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天坛医院王硕教授团队携手同心智医开发动脉瘤风险评估AI模型

来源:互联网    作者:      2022年06月13日 10:40

导语:

动脉瘤患者的动脉瘤破裂风险有着潜在的灾难性后果,医生非常需要一种能够可靠地检测和增强临床医生表现的自动检测工具。而基于大数据的未破裂颅内动脉瘤稳定性量表,如PHASES破裂风险量表、ELAPSS生长风险量表、Juvela量表等,在行业内得到一定的认可。

据了解,北京天坛医院神经外科主任医师王硕教授,在2019年就带领团队与同心智医共同启动开发动脉瘤AI产品“颅内动脉瘤风险评估人工智能模型”。

对此,神外世界就该动脉瘤AI模型开发的初衷,功能特点、临床应用情况及后续发展规划等问题对王硕教授进行了深度专访。

神外世界:您在2019年牵头与同心智医共同启动开发动脉瘤AI产品“颅内动脉瘤风险评估人工智能模型”,您当时开发的初衷是什么呢?这个AI影像软件是否纳入这些量表的指标,预测准确性如何?

王硕教授:其实颅内动脉瘤是一种良性疾病,但随时可能破裂,一旦破裂可能危及患者的生命。据国际上统计,在50岁以上的人群中,患病率大概是3.2%,意味着100万人有3.2万人患病。但动脉瘤破裂率其实并不高,虽然患病率达到3.2%,但真正破裂率不高,100万人中大概每年仅有80人发生破裂,可是动脉瘤一旦破裂出血,大概有近三分之二的人会死亡或重残。

随着科技的发展,无创的血管影像不断地完善,现在的核磁影像还包括CT影像,越来越多地应用于临床,发现了大量的未破裂动脉瘤。在上海一个社区调查中,中国人群大概有7%的人存在颅内动脉瘤,这个比例是相当高的。所以,对于这些未破裂动脉瘤,是为了防止其破裂出血而积极干预,还是因为无症状或未破裂而临床观察。说实话,这一直困扰着我们的患者和医生。因为一方面如果动脉瘤一旦破裂,可能危及患者生命;而另一方面,未破裂动脉瘤采用手术治疗方式,虽然死亡率极低,但术后并发症大概有10%-15%。换句话说,就是对于未破裂动脉瘤手术的效果,还存在一定风险,因为并不是所有的未破裂动脉瘤患者都能接受手术治疗而获益。所以对于未破裂动脉瘤,准确地预测其破裂的风险是我们所追求的。

既往的研究也出现了一些评估动脉瘤破裂风险评分,比如现在常用的PHASES评分还有ELAPSS评分,它们过去主要是依靠既往是不是动脉瘤,有没有出血的病史,有没有家族史,动脉瘤大小,形态,位置,年龄甚至种族,还有很多因素,比如既往有没有高血压等。现在来看,这些评分都有一定局限性。因为这些评分都是外国人做的,纳入中国人群很少,可能不太符合中国人特点。

在既往的研究中,我们发现这些模型预测准确度、精准度不足,还有些欠缺,在临床指导工作方面受技术条件限制,当时有些因素我们没法纳入,这些评分标准确实还是有些局限性。随着科技的发展,计算机技术应用越来越广泛,随着血流动力学分析和动脉瘤壁成像技术等等的出现。我们真正评估一个动脉瘤,不光要从外形来看,也需要从内部来看它血流动力学,还有对这个血管壁形态等,可以从不同的角度提示动脉瘤生长破裂的风险,提高预测动脉瘤的精准度。

因此,仍需要我们进一步深入研究,我们构建了中国人自己的一个颅内动脉瘤风险评估系统,就刚刚说的和同心智医联合开展了一个百家登记平台,我们能在既往的中国颅内动脉瘤风险预测基础上,进一步深入探讨中国人未破裂动脉瘤自然史的特点,扩大队列人群的广度,还有就是纳入考虑因素的深度。我们目前与同心智医一起合作开发了颅内动脉瘤风险评估人工智能模型。该模型可以可靠地预测未破裂动脉瘤两年内的生长破裂风险,其准确度可以达到85%以上,敏感度可达90%,特异度可达到80%。因此这个人工智能模型可以作为临床判断颅内动脉瘤风险的一个工具,及时提示高风险动脉瘤来指导临床工作,这样避免动脉瘤一旦破裂还没有预测到的结果,这是我们最终建立这种模型的一个初衷。

神外世界:目前对于未破裂颅内动脉瘤,国内绝大部分医院是如何应对的呢?目前的检测工具有吗?

