當(dāng)“無聲”癌癥遇上AI“精準(zhǔn)捕手”

今年4月15日至21日是第32個(gè)全國腫瘤防治宣傳周，主題為“早防早篩早治 同心攜手抗癌”。癌癥防治，重在“早”字。早期篩查，是提升癌癥五年生存率、減輕疾病負(fù)擔(dān)的關(guān)鍵舉措。如今，人工智能（AI）正為癌癥早篩的“早”注入更多底氣。作為發(fā)現(xiàn)早期病變的“精準(zhǔn)捕手”，AI技術(shù)助力醫(yī)生突破肉眼觀察與臨床經(jīng)驗(yàn)的局限，為傳統(tǒng)診療賦予“看得早、看得清”的能力，幫助更多患者抓住癌癥早期干預(yù)的黃金時(shí)間窗。

“平掃CT+AI”

為破解“不可能三角”提供新路徑

2023年，60多歲的黃大媽因長期咳嗽到上海長海醫(yī)院（海軍軍醫(yī)大學(xué)第一附屬醫(yī)院）檢查。本以為只是肺部小問題，未承想一次平掃CT檢查卻查出她患有早期胰腺癌。經(jīng)手術(shù)治療，黃大媽預(yù)后良好。

然而，胰腺癌患者面對的殘酷現(xiàn)實(shí)是：超過80%的患者確診時(shí)，腫瘤已像藤蔓般擴(kuò)散，失去手術(shù)根治機(jī)會(huì)。為黃大媽拉響早期警報(bào)的正是上海長海醫(yī)院的胰腺癌篩查AI模型——PANDA。

該院放射診斷科曹凱副主任醫(yī)師介紹，我國胰腺癌發(fā)病率并不算高，從衛(wèi)生經(jīng)濟(jì)學(xué)角度考慮，不適宜開展全民大規(guī)模篩查，這也導(dǎo)致胰腺癌早期篩查技術(shù)長期無明顯突破。近年來胰腺癌發(fā)病率呈上升趨勢，且早期癥狀隱匿、惡性程度高，找到準(zhǔn)確、實(shí)惠、可及的篩查方法，成為迫切需求。但這三個(gè)目標(biāo)常常是難以實(shí)現(xiàn)的“不可能三角”。

增強(qiáng)CT是診斷胰腺癌的傳統(tǒng)手段。曹凱介紹，檢查前需注射造影劑，使病灶與正常組織形成明顯對比，便于醫(yī)生發(fā)現(xiàn)異常。但該方法存在明顯短板：輻射劑量高，且造影劑有引發(fā)過敏的風(fēng)險(xiǎn)，不適合普通人常規(guī)篩查。

在曹凱看來，平掃CT接受度高、可及性強(qiáng)，是開展篩查的理想手段。但缺少造影劑，醫(yī)生僅憑肉眼很難在平掃CT圖像上發(fā)現(xiàn)微小病灶。

2019年，AI已在圖像處理方面顯示出潛力，擁有生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)背景的曹凱思考利用AI突破人眼局限，啟動(dòng)“平掃CT+AI”胰腺癌篩查研究。

模型構(gòu)建正是仿照了人的學(xué)習(xí)過程。曹凱介紹，確診胰腺癌的患者大多有多期相的CT掃描，研究團(tuán)隊(duì)將增強(qiáng)CT上清晰的病灶，精準(zhǔn)標(biāo)注到平掃CT上，作為AI的“教材”，同時(shí)整理AI誤判案例形成“錯(cuò)題集”，反復(fù)優(yōu)化模型。久而久之，AI煉就“火眼金睛”，能放大并識(shí)別平掃CT上肉眼難察的細(xì)微病變。

研究結(jié)果超出預(yù)期：PANDA模型通過平掃CT進(jìn)行病變檢測與胰腺導(dǎo)管腺癌鑒別，其準(zhǔn)確度均不遜于專業(yè)胰腺影像學(xué)專家閱讀增強(qiáng)CT的水平。全球十家醫(yī)院多中心研究證實(shí)，該模型敏感性達(dá)92.9%、特異性達(dá)99.9%。相關(guān)研究論文2023年11月發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然·醫(yī)學(xué)》。

據(jù)了解，依托上海長海醫(yī)院牽頭、該院金鋼教授領(lǐng)銜的“四大慢病”國家科技重大專項(xiàng)——“胰腺癌發(fā)病機(jī)制與臨床精準(zhǔn)診治新范式研究”，當(dāng)前研究團(tuán)隊(duì)正在借助這一模型在上海市楊浦區(qū)、浙江省嘉興市南湖區(qū)與寧波市鄞州區(qū)開展針對胰腺癌的大規(guī)模人群篩查。

