機(jī)器大腦，到底會(huì)不會(huì)比人類自身更了解人腦？

    6月30日，“AI+醫(yī)學(xué)影像”的又一突破性新科技亮相中國卒中學(xué)會(huì)第四屆學(xué)術(shù)年會(huì)暨天壇國際腦血管病會(huì)議2018（CSA&TISC2018）。由國家神經(jīng)系統(tǒng)疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心、首都醫(yī)科大學(xué)人腦保護(hù)高精尖創(chuàng)新中心和中國卒中學(xué)會(huì)聯(lián)合主辦的“Chain”杯全球首場神經(jīng)影像人工智能人機(jī)大賽全球總決賽落下帷幕。

    正式比賽分為兩組，A組于下午14：05率先開場，對(duì)戰(zhàn)主題為：顱內(nèi)腫瘤CT、MRI影像判讀人機(jī)大賽。15名“人類戰(zhàn)隊(duì)”成員（全國線上預(yù)賽產(chǎn)生的優(yōu)勝者6名、國內(nèi)神經(jīng)疾病排名前列的專家7名+國外知名醫(yī)院專家2名）組團(tuán)應(yīng)戰(zhàn)“BioMind天醫(yī)智”。本組比賽試題共225題，人類選手每人回答15題，“BioMind天醫(yī)智”回答225題，最終以人類選手整體成績 VS “BioMind天醫(yī)智”成績。

    隨后的B組比賽于15：00接續(xù)進(jìn)行，比賽聚焦在腦血管疾病CT、MRI影像判讀及血腫預(yù)測(cè)方面，此次對(duì)陣“BioMind天醫(yī)智”的為10名人類神經(jīng)影像領(lǐng)域“大咖”（國內(nèi)神經(jīng)疾病排名前列醫(yī)院專家8名+知名醫(yī)院的專家2名）。B組比賽中，每名人類選手都與“BioMind天醫(yī)智”一樣，完成30道題的挑戰(zhàn)，最終以人類選手整體成績 VS “BioMind天醫(yī)智”成績。

    此次比賽中，A組試題為北京天壇醫(yī)院神經(jīng)影像學(xué)中心主任高培毅教授從天壇醫(yī)院腦腫瘤病例庫中隨機(jī)挑選，B組為北京天壇醫(yī)院常務(wù)副院長王擁軍教授從國家神經(jīng)系統(tǒng)疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心腦出血病例庫隨機(jī)挑選，兩組試題均非AI訓(xùn)練試題，為保證試題的保密性，來自北京市長安公證處的公證人員為試題挑選、封存進(jìn)行了公證。

    本次比賽前，公證人員正式為試題解封，并交付本次決賽評(píng)審專家，進(jìn)行最終題目抽取。據(jù)了解，由于本次比賽使用的病例均為北京天壇醫(yī)院病例庫中回顧性病例，因此最終評(píng)判結(jié)果以醫(yī)院最終病理結(jié)果為準(zhǔn)。為保證準(zhǔn)確性，選手開始答題后，評(píng)委還將對(duì)試題結(jié)果進(jìn)行二次審核。

    經(jīng)過緊張而激烈的角逐，最終醫(yī)療AI以高出20%的準(zhǔn)確率戰(zhàn)勝了兩組共25名醫(yī)生。

    近年來，隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，人工智能在不同領(lǐng)域皆收獲了廣泛的應(yīng)用。從人臉識(shí)別系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)、智慧物流系統(tǒng)，到可穿戴設(shè)備、虛擬陪護(hù)、家居照料等各類智能機(jī)器人的出現(xiàn)，人工智能的產(chǎn)品已經(jīng)越來越頻繁的出現(xiàn)在人們的生活之中。

    2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，工信部印發(fā)《促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020年）》，今年4月，國辦進(jìn)一步推出《促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療健康發(fā)展的意見》，著力推動(dòng)我國人工智能領(lǐng)域在技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用層面取得突出成果。

    其中《促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2018-2020年）》明確提出，發(fā)展醫(yī)療影像輔助診斷系統(tǒng)，支持腦、肺、眼、骨、心腦血管、乳腺等典型疾病領(lǐng)域的醫(yī)學(xué)影像輔助診斷技術(shù)研發(fā)，加快醫(yī)療影像輔助診斷系統(tǒng)的產(chǎn)品化及臨床輔助應(yīng)用。到2020年，國內(nèi)先進(jìn)的多模態(tài)醫(yī)學(xué)影像輔助診斷系統(tǒng)對(duì)以上典型疾病的檢出率超過95%，假陰性率低于1%，假陽性率低于5%。

