21.数坤科技：人工智能技术在冠状动脉CTA的应用与研究【CHIMA 2019 案例分享】

目前医学数据超过90%的数据都来自医学影像，传统模式下放射科医生对机器拍出的影像片子进行阅片、分析和报告。人工读片的弊端之一，就是经验不足的医生可能会误判。当前中国医疗影像片子的数量每年以30%的速度增长，而全国每年放射科医生的增长率只有4%，放射科医生的负担日益加重。善用人工智能可以极大的提高医生的工作效率和判断的准确性。

数坤冠脉AI产品CoronaryGo 是一款对心脏冠状动脉血管增强造影CTA的DICOM图像进行自动后处理重建处理操作，可获得患者冠状动脉血管容积重建VR图像、CPR、拉直、探针重建图像等相关各个角度的血管内腔曲面二维重建图像。这些后处理重建的图像可以辅助医生评估患者的冠状动脉损伤程度，狭窄程度以及对心肌供血造成的影响程度。因可全自动完成冠脉CT影像智能图像后处理、胶片自动打印，并与AI辅助自动输出结构化报告，可谓冠脉CTA影像“拍立得”。产品特点体现如下：后处理全自动化，1小时缩减至1分钟；智能化冠脉诊断，输出结构化报告，达到临床可用标准。临床优势表现在：全自动化，加速流程；改善流程，解放人力；精准诊断，提升效率；结构化报告一键输出，标准化诊断报告。

本案例的核心是利用海量大数据，通过不断训练，将人工智能深度学习技术，应用于心血管疾病医疗影像方面的人工智能辅助诊断产品。产品的服务对象包括：放射科医生和临床开具冠脉CTA检查的医生。

冠脉CTA检查的患者和冠心病体检筛查的增量人群：

冠心病病死率逐年增加，心血管疾病已成为中国居民疾病死亡的首要死因。《中国心血管病报告2017》的数据显示，中国心脑血管患病人数超过2.9亿，每年死亡人数高达300万。每5例疾病死亡病例中就有2例死于心血管疾病。我国人口基数巨大，冠心病高危人群众多，其患病年龄趋于年轻化，自40岁开始，每增加10岁，冠心病的患病率增加1倍。

目前，我国有2.9亿心血管病患者和1100万的冠心病患者。作为需要全民“用心”对待的“心血管病”，诊断和治疗方法的进步，早发现早治疗，很大程度上决定了患者的生存率和生存质量。

随着人民生活水平的提高和对健康需求的提升，心血管病的体检筛查具有巨大的市场增量，设备运转潜力、放射科医生数量及对冠心病CT诊断的效能直接影响着广大医疗机构对开展冠心病体检筛查的动力与效力，如何释放医生资源，如何开发设备潜力，如何更好地为广大患者和有需求的体检筛查人群服务，善用人工智能技术可解决此问题。

冠脉CTA作为简单有效而无创的冠状动脉早期疾病诊断和预测的方法之一,其中大多数检查来自于心内科、心外科和体检中心等。目前我院放射科每天的冠状CTA检查大概在10-40例左右，后处理图形重建和诊断报告由血管组的5位医生完成。由于我院每天患者量较多，预约一个冠脉CTA检查要大概提前3-4天，做完检查正常需要等待4-5天才能拿到片子和报告，前后时间跨度长。每一个医生从病人检查完进行原始图像的三维重建后处理到出具诊断报告需要花费大概30分钟以上的时间，如果遇到患者呼吸配合不好、心率不齐的情况，更是耗时。随着老龄化现象和人民的健康意识越来越高，冠脉CTA作为一种有效筛查，检查需求和数量逐年增加，而医生数量短缺，极大地增加了医生们的工作负担。

冠脉计算机辅助诊断软件是目前为止国内唯一将人工智能深度学习技术，应用于心血管疾病医疗影像方面的人工智能辅助诊断产品。软件基于冠状动脉CCTA影像数据，利用人工智能（AI）技术，自动进行影像后处理重建并生产可供临床诊断使用后处理影像序列，并自动检测管腔内的狭窄情况，并生成辅助诊断的结构化报告。基于人工智能的冠脉CCTA影像的自动后处理可以大量减少医生手动后处理的工作量，同时其智能化的冠脉狭窄辅助诊断功能和结构化报告功能起到了极大的辅助诊断作用。