王硕教授:严格说目前国内还是刚才说的那几个评分表,就是刚才说一般的6项,7项甚至10项,主要根据家族史、自然史还有既往有没有动脉瘤破裂的病史,还有动脉瘤大小,形态位置,形状这几个因素来判断动脉瘤什么时候破裂。所以基本都还是过去常用的评分表。真正用人工智能软件评分,现在各个医院基本都基本没有做到。

神外世界:请问医生在临床判断破裂风险上,医生临床经验与AI软件的相互关系是什么?是替代还是辅助的关系,您团队和同心智医共同开发的AI软件又是如何在临床实际应用的?

王硕教授:我们开发了很多的人工智能软件,开发软件的关键是怎么样在临床上让医生能应用。我觉得很多软件还是一个辅助的作用,是帮助医生的,因为人现在还不能被AI替代,也是替代不了的,临床医生的经验是非常重要的。所以我想软件主要是一个辅助项目,由AI来辅助临床诊断,因为AI往往总结了大中心、高年资医生经验,我们通过训练和学习来构建一个智能的模型,在不断的学习反馈中完善其内在算法,从而达到或者接近甚至完全可以模拟大中心或者高年资医生的经验的一个目的。

其实它的应用可以明显提高基层医生的诊疗水平,这对于二级医院或者三级医院以及一些低年资医生具有重要意义。所以,我们开发颅内动脉瘤的风险评估人工智能模型是纳入了中国两大人群的一个大型的未破裂动脉瘤,大概1,000多个病例,学习和模拟了未破裂动脉瘤的自然史,并根据动脉瘤的特点进行了个体化分析。其实并不仅是动脉瘤特点,包括大小、形态位置,还包括了血流动力学还有瘤壁的一些特点,进行了个体化的分析。从而针对患者给出具体的、高度个体化的手术规划方案,从而辅助医生做出更精准的判断,指导病人是该近期手术,还是临床再观察一段时间。

我们团队也有一些经验,有些案例来分享一下。我们在2019年初诊发现一个动脉瘤,这个动脉瘤是体检时发现的,是未破裂动脉瘤。患者女性,63岁。因为她是体检发现,所以我们做了人工AI的评估,从各方面分析提示动脉瘤破裂风险较高。换句话说,它不稳定且风险较高,尤其两年内进展的风险比较大,所以当时建议她做手术治疗。但是,因为病人首次发现,并且无症状,所以她当时考虑到手术风险就决定再观察,当时就签字观察了。6个月后再给她做CTA,在随访结果显示动脉瘤一年以后明显生长而且是一个多囊性的。然后我们将两次片子对比,建议患者积极手术治疗,最后这个病人积极做了手术治疗。确实在术中也看到了动脉瘤,并且发现新长了一个像子囊,比较红,很容易破裂。这与临床所见比较相符,所以我们就觉得这个只是一个辅助,可以帮助医生提高判断准确性。

神外世界:天坛医院目前对于未破裂动脉瘤的患者,尤其是门诊发现的,我们现在都在用这个AI智能软件辅助评估吗?

王硕教授:还没完全做到,现在还是在临床上处于后台使用阶段。因为人工智能软件是高年资大夫或者大中心的经验积累。所以我们现在后台逐渐让它深化学习,完善它的算法来不断提高精准度。我们现在已经可以针对未破裂动脉瘤出破裂风险报告。报告里有一个准确度,一个特异性都给到病人,来让病人看到更直观、更可靠的动脉瘤发展结果。

神外世界:对于一个未破裂动脉瘤的患者,我们团队使用的这个软件大概要多长时间能给出报告?