    相較理解人類指令、完成單一任務(wù)，AI究竟能否利用自身在圖像識(shí)別領(lǐng)域的持續(xù)快速發(fā)展，在醫(yī)學(xué)影像診斷和預(yù)測(cè)方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破，從而進(jìn)一步提高診斷效率和準(zhǔn)確率，為解決我國醫(yī)學(xué)影像醫(yī)生缺口大、基礎(chǔ)工作繁瑣、信息化程度低等難題提供更優(yōu)質(zhì)的解決思路？

    6月30日，全球首場神經(jīng)影像人工智能人機(jī)大賽總決賽中首次正式亮相的神經(jīng)影像AI輔助診斷系統(tǒng)——“BioMind天醫(yī)智”由全球首家神經(jīng)疾病人工智能研究中心和首都醫(yī)科大學(xué)人腦保護(hù)高精尖創(chuàng)新中心共同研發(fā)完成，也是目前全球首款頭部疾病（涵蓋腦腫瘤、小血管病變、大血管病變、腦卒中等）MRI、CT影像人工智能輔助診斷的整體應(yīng)用產(chǎn)品。

    近半年來，通過對(duì)北京天壇醫(yī)院近十年來接診的數(shù)萬余神經(jīng)系統(tǒng)相關(guān)疾病病例影像的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，“BioMind天醫(yī)智”在腦膜瘤、膠質(zhì)瘤等常見病領(lǐng)域的磁共振影像診斷準(zhǔn)確率已達(dá)到90%以上，相當(dāng)于一個(gè)高級(jí)職稱醫(yī)師級(jí)別水平，實(shí)力不容小覷。

    與其對(duì)應(yīng)，此次出場應(yīng)戰(zhàn)的“人類戰(zhàn)隊(duì)”，則由25名全球神經(jīng)影像領(lǐng)域頂尖專家、學(xué)者、優(yōu)秀臨床醫(yī)生組成，他們中不乏擁有幾十年臨床工作積累的影像學(xué)“大咖”，以及有志于AI系統(tǒng)研究的青年科技人才。經(jīng)過前期招募、預(yù)賽及定向邀請(qǐng)，大賽當(dāng)天，他們代表人類神經(jīng)系統(tǒng)影像診斷研究領(lǐng)域最高水平與“BioMind天醫(yī)智”決一勝負(fù)。

血腫擴(kuò)大測(cè)試賽 AI已實(shí)現(xiàn)三場連勝

    面對(duì)新一代AI產(chǎn)品“扎堆兒”進(jìn)入大健康領(lǐng)域，怎樣能夠打通AI和醫(yī)生之間學(xué)習(xí)方法、專業(yè)概念和邏輯限制等方面的障礙，讓AI擺脫“雞肋”狀態(tài)，真正成為醫(yī)生得力的助手，臨床上能夠落地解決實(shí)際問題的產(chǎn)品，是許多研究團(tuán)隊(duì)共同的困惑。

   “BioMind天醫(yī)智”和北京天壇醫(yī)院的合作也經(jīng)歷了這樣一個(gè)過程。“最開始AI團(tuán)隊(duì)帶來的一些已知的算法和常規(guī)的思路，無法為醫(yī)生所理解。而AI團(tuán)隊(duì)又對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的特殊性一頭霧水，需求無法匹配。”國家神經(jīng)系統(tǒng)疾病臨床研究中心大數(shù)據(jù)中心主任李昊表示。

    經(jīng)過幾個(gè)月的努力，國家神經(jīng)系統(tǒng)疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心每一個(gè)課題組都派出了至少一名業(yè)務(wù)出色的醫(yī)生，緊密對(duì)接AI團(tuán)隊(duì)的每個(gè)工作組，常駐例會(huì)、加強(qiáng)磨合，盡量把專業(yè)特點(diǎn)、疾病特點(diǎn)、技術(shù)特點(diǎn)都溝通清楚，相當(dāng)于給AI團(tuán)隊(duì)進(jìn)行一次醫(yī)學(xué)“集訓(xùn)”。“在此基礎(chǔ)上，我們對(duì)AI原本的算法進(jìn)行一些針對(duì)性的改進(jìn)。從目前的水平來看，進(jìn)步是非常明顯的。”李昊介紹。

