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上個(gè)月，科技部在京召開新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃暨重大科技項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)，這也是繼人工智能寫入十九大報(bào)告后，第一個(gè)關(guān)于落實(shí)其發(fā)展的國(guó)家級(jí)會(huì)議。為推進(jìn)這項(xiàng)規(guī)劃的實(shí)施，會(huì)議宣布成立新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃推進(jìn)辦公室。
在四家首批國(guó)家新一代人工智能開放創(chuàng)新平臺(tái)中，第三個(gè)是醫(yī)療影像平臺(tái)。如同當(dāng)年的“互聯(lián)網(wǎng)+”一樣，人工智能+細(xì)分行業(yè)可能是 AI 技術(shù)真正落地的最佳方式。在醫(yī)療領(lǐng)域，互聯(lián)網(wǎng)與人工智能帶來的效率提升和流程優(yōu)化，究竟能為醫(yī)療系統(tǒng)、醫(yī)生執(zhí)業(yè)和患者群體帶來什么價(jià)值？
就醫(yī)療領(lǐng)域而言，檢查、診斷和治療是三大核心內(nèi)容。麥肯錫咨詢公司今年發(fā)布的報(bào)告估計(jì)，醫(yī)療領(lǐng)域的人工智能工具預(yù)計(jì)可以為行業(yè)帶來 30%-50% 的效率提升。而針對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家，人工智能將為醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)節(jié)省近 2% 的 GDP。
摘自麥肯錫報(bào)告 AI, the next digital frontier?
智能診斷：輔助醫(yī)生的第一步
醫(yī)學(xué)影像檢查往往是醫(yī)生了解患者真實(shí)病情的首要方式。醫(yī)學(xué)影像人工智能主要指的是基于圖像識(shí)別和機(jī)器學(xué)習(xí)的醫(yī)學(xué)影像分析，也是目前“AI+醫(yī)療”最熱門的一個(gè)領(lǐng)域。僅國(guó)內(nèi)從事醫(yī)學(xué)影像智能診斷的初創(chuàng)公司已有近三十家，而騰訊、阿里巴巴、京東等大公司也均有布局。
這個(gè)領(lǐng)域 AI 主要做的是實(shí)現(xiàn)更加自動(dòng)化、精準(zhǔn)的影像融合、影像分割、病灶勾畫、病變標(biāo)記等。按照應(yīng)用科室不同，目前實(shí)踐較多的是肺結(jié)節(jié)篩查、糖尿病性視網(wǎng)膜病變篩查、腫瘤勾畫、病理分析等。
本次入選首批國(guó)家新一代人工智能開放創(chuàng)新平臺(tái)的是騰訊覓影，目前他們?yōu)槭彻馨?、肺癌、糖尿病性視網(wǎng)膜病變篩查三個(gè)病種開發(fā)的 AI 工具已經(jīng)進(jìn)入臨床預(yù)試驗(yàn)。據(jù)悉，未來騰訊覓影還將進(jìn)軍乳腺癌、宮頸癌等病種的篩查。對(duì)醫(yī)生而言，這樣的 AI 工具可以節(jié)省部分閱片時(shí)間，輔助進(jìn)行更精準(zhǔn)的診斷。
騰訊覓影的食管癌篩查示例
但是，仍有很多病變是僅憑醫(yī)學(xué)影像很難判斷的，需要深入觀察器官內(nèi)部方可確定。如胃鏡及胃鏡下活檢，依然是目前診斷胃癌的金標(biāo)準(zhǔn)。但因胃鏡檢查較為痛苦，且需要一定的技術(shù)要求和設(shè)備等因素，限制了其在人群大規(guī)模篩查中的應(yīng)用。
2000年，以色列科學(xué)家發(fā)明了膠囊內(nèi)鏡，患者像服藥一樣將智能膠囊吞下，它隨胃腸肌肉的運(yùn)動(dòng)節(jié)奏運(yùn)行，同時(shí)對(duì)經(jīng)過的腔段連續(xù)攝像，以數(shù)字信號(hào)傳輸圖像給病人體外攜帶的圖像記錄儀進(jìn)行存儲(chǔ)記錄，通常吞服 8～72 小時(shí)后隨糞便排出體外。醫(yī)生通過影像工作站分析該記錄，可以了解病人整個(gè)消化道的情況，進(jìn)而做出診斷。
