一、認知宮頸癌篩查
宮頸癌和乳腺癌是全世界婦女中最為常見的兩大惡性腫瘤，全球每年新發宮頸癌患者約 50 萬例，死亡超過 26 萬例，約 80% 的患者集中於經濟欠發達的發展中國家［1］。全球癌症統計報告顯示，2020 年全球女性宮頸癌新發病例 604，127 例，死亡病例 341，831 例［2］。
宮頸癌是目前病因明確、可以透過早期預防和治療、可能基本消滅的癌症。也就是說，只要早診早治，宮頸癌完全可以預防、早期發現及治癒。宮頸癌篩查方法分為 Pap 塗片、液基薄層細胞形態學檢查（TCT）、細胞 DNA 定量分析、HPV-DNA 檢測、熒光原位雜交技術［3］， 其中 TCT 是宮頸癌早期篩查中首選的初篩方法，也是對宮頸癌篩查最為有效的方法， 目前常用於大規模的體檢中。透過這種方法， 可有效地檢出宮頸癌前病變， 顯著地降低宮頸癌的發生率和死亡率［4］。
我國大部分的宮頸癌發病群體集中在醫療條件相對較差的地區。早在 2009 年，全國婦聯、衛生部就共同啟動了全國農村婦女和城鎮戶籍困難婦女「兩癌」（乳腺癌和宮頸癌）檢查專案，旨在透過篩查減少宮頸癌的發病率［5］。十年來，全國宮頸癌的檢查近 1 億人次，檢出宮頸癌及癌前病變 17。7 萬例［6］。
但客觀來看，目前我國的宮頸癌篩查覆蓋地區和人群數量仍然遠遠不足，主要原因在於我國宮頸細胞學閱片醫生極為匱乏，全國註冊病理醫生人數不超一萬人， 按照標準規定一名細胞學閱片醫師每天閱片數量不得超過 120 例塗片［1］， 難以滿足目前宮頸癌篩查的需求。另一方面，我國兩癌篩查的陽性率較低， 主要原因受閱片人員疲勞， 技能水平不足和主觀因素的影響， 人工判讀結果假陰性率高達 10%； 癌前病變的敏感性約 65%， 特異性約 90%［1］。宮頸癌篩查中陽性檢出率過低和篩查覆蓋率低的問題亟需解決。
二、AI 助力大規模宮頸癌篩查
計算機可將影象中的色彩紋理和眼睛無法捕捉到的資訊形成特徵資料呈現出來。隨著資訊科學技術逐漸應用於醫療影像領域， 實現宮頸癌計算機輔助診斷系統的目標已經成為可能， 在來自中國醫學科學院腫瘤醫院、首都醫科大學附屬北京友誼醫院等全國二十位頂級三甲醫院細胞病理學專家的指導下，經過大量實驗研究，深思考自主研發了適用於臨床的人工智慧宮頸癌輔助篩查系統，系統快速學習了 150 萬份形態各異的宮頸細胞樣本，建立起一套人工智慧演算法模型，同時系統融合了細胞病理學專家的判讀經驗，從而能準確有效地完成宮頸細胞癌前病變的篩查，這相當於五年時間內培養出一位具有數十年閱片經驗的細胞病理學專家。
圖 1：巧思人工智慧宮頸癌篩查系統
2020 年，為了探討人工智慧輔助分析在宮頸液基薄層細胞學檢查中的應用價值，選取首都醫科大學附屬北京朝陽醫院病理科 1，000 例存檔的液基薄層宮頸細胞塗片作為標準樣例，透過深思考巧思人工智慧系統輔助檢查和專業病理醫師人工檢查兩種方式進行多組對比實驗，人工智慧輔助篩查的靈敏度、特異度分別為 100% 和 90。68%［1］， 初步證實在人工智慧輔助檢查基礎上結合病理醫生的閱片技巧可有效的減少漏診的發生，具有高靈敏度與特異度，並能大大減輕醫生的工作量。
2021 年，為了進一步驗證人工智慧應用於大規模臨床篩查的效果，選取北京市海淀醫院病理科既往存檔的液基薄層宮頸細胞塗片 10，071 例作為標準樣例，巧思系統對 10，071 例塗片進行分析，採用目前國際廣泛使用的 TBS2014 分級系統作為標準，統計其靈敏度和特異度等指標，以最終多位複核醫生的複核結果為準，最終證實巧思人工智慧輔助閱片系統低度病變及以上不漏診，非典型鱗狀上皮細胞敏感性可以高達 97。19%，在病理醫師的參與下，敏感性可達到 100%［7］。為大規模宮頸癌篩查提供全新的解決方案。
三、融合人工智慧演算法於一體的巧思系統
為了能真正應用於大規模篩查，是否漏診成為不可避免的問題，巧思系統設計的初衷就是在不漏診的前提下去提高醫生的診斷效率，為此需要去解決腺細胞異常的認知與識別、鱗狀上皮高級別病變細胞的敏感性、微生物感染的識別、非典型鱗狀上皮細胞的判讀等一系列難題。
圖 2：腺細胞示例
（圖來源於友誼醫院病理科餘小蒙授課內容）
