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北京医智影科技:基于大数据的智能肿瘤放疗临床靶区勾画

时间:2020-12-5 18:38:56来源:本站原创作者:佚名点击:

项目简介

肿瘤是危害人民健康的重大疾病,放射治疗是肿瘤治疗的重要手段,约70%的肿瘤患者在癌症治疗中需要放射治疗。目前我国每百万人口加速器数量约2.2台,远远落后于发达国家,因此我国放疗总体上处于供给严重不足的状态。不仅如此,我国还存在放疗中心发展不均衡的问题:一方面,具有丰富治疗经验的大型放疗中心每台加速器日均治疗100例以上患者;另一方面,部分基层放疗中心每台加速器日均治疗患者人数甚至不足10例。这其中固然有不同放疗中心设备差距的因素,但更重要的原因是不同放疗中心医生水平的差距。相比于高端加速器,高水平放疗医师更为稀缺。并且,放疗医师培养周期长、需大量培训资源,这导致在可预见的将来高水平放疗医师将持续稀缺。


靶区勾画是放疗医师的核心工作,准确的靶区勾画是肿瘤精准放疗的基础,也是放疗医师水平的体现。利用计算机技术,将高水平放疗医师的靶区勾画能力进行提取、抽象、学习、复制、应用,这将从供给侧极大的提高我国放疗的整体质量和效率,是我国肿瘤放疗事业发展的重大需求。


本项目利用自主研发的基于深度学习的人工智能技术,学习头部医院大专家的肿瘤治疗数据,形成标准肿瘤临床靶区勾画水平的网络模型,应用于一线城市三甲医院、市县级医院和民营放疗中心,提高治疗效率,实现治疗水平的均质化,提高患者的五年生存率,从而提高医院的治疗吞吐量(大三甲医院)和留住患者(市县级医院、民营放疗中心),最终提高人民健康水平,具有极高的社会价值和商业价值。

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服务内容

放疗行业的主要痛点是放疗中心多,但治疗水平参差不齐,肿瘤医生和物理师缺口大,靶区勾画对预后极其重要,但缺少统一标准,各放疗机构和医生只认头部医院的标准,靶区勾画使用频次高,但费时费力。


为了解决以上痛点,我们研发了人工智能肿瘤靶区勾画系统,能够缩短靶区勾画和治疗方案制定过程的时间,不改变医生工作流程,对大三甲医院可以提升效率、有效缓解现有医疗资源供需缺口;对其他二、三线市、县医院和民营放疗中心,可以提升勾画水平,真正实现大病不出县,同时产生巨大的商业机会。


在服务方式上,既可以按医院科室为中心的网络部署和使用方式,让肿瘤医生和物理师像上网一样的方式做肿瘤靶区勾画和剂量设计,同时,通过混合云架构设计,已经支持互联网医疗的远程勾画方式,患者在当地就可以享受到大三甲医院的勾画和治疗水平。

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关键技术或产品描述

我们依托自主研发的深度学习和医学影像分析核心技术,智能化分析医学影像大数据,全自动分割临床靶区CTV,同时能自动勾画危机器官。具体来讲,我们采用卷积神经网络(CNN)技术,用最新的双通路网络DPN替换U-NET编码器部件;针对不同器官像素分布不均衡,提出了自适应加权损失函数等方法,对网络进行了改进。很好的解决了网络的泛化能力,能处理靶区和危及器官分割中的类间不平衡问题。我们所提出的网络模型如下图所示:

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图3 自主研发的深度学习算法网络模型


产品已支持全身主要癌种,包括术后宫颈癌CTV、根治性宫颈癌CTV、保乳术后乳腺癌CTV、全切术后乳腺癌CTV、结直肠癌CTV、鼻咽癌GTV、鼻咽癌CTV,近距离治疗的勾画,同时支持全身近百个危及器官OARs的勾画,能满足肿瘤医生和物理师的绝大部分耗时工作,同时在业内属于首创的临床实测产品。支持的全身主要癌种如下图所示:

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图4 已支持全身危及器官和主要癌种


同时,针对医院常见的多院区管理,放疗科室数据孤岛现象严重,放射治疗流程复杂的情况,本项目已经实现了私有云的勾画系统设计,利用私有云web访问协议,可实现互联的多院区同科室内任意地方、任意时间、任意工作人员的日常勾画需求,并可以和既有流程无缝集成,极大的方便科室信息化和智慧化建设要求。

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应用效果



因合作需要,双方成立联合实验室,团队软件工程师和深度学习算法工程师驻场开发,技术融入临床,和医生进行随时随地的产品深度打磨,做到产品业界第一的水平。


作为业界第一款临床靶区勾画产品,利用深度学习算法和全栈医学图像处理技术,能将靶区勾画时间从2小时缩短到3分钟,效率提升40倍,同时由于采用最高水准的勾画训练样本,临床靶区医生接受程度能达到90%以上。

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图6 我们的技术和其他其他深度学习准确度的比较优势


目前已在包括北京协和医院、河南肿瘤医院、北大深圳医院、江苏省中医院、解放军307医院等在内全国数十家医院装机部署、收集数据,深受用户好评,在美国加州希望之城癌症中心等医疗机构装机试用,效果良好。在肿瘤治疗行业上下游领域,我们同瓦里安(美国)、医科达(瑞典)、国内的大医集团都有深度合作,针对颅内肿瘤SRT自动勾画,AI剂量预测等方面加快研发布局,为实现信息化、智慧化放疗科室建设提供支撑。

应用案例

北京协和医院放疗科每年接诊癌症患者超过6000例。我们项目和产品与国内治疗妇科癌症最好的北京协和医院合作,训练、验证、测试样本超过2000例病人,保证了算法、临床评价的行业认可度和最高水平。合作模式是深度绑定、驻场打磨产品。


目前协和东院区、西院区都部署我们的产品,每周宫颈癌病人量超过100例,同时,盆腔危机器官勾画近百例都使用我们的产品。医院试用情况已经表明,有超过20倍的效率提升,同时保证了结果一致性,已经具备了良好的商业化前景。

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图7 北京协和医院的私有云访问AI靶区勾画应用


同时,通过大三甲医院数据和头部医院专家审核的资源,可以快速研发新产品,随着数据量的积累,实现算法精度的不断完善和提高,形成竞争优势和行业品牌。

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