“可以吃”的膠囊內(nèi)鏡
經(jīng)過近20年的發(fā)展，膠囊內(nèi)鏡已成為小腸疾病的一線診斷方式。隨著新型磁控膠囊內(nèi)鏡的出現(xiàn)，它的適應(yīng)癥已由小腸擴(kuò)展到食管、結(jié)腸甚至胃。今年十月，《中國(guó)磁控膠囊胃鏡臨床應(yīng)用專家共識(shí)》正式推出。未來，膠囊內(nèi)鏡結(jié)合微型手術(shù)機(jī)器人，也有望實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)內(nèi)鏡的檢查加活檢的功能。
“膠囊”一樣的微型可折疊機(jī)器人
精準(zhǔn)治療：醫(yī)生的得力助手
比起進(jìn)入人體內(nèi)的微型機(jī)器人，在手術(shù)室環(huán)境中使用的體外醫(yī)療機(jī)器人發(fā)展更為迅速。從上世紀(jì)80年代起，國(guó)外就開始嘗試將工業(yè)機(jī)械臂加以優(yōu)化后，應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。
經(jīng)過三十多年的探索，各類機(jī)器人已經(jīng)成功應(yīng)用于不同科室，使手術(shù)更加微創(chuàng)、精準(zhǔn)、高效。在中國(guó)國(guó)際電視臺(tái)（CGTN）近期播出的節(jié)目 Rediscovering China 中，詳細(xì)記錄了一次由我國(guó)自主研發(fā)的醫(yī)療機(jī)器人輔助完成的腦部微創(chuàng)手術(shù)。
采訪中，在神外領(lǐng)域最為頂尖的北京天壇醫(yī)院專家提到，機(jī)器人也可以滿足遠(yuǎn)程手術(shù)的需要。人工智能可以在一定程度上補(bǔ)充我國(guó)部分地區(qū)醫(yī)療資源稀缺的短板，把有限的醫(yī)療資源聚集在一起，在輔助醫(yī)生的同時(shí)，讓偏遠(yuǎn)地區(qū)的人們也有機(jī)會(huì)享受優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源。
與需要開顱手術(shù)植入硬膜下片狀電極的皮層腦電（ECoG）不同，視頻中做的是立體定向腦電圖（SEEG）電極植入術(shù)。通過微創(chuàng)的方式，可將數(shù)根立體定向電極植入患者顱內(nèi)，便于查證癲癇病灶、進(jìn)行大腦皮層功能定位和誘發(fā)試驗(yàn)，并為神經(jīng)科學(xué)探索提供數(shù)據(jù)來源。術(shù)前借助軟件可以設(shè)置電極的路徑，規(guī)避顱內(nèi)動(dòng)脈、靜脈及重要功能區(qū)，大大降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；針對(duì)一些較小病灶，也可借助電極進(jìn)行熱凝毀損，避免開顱。
腦機(jī)接口：屬于未來的“人機(jī)合一”
而類似這樣的技術(shù)，正指向人工智能的下一個(gè)目的地——腦機(jī)接口。想要通過腦電實(shí)現(xiàn)指令傳輸，首先需要對(duì)腦部信息進(jìn)行解碼。借助 ECoG 和 SEEG，研究者可以記錄人在語言理解、運(yùn)動(dòng)執(zhí)行等過程中大腦皮層的神經(jīng)活動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)不同音位、不同聲調(diào)等關(guān)鍵信息或不同肢體動(dòng)作指令的解碼，再根據(jù)這些信息設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)實(shí)用化腦機(jī)接口。
實(shí)驗(yàn)中恒河猴腦電信號(hào)的記錄
這也是來自杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的神經(jīng)生物學(xué)教授 Miguel Nicolelis 研究團(tuán)隊(duì)在 2016 年完成的課題。他們?yōu)楹愫雍镏踩腚姌O，獲取運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦電信息并解碼，用于訓(xùn)練相應(yīng)算法。隨后，借助一個(gè)自制的信號(hào)收集系統(tǒng)，即可完成大腦和電動(dòng)輪椅的交互。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間訓(xùn)練，恒河猴對(duì)輪椅的控制程度也在不斷提高。