    以此次決賽中B組比賽主題為例，24小時(shí)內(nèi)預(yù)測(cè)患者顱內(nèi)血腫是否擴(kuò)大并及時(shí)干預(yù)，是臨床降低腦出血患者死亡率的重要措施。然而臨床中，雖然血腫擴(kuò)大可通過降低血壓、早期用止血藥物預(yù)防，但如果預(yù)測(cè)失誤，盲目用藥降低血壓，也存在出現(xiàn)外周缺血、血栓等情況的風(fēng)險(xiǎn)。

    目前臨床上的預(yù)測(cè)方法是注射碘造影劑，最佳陽性預(yù)測(cè)率約為70%。而AI通過對(duì)海量疾病信息的深度學(xué)習(xí)，血腫擴(kuò)大陽性預(yù)測(cè)率或可達(dá)85%-90%；且AI預(yù)測(cè)無需給患者注射造影劑，降低潛在的腎臟損害或適合碘過敏不能耐受者。

   “這種在許多臨床專家看來都是很難的課題，但通過學(xué)習(xí)大量病例數(shù)據(jù)，AI可以掌握的比人更好。在學(xué)習(xí)中，我們不僅給了AI一些回顧性的病例，也提供了一些前瞻性臨床病例的同步數(shù)據(jù)，不停的來加強(qiáng)它的理解能力。通過決賽前舉行的3組測(cè)試賽結(jié)果來看，AI預(yù)測(cè)的速度和準(zhǔn)確率上都完全戰(zhàn)勝了人類。我們希望未來，它可以準(zhǔn)確的提示醫(yī)生，患者24小時(shí)內(nèi)血腫擴(kuò)大的幾率非常大，需要盡快采取更積極更果斷的治療方式。”

切磋技藝讓更多醫(yī)生體驗(yàn)人工智能的魅力

    對(duì)于“BioMind天醫(yī)智”在神經(jīng)影像輔助診斷領(lǐng)域取得的飛速發(fā)展和驚人成績，北京天壇醫(yī)院常務(wù)副院長王擁軍并不意外。

   “北京天壇醫(yī)院每年接診來自全國各地的神經(jīng)系統(tǒng)疑難雜癥患者30 萬人次，開展手術(shù)1萬余例，擁有全國最大的腦病組織樣本庫及血樣樣本庫。依托頂尖專家對(duì)大量病例的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)注，‘BioMind天醫(yī)智’才能在短短幾個(gè)月的時(shí)間內(nèi)，不斷提升疾病診斷效率和準(zhǔn)確率。它可以學(xué)到很多醫(yī)院多年都見不到的罕見、疑難病例，在神經(jīng)領(lǐng)域的研究開發(fā)和學(xué)習(xí)深度上，擁有先天優(yōu)勢(shì)和大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。”

    賽前，不少專家對(duì)比賽結(jié)果都給出了自己的預(yù)測(cè)。作為本次決賽的評(píng)委之一，中國醫(yī)師協(xié)會(huì)神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師分會(huì)會(huì)長、重慶醫(yī)科大學(xué)神經(jīng)科學(xué)中心主任、國家973項(xiàng)目首席科學(xué)家謝鵬教授表示：“對(duì)已有知識(shí)的診斷來說，從大數(shù)據(jù)深度學(xué)習(xí)的概率上看，AI獲勝的幾率要大的多，它應(yīng)該是了然于胸的。但在一些新的、特定的、目前醫(yī)學(xué)界也還沒有沒有太多共識(shí)的疾病領(lǐng)域，AI可能還“搞”不過人類。即使是AI全勝的圍棋比賽中，一場下來幾十手的交戰(zhàn)中，我從不認(rèn)為人類的每一步棋都是輸給計(jì)算機(jī)的，有些地方，人類比計(jì)算機(jī)的思路更精妙。”

    李昊也表示，從目前訓(xùn)練情況來看，AI完勝人類的可能性非常大，如果結(jié)果確實(shí)如此，說明在現(xiàn)階段，AI學(xué)習(xí)成績是充分可靠的，下一步要思考的問題，是如何讓它覆蓋神經(jīng)系統(tǒng)更全面的疾病種類。當(dāng)然，也完全存在個(gè)別非常有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生打敗AI的可能，這提示AI目前學(xué)習(xí)的樣本量還不夠大，沒有標(biāo)注出所有的情況，更需要專家來幫忙完善。