1.基于深度学习的血管分割提取技术

血管分割是后处理图像重建、诊断等的重要基础。由于病例成像的复杂性、传统血管分割技术在很多情况并不理想，需要借助人工辅助手段完成。深度学习可提供完全自动化的分割结果，并能应用于更加的复杂情况，提供更完整、更准确、更光滑的血管分割。通过自主研发的最优网络探寻技术(Optimal path detection)，得到解决血管分割任务的最优网络；并针对冠脉血管特性，设计了独特的Loss函数(Loss function)。基于上述独创技术使得血管分割模型的鲁棒性和泛化性能表现非常卓越, 形成了目前的业界技术壁垒（图1）。

图1

2.基于深度学习的斑块和狭窄检出技术

利用深度学习可以提供精准的斑块和狭窄检出。人眼识别时会在复杂情况下混淆血管的情况，致使一般方法的检测假阳性严重偏高。通过自主研发的多源图像病灶检测技术，使假阳性得到非常好的控制。在该技术框架下，通过基于深度学习的检出技术和基于深度学习的分类技术和3D检出技术的最优配合即保证了检出率，又保证了准确率。该独创性技术也形成了目前的业界技术壁垒。

数坤科技开创性地研发出的全球首个，也是目前为止世界上唯一针对心血管疾病的人工智能辅助诊断产品。该系统利用计算机视觉和深度学习技术，通过对临床数十万份病例进行学习，对冠心病进行诊断。目前，该人工智能辅助诊断系统已进入包括首都医科大学附属北京友谊医院、重庆西南医院、武汉中心医院、中国医学科学院阜外医院、北京协和医院、上海交通大学附属第一人民医院等全国近百家知名医院，极大地提高了医生的工作效率和诊断效能（图2）。

数坤冠脉辅助诊断软件自进入我院，从扫描到报告，覆盖冠脉CTA的全流程，到目前为止，已经高效地智能处理了超过上千个病例，据统计，诊断性能达到敏感性>95%，特异性>90%，准确性>98%，阳性预测值>85%，阴性预测值>98%，医生的使用率>95%，得到用户的高度认可。基于软件的快和准的优点，医生通过使用数坤软件从后处理到出具报告时间缩短到10分钟以内，医生对数坤冠脉AI的高使用黏性，使整个流程更快，患者从检查到拿到结果无需等待太久，当天可取，一定程度上能够允许预约更多的检查。同时通过自动生成的重建图像能够对原始图像质量起到质控，也可以督促和加强扫描技术人员的操作能力和专业技能，严格把控图像质量的优劣。医生的工作效率显著提高，真正释放医生的双手，有效弥补医生资源紧缺的不足，可以把更多的时间投入到科研和与患者沟通交流等更有意义的地方。对于经验不足的年轻医生，也可以通过学习使用该软件，加强自己的专业知识能力，更好地提高诊断水平（图3、图4）。

图3

图4

可见使用数坤冠脉辅助诊断软件可以做到：

省时：迅捷完成复杂的冠脉处理及诊断，一小时变为一分钟；

省力：无需人工干预，一键完成三维后处理，直接生成冠脉狭窄判断及斑块性质辨别的定性和定量结果；

省心：AI与人“双脑诊断”，减少漏诊误诊率，降低医疗风险。

利用人工智能深度学习技术，全流程完成冠状动脉CTA的自动后处理及辅助诊断，输出结构化报告并自动打印，为医生提供更高效的图像处理方式，释放医生资源。结构化报告为临床提供更标准的同质化诊断结果，对质量控制亦起到良好的示范作用。

基于云平台的智慧影像，智慧医疗：

现有的冠脉CTA影像AI系统，结合自身的大数据平台和人工智能平台，数坤科技可以提供基于私有云，公有云和混合云的高度灵活的云端智慧医疗解决方案。整个云平台将提供完整的医疗数据存储服务。同时，云平台可以提供基础的AI 能力和基于该基础能力延伸出的在医疗领域的专有技能。不仅可以进行当下AI主流技术-机器学习和深度学习的快速训练，还可以基于生成模型进行大规模并发的数据预测。结合存储云的数据流，训练过程可以高度的自动化并让模型进行自我优化。

数坤诊疗云将提供现代化的“医疗大脑”。未来在数坤诊疗云上不仅可以随时查阅某一病人某次的检查影像，相关的后处理重建影像或AI给出的辅助诊断报告，还可以将术后的恢复情况，用药数据相关联分析。目前诊疗云已经用于心脑血管和大血管相关的CTA后处理重建工作，自动检测病灶和报告的生成，提供更加及时、高效率的后处理和辅助诊断依据。