最近几年,关于“人工智能将在各个领域取代人类”的预测,简直如同寓言“狼来了”,让人提心吊胆又满怀期望。这不,去年12月中旬,谷歌又宣布,它研发的乳腺癌监测深度学习模型击败了6名全日制放射科医生,对于早期乳腺癌诊断取得了更为精确的成果,并登上了大名鼎鼎的《自然》(Nature)杂志。相信很多吃瓜群众看到这条新闻的第一反应是:这匹狼,是不是真的要来了?
谷歌健康团队工作人员正在操纵电脑分析患者乳腺钼靶影像 | www.time.com
报道说,谷歌研发的这种乳腺癌钼靶影像深度学习系统,是由谷歌健康团队,谷歌下属AI技术公司DeepMind,以及英国皇家萨里郡医院,美国西北大学等机构一起合作完成的。它能使用癌症检测算法,自动评估淋巴结活检结果,有效减少了乳腺癌被错误识别或遗漏的情况(在利用该模型对全美3000名疑似患者影像进行评估时,误报率下降了9.4%)并在转移性乳腺癌检测方面,能达到99%的准确率。
值得注意的是,谷歌此次研发的这种深度学习模式,整合了三种不同的神经网络,等于同时有三位“人工智能大夫”在为病人会诊。而三种神经网络,都在以不同的方式识别乳房X光检查影像中可疑的区域,并对这些发现进行分析,最终进行概率判定,产生一个从0(非癌症)到1(确诊癌症)的分数代表存在癌症的可能性。
谷歌健康团队、DeepMind和伦敦帝国理工学院使用的三种深度学习神经网络,从上到下,分别是Facebook人工智能研发的“RetinaNet”与谷歌“MobileNetV2”组合,中间部分是现有优化过的ResNet-v2-50,最后是底层的ResNet-v1-50
AI为什么和乳腺癌杠上了?为什么谷歌选择了乳腺癌作为AI诊断的突破口?这是因为乳腺癌,已经是全球女性最容易罹患的癌症类型。
在欧美国家,乳腺癌已经占据了女性恶性肿瘤发病率的25%—30%。在中国,乳腺癌更是女性发病率最高的恶性肿瘤类型。在现阶段,尽早筛查是提高早期诊断率、病人生存率及生存质量最为有效的方法。作为最主要的筛查方式,乳腺X线钼靶筛查已经被证实能有效降低乳腺癌死亡率。因此,谷歌健康研究团队,把提高影像筛查诊断能力,作为重点研究方向,力图借助AI技术,在这个“防御薄弱点”上实现突破。
乳腺癌已经成为今日全球女性最易罹患的癌症类型 | www.news.mit.edu
1992年美国放射学会提出的“乳腺影像报告和数据系统”(breast imaging reporting and data system ,BI-RADS),确立了乳腺X线报告规范,有效减少了医护人员对影像描写的混淆,确立乳腺癌普查监测标准。根据这一规范,乳腺癌发病的常见征象包括:病变肿块的形态、边缘和密度,病变钙化的大小、分布和位置,非明显病变的结构扭曲、非对称,乳腺内淋巴结显示异常。
在明确这三种病变特征后,医护人员就可以根据这些征象进行总体评估分级,乳腺BI-RADS分级是一种乳腺影像诊断分类评估方法,共分为6级,诊断标准如下:确立了标准,一线临床医疗人员,就能依据这些标准,对患者的乳腺钼靶影像进行人工解读,并做出最初步的诊断报告。仅在英美两国,每年医疗人员负责解读判断的x光片数就达到4200万例。但即使是最资深的医疗从业者,也会产生误判。
这种“误判”形成的的理由非常多,包括乳腺体遮挡病灶,钼靶片质量不佳不能清晰显示病灶,以及病灶外观呈现非典型性等等。
这个大夫很“偏科”。那么,既然谷歌AI深度学习诊断系统取得了不俗的成绩,是否就证明它能在乳腺癌诊断领域完全替代真人医生呢?答案是否定的。虽然总体上,AI的诊断正确率似乎高于真人临床医师,但是AI却在一些人工诊断表现优异的领域表现不佳。
具体来说,就是在判断侵润性乳腺癌(癌细胞已经扩散至乳叶与乳腺管之外)时,AI表现优于人工诊断,而在判定非侵润性乳腺癌(癌细胞仅存在于乳叶与乳腺管)时,人工诊断则优于AI。谷歌的研究人员发现,现有的神经网络,更擅长于发现和识别侵润性乳腺癌在钼靶X线影像中呈现的分叶征、钙化、大导管相、牛角征、毛刺征等特征。换句话说,如果将谷歌AI拟人化为一位临床医生,那么这位大夫无疑是有点“偏科”。
所以我们不难得出这样一个结论,人工早期诊断和AI诊断并非是“非此即彼”的替代关系,而应该是互相取长补短的合作关系。谷歌开发人员也承认,AI诊断不能作为判定病人是否罹患乳腺癌的单一证据,临床医生只能把它当做决策的辅助工具。为此,Google分别在《自然材料》和《美国医学会杂志》(JAMA)上为医学AI开发人员和医生发布了详细的AI诊断工具使用指南。
当然,机器学习在医学领域的辅助性作用已经得到了越来越多的认可。谷歌这乳腺癌人工智能诊断法,虽然依旧瑕疵不断,但依旧为我们揭示了AI医疗应用场景的无限潜力。在未来,随着数据收集的不断丰富与算法优化以及模型迭代,相信人工智能最终会变成临床一线医护人员的得力助手,使得临床决策规则更为简明便捷,挽救更多的生命。