曹凱表示，該模型初步打破了經(jīng)濟(jì)性、可及性、準(zhǔn)確性的“不可能三角”，為癌癥早篩探索出一條新路徑。

作為PANDA模型的聯(lián)合研發(fā)和技術(shù)提供團(tuán)隊(duì)，達(dá)摩院的目標(biāo)是通過一次平掃CT識(shí)別多種癌癥。達(dá)摩院醫(yī)療AI實(shí)驗(yàn)室多癌篩查負(fù)責(zé)人張靈告訴記者，研究團(tuán)隊(duì)針對胰腺癌、胃癌、食管癌、結(jié)直腸癌、肝癌5個(gè)癌種分別構(gòu)建起AI篩查模型，已發(fā)表多篇論文，獲得了美國食品藥品監(jiān)督管理局突破性醫(yī)療器械認(rèn)定等國際認(rèn)可。目前胰腺癌、胃癌篩查模型已進(jìn)入前瞻性臨床試驗(yàn)，其余三種癌癥的臨床試驗(yàn)即將啟動(dòng)。

“平掃CT+AI”也為多癌篩查打開了新思路。張靈介紹，此前多癌篩查多采用抽血基因測序，依賴高風(fēng)險(xiǎn)人群主動(dòng)篩查，覆蓋面有限。而我國每年開展平掃CT檢查超億次，這種“順帶篩查”的機(jī)會(huì)性被動(dòng)篩查模式，可大幅提高篩查覆蓋面。

張靈表示，研究團(tuán)隊(duì)還聯(lián)合相關(guān)醫(yī)院推進(jìn)乳腺癌、腎癌等癌種研究，深耕“平掃CT+AI”路徑，同時(shí)研發(fā)低劑量適配技術(shù)，以更低輻射實(shí)現(xiàn)更小早期病灶的精準(zhǔn)捕捉。

一管血液揪出乳腺癌早期病變

通過一管血液或尿液，借助基因測序?qū)ふ野┘?xì)胞留下的蛛絲馬跡，這類液體活檢技術(shù)也是癌癥早篩的重要路徑。而AI的加入，就像給這項(xiàng)傳統(tǒng)技術(shù)裝了“信號放大器”，能更敏銳地捕捉早期病變信號。

我國目前正廣泛開展乳腺癌篩查，但一期發(fā)現(xiàn)率僅有20%左右。浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院乳腺外科副主任倪超主任醫(yī)師介紹，目前乳腺超聲與鉬靶檢查是針對乳腺癌早期篩查的主要手段，但這些檢查往往依賴醫(yī)生的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，而篩查任務(wù)多集中于基層單位，易出現(xiàn)漏診、誤診情況。

目前兩種主流液體活檢技術(shù)在乳腺癌早篩領(lǐng)域均未取得實(shí)質(zhì)性突破。倪超解釋，基于游離DNA突變位點(diǎn)的檢測方法，在早期乳腺癌人群中的檢出率不足20%，而基于甲基化的泛癌篩查，對于乳腺癌檢查的特異性有待提高，而動(dòng)輒近萬元的檢查費(fèi)用使其難以用于人群常規(guī)篩查。

為此，浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院聯(lián)合生物科技公司，構(gòu)建了可專門識(shí)別游離DNA碎片特征的TuFEst模型，僅需少量血液，即可在一次檢測中同步實(shí)現(xiàn)乳腺癌的極早期檢測、分子分型及淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移評估。

游離DNA的碎片特征，就是識(shí)別癌細(xì)胞的“暗號”。“正常細(xì)胞和癌細(xì)胞凋亡后，都會(huì)釋放切割后的DNA片段，但兩者在片段長度、剪切位點(diǎn)等方面存在明顯差異。研究團(tuán)隊(duì)借助AI機(jī)器學(xué)習(xí)，從3000多個(gè)碎片特征里篩選出最關(guān)鍵的指標(biāo)，打造了這款乳腺癌篩查模型。”倪超感慨：“沒有AI幫忙，純靠人工找這些特征，堪比大海撈針。”

這款模型的核心巧思，在于用“廣度”彌補(bǔ)“深度”。倪超解釋，以往的基因篩查以測外顯子區(qū)域及突變點(diǎn)位為主，檢測深度達(dá)上萬×，導(dǎo)致檢測費(fèi)用高昂，而該模型采取超低深度全基因組測序，相當(dāng)于把將近2萬個(gè)基因全部測一遍，檢測層數(shù)只需0.5×～2×，即可全面捕捉游離DNA在片段大小、末端序列、斷裂模式等方面的整體特征，大幅降低檢測成本。