王硕教授:患者的资料,比如CTA、自然病史、,包括血流以及血管壁的结构等,我们将资料汇总以后,先通过算法分析后(5-10分钟),再由医生审核后出具分析报告,整个过程大概需要半天左右。

神外世界:智能软件分析所需的数据主要是CTA 的数据,还需要什么数据吗?

王硕教授:过去这些平常说的动脉瘤的评分表,这些数据也是非常重要的。但是现在随着科技发展,我们现在把它纳入更多的一个深层的数据,就真正的血流方向。因为动脉瘤基本生长的位置都在血流改变的位置。所以我把这血流数据拿到了,再把动脉瘤管径,比如瘤颈和动脉瘤的直径,还有我们关键看动脉瘤瘤壁,就是动脉瘤瘤壁的厚度,有无强化,有无薄弱点。所以我们不光看到这个CTA,就是我们CT成像数据,我们可能还有血流数据,还有包括我们的高分辨核磁的数据,都要进行把它融合在一起,进行多维度、多角度的评估。当然数据越多,可能获得的判断越准确,所以可能还更需要更多的数据。

神外世界:您谈到,未破裂动脉瘤采用手术治疗方式,术后并发症大概有10%-15%。如果我们这个智能软件普及真正在临床上使用后将在哪些方面有多提高呢?

王硕教授:我们开发人工智能软件判断系统,说实话关键是解决对未破裂动脉瘤是否去干预的问题。因为刚刚我说了,虽然中国人大概在社区发现7%的患病率,但真正动脉瘤破裂率并不高。100万人每年大概只有有80个病人破裂,绝大部分都不破裂的,最基本的目的是把80位挑出来,在破裂前对它进行干预,避免它自然破裂导致的高死亡率、高致残率,这是我们的初衷。真正就手术而言,包括血管内治疗、血管外治疗,对治疗方法来说,总的死亡率基本很低,真正的致残率在10%-15%,其实这方面我觉得改善的并不是太多,主要我们把这个80病人挑出来,这是我们工作的重点。

神外世界:请问动脉瘤的患病率是100个人就有7个吗?

王硕教授:对,这是国际上的数据。大概是50岁成人大概是3.2,就100个人有3.2个人患病。但从我们中国上海一个社区调查来看,其实中国数据还真是比较惊人,达到7%。这确实很高。

神外世界:由于动脉瘤的患病率较高,普通人群的体检您是否建议做 CTA来评估是否患动脉瘤呢?如果这样,我们做这个 AI 产品,可能辐射面会更大,您觉得呢?

王硕教授:其实如果医疗条件达到了,CTA是无创检查,正常人群的健康体检时完全可以做一下。但是现在对中国来说,确实医疗资源还是相对比较紧张的。所以我们一般主要对这些有家族史的人检查,因为动脉瘤还是有一定遗传倾向的,像日本和芬兰是动脉瘤发病率非常高的国家。所以它主要对那些高发病率的人群提倡进行颅内血管影像检查。

在国内,医疗资源相对来说还是相对比较紧张情况下,我不太建议所有人都去做这个常规的脑血管影像检查。我想比如有家族史(比如高血压病史)的病人或者年龄50岁以上的病人多去关注。给这类人群体检的时候,看能不能做血管影像,颅内血管影像检查。如果对全部人群都开放我想那最好了,但是我想我们现在的医疗条件可能还达不到。

神外世界:您提及国际上动脉瘤有地域分布特点,那么中国有没有地域分布呢?某个地方动脉瘤发病率偏高一些,这些地方是不是应该普及CTA。

王硕教授:确实,您说的问题属于流行病学调查,就是流调。中国现在确实还没有完整的一个数据,所以刚才我提那个上海一个社区流调,相当于封闭社区的一个流调,大概7.0。但全中国现在还没有这个数据,确实非常遗憾。

神外世界:能否介绍一下,您带领团队与同心智医共同开展的“中国百家中心的未破裂颅内动脉瘤网络登记人工智能平台”这个项目是什么?进展如何?未来还有哪些打算?将要实现什么样的目标?

