有效的篩查手段對胃癌防治至關(guān)重要。“我們現(xiàn)在最無奈的是什么，就是臨床上的首診病人，30%以上是胃癌晚期。一期的病人有97%-99%的概率可以治愈，但到了四期，不管你用再好的藥，平均生存時間也就一年左右，所以我們強(qiáng)調(diào)的一定是關(guān)口前移。”

胃癌早期篩查的正面案例是我們的鄰國日本和韓國。這兩個國家分別于1983年和1999實(shí)施全國性的胃鏡篩查計劃。以韓國為例，40歲以上的老百姓兩年做一次胃鏡，依從性可以達(dá)到70%以上，目前韓國胃癌的早診率和五年生存率都接近70%。

程向東表示，中國人均醫(yī)療資源不足，老百姓的依從性普遍不高，做不到全人群的胃鏡檢查，最可行的方案就是先通過非侵入性診斷方法篩選出胃癌高風(fēng)險人群，繼而進(jìn)行有目的的內(nèi)鏡下精查。直到GRAPE的出現(xiàn)，為胃癌篩查提供了一種切實(shí)可行的新方案。

“我覺得它很可能會改變我們國家乃至全球的胃癌篩查模式。在不做任何準(zhǔn)備的情況下，一張平掃CT能夠從100個人里挑出6個高危的，按照我們國家現(xiàn)有的醫(yī)療資源，滿足6%群體的胃鏡是沒有問題的。所以這個模型應(yīng)用以后，我們早期胃癌病人的比例會明顯提升。”程向東表示。

而從患者視角來看，相比胃部不適的主觀感受，一個高敏感性的陽性結(jié)果提示，也會大大提高胃鏡檢查的依從性，從而實(shí)現(xiàn)從早篩到早診早治的閉環(huán)。

全球首次用平掃CT識別早期胃癌

這不是阿里巴巴達(dá)摩院在癌癥影像篩查上的第一個產(chǎn)品。2023年11月，達(dá)摩院發(fā)布胰腺癌篩查AI模型DAMO PANDA（以下簡稱為“ PANDA”），突破了“癌王”胰腺癌早期篩查的國際難題，相關(guān)論文也于同月發(fā)表在頂級期刊《Nature Medicine》。

PANDA的產(chǎn)品形態(tài)和GRAPE是一樣的，都是通過對平掃CT影像的識別，發(fā)現(xiàn)肉眼難以判別的早期癌癥跡象。在相關(guān)的臨床試驗(yàn)中，PANDA從20530名真實(shí)世界病患的平掃CT影像中捕捉到了31例胰腺癌臨床漏診病變，其中2例早期胰腺癌患者已經(jīng)完成手術(shù)治愈。

可即便有了類似產(chǎn)品的技術(shù)積累，在胃癌篩查系統(tǒng)GRAPE的研發(fā)立項(xiàng)之初，無論是浙江省腫瘤醫(yī)院還是阿里巴巴達(dá)摩院，都沒有百分百的把握。原因就在于，相比胰腺，胃是一個空腔臟器，其本身的充盈程度、空氣的干擾、食物的遮擋，都會影響臨床判斷，所以幾乎沒有醫(yī)生會用平掃CT來做胃部檢查。

“說實(shí)在的，這個模型在討論設(shè)計的時候，我們的第一感覺是不可能，因?yàn)樗臀覀兊某Ｒ?guī)認(rèn)知是相悖的。”程向東說，在和達(dá)摩院對接前，他們對PANDA篩查胰腺癌的原理做了研究，結(jié)論是，胰腺作為一個實(shí)質(zhì)性臟器，通過CT發(fā)現(xiàn)腫瘤，也許難，但是理論基礎(chǔ)存在。但把這件事平移到胃這樣的空腔臟器，“從我們醫(yī)生的層面說，就是天方夜譚。”

盡管如此，抱著開放態(tài)度的浙江省腫瘤醫(yī)院還是愿意嘗試合作。

于是，難題交回給了達(dá)摩院的技術(shù)團(tuán)隊(duì)。他們面臨的第一個挑戰(zhàn)就是，因?yàn)榕R床上醫(yī)生難以在平掃CT上標(biāo)注胃癌，也就意味著沒有現(xiàn)成的圖像數(shù)據(jù)可供模型來做深度學(xué)習(xí)。空有算法，沒有數(shù)據(jù)，一切都是無米之炊。

經(jīng)過雙方的多次碰撞和討論，一個突破性的構(gòu)想很快浮現(xiàn)了出來。因?yàn)榈泊_診胃癌的患者，都會做增強(qiáng)CT來為后續(xù)治療提供依據(jù)。那是否可以讓醫(yī)生在患者的增強(qiáng)CT圖像上勾畫出腫瘤的形態(tài)，再通過圖像配準(zhǔn)的技術(shù)，將標(biāo)注遷移到平掃CT上。這個時候，技術(shù)人員就相當(dāng)于在平掃CT上給AI提供了精準(zhǔn)的腫瘤數(shù)據(jù)。

