顯微鏡也會自動“看病”了,還可以自動刷查癌癥。

只要病理切片往顯微鏡下一放,就能實時檢測、識別出病變細胞,分類計數指標,并將相關數據直接反饋到目鏡上……

近日,寧波光學龍頭舜宇光學科技與騰訊、金域共同研發的中國首款智能顯微鏡,獲得 NMPA注冊證,成為國內首個獲準進入臨床應用的智能顯微鏡產品。

1

癌癥被稱為“眾病之王”,盡早檢測診斷是有效救治的重要途徑。一般來說,癌癥的檢查和診斷依賴于病理學檢查。而在病理學檢查過程中,顯微鏡觀察是必不可少的步驟。鐘南山院士曾表示:“臨床病理水平是衡量國家醫療質量的重要標志。”

但目前的癌癥病例篩查,無論在技術上還是人力上都存在瓶頸。據統計,中國目前僅有 1.5萬名病理醫生,缺口近10萬,供需極不平衡。因此,舜宇早在2018年就聯合騰訊、金域開始研發這款產品。

這款顯微鏡集成了目前病理分析與診斷方面的最新技術,并針對病理醫生工作流程和習慣進行多次產品迭代,現已支持乳腺癌免疫組化(IHC)Ki67(腫瘤細胞增殖指數)、ER(雌激素受體)、PR(孕激素受體)和 Her2(細胞表面生長因子2)等常用核染色和膜染色量化分析場景的判讀。

以前,病理醫生要花大量的時間和腦力,并依靠經驗在顯微鏡下識別和判斷病變組織,也只能粗略估算其細胞數量,分析結果可能還因醫生經驗不同而有所差別。現在,有了智能顯微鏡,如金域病理專家丁向東主任評價的那樣:“醫生只要用腳輕輕一踏,智能顯微鏡就會將分析結果和判斷實時精確地呈現在顯微鏡視野內,醫生不需要再來回看顯微鏡和電腦顯示屏,操作非常簡單。”

該產品在測試中被證明能有效提升病理醫生的工作效率、病理分析的精確度和一致性,有望緩解醫院(尤其是基層醫院)病理醫生數量短缺且經驗不足的問題,也是精準醫療從前沿研究走向落地探索的一個良好例證。

2

近年來,隨著機器學習與大數據技術的發展,以計算機視覺為首的AI技術已展現出了在病理診斷應用上的巨大潛力。

機器視覺的能力有多強?國際組織SKA(平方公里射電望遠鏡)合成的有20萬顆星星的南半球星空圖是測試AI性能的標尺。當前條件下,要從這20萬顆星星中找出某種特征的星體,一位天文學家需要169天才能完成,而利用AI技術只需1秒。

當這種能力賦予醫學顯微鏡時,可以做到多項突破——避免IHC結果判讀的人為差異,提高判讀結果的可靠性,提升病理診斷質量。這對于病理醫生稀缺的基層醫院尤為有幫助;智能判讀將節省稀缺病理醫生資源,使其投入更需要的服務之中;為病理免疫組化染色的質量評估做精確定量的質量控制;為醫學科研和藥企提供免疫組化精準定量檢測服務,為新藥研發的相關免疫組化研究提供客觀性可靠的證據。為腫瘤患者提供分子靶向治療及免疫治療等相關精準定量的免疫組化檢測服務。

病理醫生與智能顯微鏡結合的工作模式,體現了“人+AI”的全新工作模式,讓病理醫生和人工智能各自發揮所長,全面提升效率。

智能顯微鏡目前使用了離線運算版本,騰訊AI Lab還研發了一套基于深度學習方法的升級版算法,具有更高精準度和升級潛力,期待能盡早通過認證后推向市場,輔助醫生診斷。金域病理專家羅丕福主任說:“該算法技術的應用,能夠讓病理診斷水平和能力更加匱乏的基層醫院病理醫生受益,更準確的診斷結果最終使腫瘤患者受益。”

精準醫療是未來醫療發展大趨勢,而智能顯微鏡則是其發展的一個縮影。

3

能有這樣突破性的新產品問世,并獲得NMPA注冊證源于舜宇、騰訊、金域三方的強強聯手。

舜宇光學科技提供了領先的定制化的硬件方案。比如,針對光學成像環境不一致情況,配備了聚光鏡和光闌;針對醫生使用時不斷切換物鏡倍率的習慣,專門開發了倍率記憶裝置,能在醫生選擇倍鏡時調整至對應亮度,并直接傳送倍率信息給算法進行分析。此外,還針對醫生使用場景,對目鏡裝置高度和光源設計進行了優化。

騰訊AI Lab提供了領先的AI算法及軟件解決方案。在采集訓練數據時,選擇讓機器使用主動學習和難例挖掘的方案,不打擾醫生的工作流程,也減輕醫生手動標注數據的負擔;采用先進的模型設計方案,讓算法模型在保證準確度的前提下能滿足300毫秒內完成IHC全視野實時分析的要求;借助遷移學習并使用生成對抗網絡(GAN)歸一化鏡下圖像,使得算法能對不同醫院和不同制片方式實現良好兼容,提升了算法的穩健性和通用性。

金域醫學貢獻了病理方面的專業知識與專家資源,確保顯微鏡能支持多種病癥場景的判讀,并輔助算法訓練取得良好效果,還能使產品緊密貼合醫生的工作流程與習慣。

據舜宇光學科技Charles介紹,未來將聯合騰訊AI Lab和金域醫學根據實際應用的需求迭代產品,并計劃與多家機構合作,推進智能顯微鏡在乳腺癌、肺癌、結直腸癌、胃癌等中國高發疾病的病理學中的研究與應用,力求為醫生、患者和社會創造更大的價值。