王硕教授:我们想开发一个人工智能软件,用这个软件来评估颅内未破裂动脉瘤,它在近期或2年、3年、5年,它有没有破裂的可能。如果它有破裂可能,我们就要积极去干预;如果没有破裂可能,就可以就让它去临床观察,采用临床观察,定期复查,这是我们的初衷。就是所以刚才我说的,我把这100万人里头80个要破裂的给挑出来,通过这个软件来办这个事。

目前这个软件我们已经设置出来了,现在开展了中国百家中心的未破裂颅内动脉瘤网络登记人工智能平台,这个其实已经开始有段时间了,一期的工作已经结束了。我们当时研究已经纳入了18家区域中心的医疗中心,涵盖了全国13个省市,通过网络平台共同登记和随访,随访了516个符合要求的未破裂颅内动脉瘤。在随访两年后,大概只有2%的动脉瘤发生了破裂出血等,有11%的动脉瘤发生了形态学的改变。

在此技术上,我们准备开展一个二期的研究,在此我们希望有更多的单位来参与颅内动脉瘤人工智能风险评估的平台,来评估动脉瘤并且实时观察印证人工智能平台的可靠性。因此,我们通过这个全国性项目,希望能形成中国的未破裂动脉瘤自然史的大数据网络的基础,深化合作,将我们这个AI技术,将天坛的经验推广到全国,形成一个颅内动脉瘤分级管理模式。

紧跟国家医改形式,对于一个高风险动脉瘤,我们积极去外科干预;对低风险动脉瘤,可以采用保守治疗,以预防为主来改变现在未破裂动脉瘤的治疗现状,所以这个是我们的一个初衷,也是我们真正设计这个实验或者这个队列的目的和意义。

神外世界:经过“中国百家中心的未破裂颅内动脉瘤网络登记人工智能平台”这个项目,是否可以得出来哪些动脉瘤更容易破裂,给基层医院提供临床性的指导,比如说这个未破裂动脉瘤是什么形态的,更容易破裂呢?

王硕教授:其实我们这个设计软件的目的就是把临床上发现的未破裂动脉瘤来判断它在近两年或三年五年有没有破裂的可能,以此来指导病人需要不需要去干预,是积极干预,还是暂时的一个保守治疗,还是进行临床观察,所以这是我们的初衷。

现在通信技术、网络技术、5G发展得非常快,所以时空距离不算什么事情。所以这个软件如果一旦应用之后,基层医院完全可以把病人基本的数据,多因素、多角度、多维度的数据源上传到我们中心来,我们马上可以给它进行处理,根据它提供的数据,包括我们的自然史、病人数据,家庭背景数据,动脉瘤数据,进行多维度的处理,就可以得出这个病人的动脉瘤有没有可能在近期破裂,两年破裂率多少,三年破裂率多少,五年破裂率多少,以此来指导基层医院的医生去给病人做指导,所以这是我们最基本的初衷。现在远程医疗的方式,可以将各医院形成一个医疗复合体,病人足不出户享受优质资源,这也是我们的一个初衷。

神外世界:对于基层医院、偏远地区的未破裂动脉瘤的远程诊断,有哪些技术支持计划?

王硕教授:现在5G技术,传输跟距离已经不成问题,远程指导做手术都可以完成,其实就是一个传输技术快。我们现在所开发的AI智能对动脉瘤来说就是通过5G传输技术,用远程医疗方式给到基层医院,使它享受大医院的中心医院或者高年资医生的经验,这样可以使患者真正受益,所以这也是一种同质化医疗的一个目标。

神外世界:这个 动脉瘤AI产品出来的报告是需要医生参与去读片吗?还是自动生成的呢?

王硕教授:像我刚说的医生和软件的关系,其实软件是辅助医生的。我觉得这个软件特别是对基层医院,因为它的治疗经验可能相对不足,但我用软件去帮助它,提高它的诊断和治疗的经验,这样是我们最好的一种方法。所以我想这个软件,其实真正是帮助医生来提高他的诊疗水平,这是最终的一个目的。

神外世界:天坛医院神经外科,在复杂动脉瘤手术上的发展方向?