   “我個(gè)人并不是很在意這場比賽誰輸誰贏。”王擁軍表示，本次神經(jīng)影像人工智能人機(jī)大賽并非意在挑起人類醫(yī)生和AI之間的戰(zhàn)火，反而希望通過專業(yè)技術(shù)的切磋，讓醫(yī)生和AI對(duì)彼此有更深層次的理解，為未來臨床醫(yī)學(xué)診斷中成為“默契CP”打下基礎(chǔ)。“希望能夠通過這個(gè)比賽，能讓醫(yī)生們都能體驗(yàn)到人工智能的魅力，特別是讓部分對(duì)人工智能抱有懷疑態(tài)度的醫(yī)生，進(jìn)一步對(duì)人工智能進(jìn)行了解，消除恐懼。此外，希望讓大家看到，AI可以完成一些僅憑人類很難達(dá)到的水平，如準(zhǔn)確預(yù)測(cè)腦出血和血腫的擴(kuò)大，今后能夠更好的利用AI實(shí)現(xiàn)診療水平的創(chuàng)新和提升。”

突破發(fā)展瓶頸 打造中國真正的神經(jīng)影像AI

    隨著“BioMind天醫(yī)智”系統(tǒng)的華麗亮相，人工智能應(yīng)用在神經(jīng)疾病醫(yī)療領(lǐng)域帶來的顛覆性“技術(shù)革命“也正式拉開帷幕。本次比賽結(jié)束后，國家神經(jīng)系統(tǒng)疾病臨床研究中心大數(shù)據(jù)中心將繼續(xù)完善“BioMind天醫(yī)智”學(xué)習(xí)成果，組織多場國際、國內(nèi)對(duì)抗賽，逐漸推動(dòng)其與全國甚至全球神經(jīng)系統(tǒng)領(lǐng)域醫(yī)生的全方位切磋，為未來將其推向臨床做好充分準(zhǔn)備。

    同時(shí)，向國內(nèi)醫(yī)療機(jī)構(gòu)和神經(jīng)科醫(yī)生發(fā)出課題招募，入選課題將獲得100萬金額的資助，中心還將提供強(qiáng)大的AI技術(shù)團(tuán)隊(duì)，輔助課題組在感興趣的領(lǐng)域深入進(jìn)行學(xué)術(shù)研究、開發(fā)臨床可應(yīng)用的AI產(chǎn)品。

   “大量病例的標(biāo)準(zhǔn)化標(biāo)注既是AI發(fā)展的機(jī)遇，又是制約發(fā)展的瓶頸。真正的AI技術(shù)是一個(gè)不斷學(xué)習(xí)的過程，永遠(yuǎn)不會(huì)完美。希望通過這次比賽，激發(fā)起全球神經(jīng)科醫(yī)生的興趣，為我們提供更多稀有病例、以更高標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注病例，標(biāo)注的范圍越廣、數(shù)量越多、準(zhǔn)確度越高，越能更普遍的適用于臨床，我們離培養(yǎng)出中國真正的神經(jīng)科AI也就越近。”

    提到人工智能下一步的應(yīng)用，王擁軍表示，當(dāng)具備“天壇標(biāo)準(zhǔn)”的AI技術(shù)漸趨成熟后，將成為輔助基層醫(yī)生，特別是偏遠(yuǎn)地區(qū)基層醫(yī)生閱讀、診斷、預(yù)測(cè)片子的學(xué)習(xí)和培訓(xùn)工具，方便腦病患者在“家門口”就能獲得高品質(zhì)、個(gè)性化的診療方案。此外能夠幫助醫(yī)生完成初篩和評(píng)定，最終由醫(yī)生進(jìn)行印證判斷，提高工作效率，節(jié)省重復(fù)機(jī)械工作，特別是在判斷結(jié)果不一時(shí)，可提醒醫(yī)生避免漏診誤診。

    隨著神經(jīng)疾病人工智能研究中心相關(guān)工作的全面開展，北京天壇醫(yī)院未來將展現(xiàn)出更多人工智能應(yīng)用場景，如：神經(jīng)病理切片的人工智能輔助診斷；腦神經(jīng)疾病患者的智能護(hù)理；依據(jù)患者診療數(shù)據(jù)，AI定制個(gè)性化治療方案，輔助醫(yī)生決策；腦卒中后遺癥、帕金森等神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者的肢體及語言康復(fù)智能化輔助訓(xùn)練……

    此外，新天壇還將建立人工智能腦血管培訓(xùn)中心，利用人工智能，模擬“還原”各種腦血管疾病患者的狀態(tài)，醫(yī)生可在“機(jī)器人”身上進(jìn)行診斷、治療、干預(yù)，機(jī)器人也會(huì)表現(xiàn)出血壓升高、出血等病征，讓科研、教學(xué)和培訓(xùn)場景，更加生動(dòng)、有效。