研究結(jié)果顯示，在26例被超聲和鉬靶均判定為良性、但后續(xù)病理證實(shí)為惡性腫瘤的影像漏診病例中，TuFEst模型成功識(shí)別出其中25例，靈敏度達(dá)96.15%，且檢出病例均為無淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移的早期腫瘤。

不過，這款模型要真正走入臨床，仍需經(jīng)過“真實(shí)世界”的考驗(yàn)。研究團(tuán)隊(duì)在構(gòu)建模型時(shí)剔除了懷孕、哺乳期、急性感染、活動(dòng)性乙肝等復(fù)雜病例，未來還將納入復(fù)雜場景進(jìn)一步提升篩查模型的普適性。目前研究團(tuán)隊(duì)正在全國多個(gè)省份開展前瞻性隊(duì)列研究，推動(dòng)其早日服務(wù)于臨床。

人機(jī)協(xié)同效果優(yōu)于單打獨(dú)斗

AI融入癌癥早篩已經(jīng)勢不可擋。中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院主力研發(fā)的宮頸癌篩查AI輔助平臺(tái)，便是典型應(yīng)用。自2020年上線以來，該平臺(tái)已成為病理醫(yī)生的“黃金搭檔”，獲得國家三類醫(yī)療器械注冊證，已覆蓋全國20個(gè)省市、百余家醫(yī)院，為宮頸癌早篩提速增效。

宮頸細(xì)胞學(xué)篩查是宮頸癌早篩的核心手段，但一張載玻片上就有兩三萬個(gè)細(xì)胞，病理醫(yī)生完成閱片需耗時(shí)3至5分鐘，而AI輔助平臺(tái)僅需1至2分鐘就能完成初篩標(biāo)注。該院細(xì)胞分子診斷中心副主任付莎坦言，AI的穩(wěn)定輸出，既讓醫(yī)生從繁瑣的基礎(chǔ)閱片中解放出來，專注于疑難病理診斷，也有效減少了人為導(dǎo)致的誤診、漏診。

目前，基于影像與液體活檢的AI早篩應(yīng)用是發(fā)展較快的兩條主流路線。記者了解到，通過呼氣、面部照相等檢測早期癌癥的多款新興技術(shù)也處于積極探索階段。專家認(rèn)為，兩條主流路線各有側(cè)重、互為補(bǔ)充，液體活檢能在分子層面更早捕捉病變信號，影像則能精準(zhǔn)定位病灶，彌補(bǔ)前者對部分癌種不敏感的短板。未來理想模式，是整合影像檢查、液體活檢及多維臨床信息，打造多模態(tài)AI篩查大模型。

AI賦能癌癥早篩的應(yīng)用之路，還有諸多痛點(diǎn)有待破解。最讓付莎憂心的是數(shù)據(jù)問題：宮頸脫落細(xì)胞標(biāo)本需經(jīng)過固定、巴氏染色制片等多步處理才能導(dǎo)入AI平臺(tái)，研究階段的嚴(yán)格質(zhì)控能保證模型精度，但全國各醫(yī)院標(biāo)本處理標(biāo)準(zhǔn)不一，可能影響該平臺(tái)的實(shí)際使用效果。同時(shí)，醫(yī)療數(shù)據(jù)涉及患者隱私，本地存儲(chǔ)壓力較大，她呼吁國家出臺(tái)相關(guān)政策進(jìn)行規(guī)范。

推動(dòng)AI癌癥早篩應(yīng)用真正落地，既需要技術(shù)持續(xù)迭代，也需要醫(yī)患同心同向、共同推進(jìn)。據(jù)了解，現(xiàn)階段部分醫(yī)生仍持傳統(tǒng)診療理念，對AI介入早篩態(tài)度保守，同時(shí)公眾認(rèn)知缺位，不少患者誤將陽性病例官方召回電話當(dāng)作詐騙信息。

曹凱認(rèn)為，現(xiàn)階段，“AI+醫(yī)生”的人機(jī)協(xié)同模式效果必然優(yōu)于AI單獨(dú)應(yīng)用。AI只能作為初篩手段，最終報(bào)告還需要醫(yī)生把關(guān)。此外，應(yīng)加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，制定科學(xué)的早期篩查策略，聚焦高危人群、采用序貫式篩查，讓篩查更具科學(xué)性和經(jīng)濟(jì)性。

文：健康 報(bào) 記者 吳倩

制圖：于洋

? ? ?編輯：肖琰（實(shí)習(xí)）

校對：楊真宇

審核：李明炫 徐秉楠