王硕教授:其实动脉瘤一般可以简单分成相对比较普通的简单动脉瘤还有复杂动脉瘤。从目前来说,这么多年医疗的发展,技术发展器械的发展,目前来说对普通的简单动脉瘤,无论是手术治疗还是血管内治疗,其实都趋于成熟,现在死亡率、致残率都非常低了。

但是目前对于复杂的一些动脉瘤,可能还需要我们进一步探讨,因为这种复杂动脉瘤采取单纯的手术治疗,开刀治疗或者血管治疗,都不能获得比较满意的效果。所以在十三五期间的我们天坛医院神经外科将血管内治疗和血管外治疗,就是开刀和介入治疗,进行了一个有机结合,也就是采用了一个符合手术的理念,充分发挥手术和介入治疗两者优势。我们把过去不同的空间,现在放到一个空间来,大家共同去完成这一个复杂动脉瘤,所以我们开展了一个复杂动脉瘤全面的诊疗上。比如这些巨大动脉瘤载瘤动脉很深的,过去单纯手术可能很费劲,显露很困难,介入栓塞也很困难,就是支架搭不上去,所以这时候我们可能通过介入技术,先通过介入把动脉瘤临时阻断一下,降低动脉瘤术中的破裂风险,然后再手术把它完全分离出来,把它夹闭或者重塑,这样来降低出血的风险。

对一些相对复杂动脉瘤,我们可以采用不同的血流重建,这个重建包括血管内的搭桥就是支架,还有血管外的架桥来保证血流畅通,这些措施都有利于术后病人整体的预后,降低病人的死亡率、致残率。

我们现在主要对复杂动脉瘤开展复合手术,就是把开刀和介入治疗两个结合在一起来,明显提高手术疗效,所以这我觉得这是复杂动脉瘤的一个发展方向。

专家简介TITTLE

王硕 教授

1.神经外科教授、博士生导师,主任医师

2.国家神经系统临床研究中心PI

3.英国皇家医学会外籍会员

4.现任中华医学会神经外科学分会主任委员,中国卒中学会脑血管病外科分会主任委员,首都医科大学神经外科学院副院长,首都医科大学附属北京天坛医院神经外科主任,脑血管病病房主任

5.主要从事脑血管疾病及颅内肿瘤的外科治疗和研究工作,率先在国内建立了比较完善的微创神经外科技术平台,在脑血管病手术中运用功能磁共振、神经导航、荧光造影、电生理监测、激光多普勒脑血流监测等辅助技术,大大提高了脑血管病的手术安全性和效果。同时还从事了一系列脑血管病发病机制的研究,包括颅内动脉瘤的形成和破裂机制、脑血管畸形的分子病理学研究

6.现已获得国家及省部科技奖励13项,其中获国家科技进步二等奖3次

7.以第一作者或通讯作者在Cardiovascular diabetology、Stroke和Translational stroke research等高影响力学术期刊上发表论文120余篇。担任主编和副主编出版专著8部、教材4部。先后主持和完成了国家“十三五”重点研发计划、国家“十二五”支撑计划、国家自然科学基金、北京市科委重点项目等多个相关的实施

8.现主持一项国家自然科学基金和一项“十四五”国家重点研发计划“常见多发病防治”课题

9.现担任Frontiers in Immunology、Frontiers in Aging Neuroscience、Frontiers in Neurology和Brain Sciences的客座主编、《中华神经外科杂志》副主编、《中华神经外科杂志(英文版)》副主编、《中国脑血管疾病杂志》副主编、《中华脑血管病杂志(电子版)》副总编辑和《中华医学杂志》编委

10.先后获得“北京市跨世纪优秀人才”、“北京市‘十百千’计划人才”、“卫生部有突出贡献中青年专家”、“‘卫生部抗生素临床合理应用全国普及计划’核心专家”、“卫生部人才中心全国领域专家”和吴阶平-保罗杨森奖


(文章为作者独立观点,不代表艾瑞网立场)
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