“其實(shí)到這一步，模型就能自己跑起來了。”論文共同一作、阿里巴巴達(dá)摩院高級算法專家夏英達(dá)告訴《健聞咨詢》，在第一階段，他們總共向模型輸入了3000多例胃癌病例和3000多例非胃癌病例，在大量高質(zhì)量數(shù)據(jù)的喂養(yǎng)下，再輔以達(dá)摩院在CT+AI領(lǐng)域積累的成熟算法，模型就會形成自己的閾值判斷，在胃癌和非胃癌之間做出邊界劃分。

第一輪訓(xùn)練，模型跑了5天，項(xiàng)目組已經(jīng)覺得走對了方向——在內(nèi)部驗(yàn)證環(huán)節(jié)，模型對早期胃癌的識別準(zhǔn)確率在50%-60%之間。

“這個東西你讓一個CT醫(yī)生去看，10個里面有9個半是看不出來的，真的太厲害了，在空腔臟器里做到這樣是突破性的！”即便已經(jīng)過去了數(shù)月之久，但當(dāng)回憶起初步結(jié)果出來的那一刻，程向東臉上依然難掩興奮之情。

經(jīng)過幾個月的迭代優(yōu)化，GRAPE模型在內(nèi)部驗(yàn)證中的敏感性和特異性最終達(dá)到了85.1%和96.8%。這意味著，模型的假陽性率只有3.2%。

一掃多癌

發(fā)布會上，浙江省腫瘤醫(yī)院和阿里巴巴達(dá)摩院宣布，將攜手浙江、安徽等地的合作醫(yī)院展開大規(guī)模人群胃癌篩查。

具體的篩查場景可以分為兩種。

一是將GRAPE模型直接接入各家醫(yī)院的PACS系統(tǒng)，類似一個外掛大腦。所有進(jìn)到PACS系統(tǒng)的平掃CT影像，都會交由GRAPE來識別，一旦發(fā)現(xiàn)高風(fēng)險病例，系統(tǒng)會實(shí)時提醒。

論文共同一作、浙江省腫瘤醫(yī)院胃外科博士胡燦告訴《健聞咨詢》，目前這種方式已經(jīng)在院內(nèi)運(yùn)行了一段時間，總共篩查了9600多個患者，其中有147個高危。在這147個高危患者中，有8成是已經(jīng)確診的胃癌患者，剩下的20%，他們已經(jīng)逐個電話通知，建議馬上做胃鏡診斷。

“我們把這種篩查模式稱為機(jī)會性篩查。”胡燦表示，舉個例子，一個患者因?yàn)榭人缘确尾堪Y狀，到醫(yī)院來拍了CT，但這個CT被模型無意監(jiān)控到，并告知他在胃部有一個腫瘤隱患，需要做進(jìn)一步檢查，這就是機(jī)會性篩查。“機(jī)會性篩查的特點(diǎn)是，成本很低，完全依賴已有的檢查結(jié)果，但可以發(fā)現(xiàn)潛在的問題。”

胡燦說，在這次回顧性臨床試驗(yàn)中，就有一個非常典型的機(jī)會性篩查案例，被他們寫入到了論文當(dāng)中。一個45歲的肺結(jié)節(jié)患者，在浙江省腫瘤醫(yī)院做了手術(shù)，并分別于2023年2月和10月在醫(yī)院做了CT復(fù)查，肺部無殊。2024年4月，該患者因?yàn)檫M(jìn)食梗阻來醫(yī)院就診，被確診為胃癌晚期。后來他們用GRAPE對這位患者在2023年10月的平掃CT進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)報警提示有胃癌風(fēng)險。

“也就是說，假如醫(yī)院在2023年就用上了這個模型，這個患者有機(jī)會提前半年確診，那可能還是早期，有95%以上的治愈機(jī)會。這就是機(jī)會性篩查的價值，可以改變一個人，甚至一個家庭的命運(yùn)。”胡燦表示。

另一個場景是基層篩查，指的是醫(yī)院帶著可移動的CT設(shè)備，到某個定點(diǎn)的社區(qū)或鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道，有一些有針對性的篩查項(xiàng)目。目前，國內(nèi)很多地方都有針對肺癌、甲狀腺等部位的公益性CT篩查項(xiàng)目。在不增加政府投入，也不需要老百姓做額外準(zhǔn)備的情況下，就能“無縫”接入胃癌篩查。

而無論是哪一個場景，最終指向的都是同一個內(nèi)核——一掃多癌。它聽起有點(diǎn)像“滴血驗(yàn)癌”，都是通過某一種容易的檢查方式來同時篩查多種癌癥。只是滴血驗(yàn)癌還僅是傳說，一掃多癌卻已經(jīng)照進(jìn)現(xiàn)實(shí)。根據(jù)阿里巴巴達(dá)摩院此前發(fā)布的信息顯示，其AI+CT的能力已經(jīng)至少應(yīng)用于胰腺癌、胃癌、食管癌、結(jié)直腸癌、肝癌等多個癌種。

在大語言模型的滾滾熱浪下，醫(yī)療影像AI還在持續(xù)綻放新機(jī)。正如《Nature Medicine》 在2023年10月曾為DAMO PANDA撰寫的評論文章標(biāo)題：“基于醫(yī)療影像AI的癌癥篩查即將進(jìn)入黃金時代”。