團隊彙集了中國科學院、清華大學以及國內外一流高校的研究者，在深思考的多模態深度語義理解的引擎的助力下，潛心打磨研究適用於宮頸癌細胞認知的人工智慧系統，為了解決腺細胞異常識別的難題，團隊經過近兩年的努力，創新性地改進圖卷積神經網路和綜合多模態語義資訊認知技術，透過上千例的腺細胞異常病例的驗證，巧思是目前國內少數能支援腺細胞異常識別的 AI 系統；同樣為了解決泛化性差的難題，團隊創新性地改進小樣本學習、遷移學習、對抗學習等最前沿人工智慧深度學習技術，透過在多款不同掃描器和不同耗材的環境下進行的臨床回顧性分析研究表明，巧思是具備泛化性和自適應性的 AI 系統。
歷時五年研發，克服一項項難題，最終打造的巧思宮頸癌輔助篩查系統是一款支援陰陽分流、輔助分級、多模態認知及陽性可疑區域智慧引導的全自動宮頸細胞學 AI 輔助篩查系統，可自適應膜式、沉降式、離心式多種製片方式，併兼容多種主流的掃描器裝置。
為了滿足臨床診斷和大規模篩查的需求，單臺裝置日處理量達上千例的巧思系統具備以下功能：支援 TBS2014 全級別分級；支援微生物感染的檢出與提示，支援滴蟲、線索細胞、黴菌、放線菌的識別；支援塗片滿意度評價，符合 TBS 標準；支援非典型腺細胞的判斷，針對成團的腺病變進行提示；支援炎症反應的提示，提示輕度、中度、重度三種；支援自動化報告彩圖抓取與報告內容填寫，系統可根據識別結果自動填充內容，減少人為參與的工作量。
四、揭榜掛帥，工信部資格認證
2021 年 6 月 9 日，在北京市經濟和資訊化局、北京市科學技術委員會和中關村科技園區管理委員會主辦的「國家人工智慧創新應用先導區（北京）」啟動活動上，深思考憑藉自主研發的「多模式自適應的人工智慧細胞病理學篩查機器人系統」在產業應用、技術創新等方面的突出表現，獲頒工信部第一期人工智慧產業創新「揭榜優勝單位」稱號。
圖 3：工信部人工智慧各領域揭榜掛帥優勝單位
據瞭解，工業和資訊化部開展的人工智慧產業創新重點任務揭榜工作，旨在徵集並遴選一批掌握關鍵核心技術、具備較強創新能力的創新主體，在人工智慧主要細分領域，選拔領頭羊、先鋒隊，按照「揭榜掛帥」的工作機制，突破人工智慧產業發展短板瓶頸，樹立領域標杆企業，培育創新發展的主力軍，加快我國人工智慧產業和實體經濟深度融合，促進創新發展。
圖 4：第一期人工智慧產業創新揭榜優勝單位證書
在此前的揭榜工作中，深思考從全國共 1，248 家申報單位中脫穎而出，與百度、騰訊、阿里等 137 家企業共同入圍工信部揭榜單位。經過近一年時間的專案實施攻關，深思考揭榜的「多模式自適應的人工智慧細胞病理學篩查機器人系統」專案在篩查精度、產業應用、創新性、目標完成度等方面取得不俗表現，通過了專家評議、第三方專業機構測評等多維度的綜合評定，成為「醫療影像輔助診斷系統」領域的「揭榜掛帥」優勝單位。
五、助力兩癌篩查，科技改變生活
巧思系統目前落地服務於 50 餘家醫療機構，經過臨床超十萬例的回顧性與前瞻性分析，聯合頂級專家發表多篇論文，擁有數十項核心自主智慧財產權，巧思系統於 19 年登陸央視一套「機智過人」欄目，與十位細胞學專家同場競技；於 20 年入選國家工信部的醫療影像輔助診斷領域的揭榜單位，經過歷時一年的評測與驗證，成為可落地應用的 AI 輔助診斷系統。
科技助力宮頸癌早篩早診高效開展，以在宮頸癌的篩查方面努力實現《中國婦女發展綱要》提出的婦女常見病定期 80% 的篩查率目標［8］，實現讓早期宮頸癌檢查在全國社群和基層診療體系中全面普及，對我國婦女病防治工作及女性健康管理也具有深遠意義。
內容稽核：於潔、馬嘉憶
題圖來源：站酷海洛
參考文獻：
［1］。 人工智慧輔助分析在宮頸液基薄層細胞學檢查中的應用價值。 李雪， 楊志明， 金木蘭。 2020。01。
［2］。 Hyuna Sung， Jacques Ferlay， et al。 2020全球癌症統計報告解讀（全文）2021-01。
［3］。 宮頸癌篩查方法的研究進展。2020。12。
［4］。 馬良坤。宮頸細胞學檢查［J］。龍源期刊2009，（4）：1-1。
［5］。 王臨虹。我國宮頸癌流行病學狀況及防治策略的回顧與展望。北京：中國婦幼衛生雜質，2010。
［6］。 陳明霞。如皋市如城街道2019年農村婦女宮頸癌篩查結果分析［J］。中國醫學人文2020，（5）：1-2。
［7］。 人工智慧多光譜顯微照相分析在液基薄層宮頸癌篩查的臨床應用。 首都臨床特色應用研究專案。 付靜，楊志明。 2021。03。（海淀課題專案結題書，不便透露，可自行去海淀醫院官網查閱相關資訊）
［8］。 國家統計局。《中國婦女發展綱要（2011-2020年）》中期統計監測報告，2016-11-03。