訓(xùn)練后恒河猴大腦可控制電動(dòng)輪椅
在 2014 年的巴西世界杯開幕式上，Nicolelis 教授的團(tuán)隊(duì)也曾借助非侵入式的 EEG 腦電控制外骨骼，讓年僅 14 歲的高位截癱少年身著“機(jī)械戰(zhàn)甲”完成下肢運(yùn)動(dòng)，順利為世界杯開球。隨后的兩年中，團(tuán)隊(duì)將目光從非侵入式的腦機(jī)接口轉(zhuǎn)向了對(duì)侵入式腦機(jī)接口的探索。與前者相比，后者信號(hào)傳遞更為快速準(zhǔn)確，且傳遞期間更不易被干擾。
非侵入式腦機(jī)接口助力 2014 年巴西世界杯開球
事實(shí)上，最早關(guān)于腦機(jī)接口的探索也是侵入式的，有一位先驅(qū)曾嘗試借助計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)患者視覺神經(jīng)的輔助。1978 年，美國(guó)生物醫(yī)學(xué)研究者 William Dobelle 通過神經(jīng)外科手術(shù)將 68 個(gè)電極陣列植入到一位后天失明的殘疾人視覺皮層中，并在眼鏡上安裝一個(gè)小型照相機(jī)，將信號(hào)發(fā)送到一臺(tái)巨大的計(jì)算機(jī)解碼、傳輸。最終，他成功感受到了光。
上世紀(jì) 70 年代關(guān)于腦機(jī)接口的探索
在神經(jīng)修復(fù)方面，與腦機(jī)接口相近的神經(jīng)假體技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，例如人工耳蝸。二者本質(zhì)上相近，目的都是幫助病人恢復(fù)神經(jīng)系統(tǒng)的部分功能，只是神經(jīng)假體更偏向與神經(jīng)的相連，而腦機(jī)接口是指與大腦直接相連。目前，使用醫(yī)療機(jī)器人輔助植入人工耳蝸也已在國(guó)際上成功實(shí)施。
機(jī)器人輔助植入人工耳蝸
在神經(jīng)調(diào)控方面也衍生了新的方向——腦深部電極刺激（Deep Brain Stimulation）。DBS 可以看作是一種不需要與外界溝通的腦機(jī)接口，通過一根或兩根電極來刺激大腦內(nèi)部特定核團(tuán)，最終達(dá)到治療或改善身體機(jī)能的效果。目前在臨床上針對(duì)藥物難治型帕金森病，DBS 已成為國(guó)際范圍內(nèi)較為先進(jìn)的治療方法，也是醫(yī)療機(jī)器人在神經(jīng)外科應(yīng)用的另一重要方向。
借助腦深部電極刺激改善運(yùn)動(dòng)障礙
2017年3月，被稱為“硅谷科技風(fēng)向標(biāo)”的 Elon Musk 創(chuàng)辦了 Neuralink，致力于解決腦機(jī)接口的科學(xué)問題。如果說他所創(chuàng)建的 Tesla 和 SpaceX 的終極目標(biāo)分別是推動(dòng)清潔能源的使用和擴(kuò)展人類在其他星球生存的可能性，那么 Neuralink 就是致力于加速“全面腦機(jī)接口時(shí)代”的到來。
就目前的發(fā)展而言，非侵入式腦機(jī)接口只能接收干擾較強(qiáng)的頭皮腦電信號(hào)（EEG），侵入式的則大多停留在較為局部的區(qū)域（如 ECoG、SEEG、人工耳蝸和 DBS）。在“AI+醫(yī)療”大潮即將到來的今天，我們看到人工智能在輔助人類提高生產(chǎn)力上的更多可能性；未來，人類與人工智能的共生與融合，也將帶給世界更多深遠(yuǎn)的想象力。
醫(yī)療機(jī)器人作為輔助醫(yī)生實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)手術(shù)的工具，伴隨 AI 行業(yè)的藍(lán)海初現(xiàn)，我們深知求索漫長(zhǎng)且艱。在此，誠(chéng)邀更多有志之士攜手，與 Remebot 共同創(chuàng)造超越想象的未來。加入我們，請(qǐng)發(fā)送郵件至 hr@www.jbyw.com.cn。
