【钛坦白】海信医疗陈永健：依靠人工智能技术实现精准的外科手术

钛坦白第29期，我们请来了三位钛客，给大家讲讲人工智能在医疗领域的应用。本文根据海信医疗研发部副部长、医学影像所所长陈永健的分享整理。

陈永健博士毕业于日本国立德岛大学，曾在美国哈佛大学担任研究员。2012年归国以来，作为技术负责人承担国家级项目3项、主持青岛市自主创新重大专项1项，开发的“海信计算机辅助手术设备”已成功应用于临床，在青岛市《科技查新报告》和青岛市《科学技术成果评价报告》中已证明具有国际领先水平，并获得国家医疗器械产品认证。

在研发过程中，陈博士针对在手术过程中需要靠医生经验来判断患者病灶的大小、与周围管道的相互关系、严重程度、判断手术方案可行性等问题，在医学图像处理技术，符合医学Dicom标准的2D/3D图形交互引擎等涉及多学科的多项关键技术上取得突破，实现了肝胆胰脾、十二指肠、胃、肿瘤、泌尿和多种血管的识别重建、虚拟手术规划、术中无菌医学影像显示和控制等功能。在北京301医院等四十余家著名三甲医院使用，挽救了千余例疑难肝胆胰、肾脏手术的患者。

以下是陈永健博士在钛坦白的分享：

现在人去医院看病，如果病情稍微复杂点，医生都会让去拍个片，比如下图就是一张CT。拍片就是拍CT片、核磁片，过去常见的X光已经少见了，改成了数字DR。这些片子就是患者个体的身体截图，很抽象。现代医学，医生就是靠这些先进的影像设备和化验检测数据来诊断疾病的。

而这些抽象影像的解读需要医生经过多年专业的培训，一般影像科医生在学校里培训五年，还要在医院影像科培训多年才具有独立诊断能力。而且临床医生现在也要求能够看懂这些片子，因为临床医生才是手术方案的制定者。在很多影像报告中大家可以看到，一些疑难疾病其实写的都是很模棱两可的，大多写的是“疑似”，而不是“确定”，这些都是临床医生凭借自己的经验下的最终诊断。

这就带来一个问题，就是受到的教育越好、经验越足的医生看病越准，所以大家都愿意去有名的医院找有名的医生，但是我国这么多人，好医生的资源毕竟是有限的，想要达到每个人都得到最好的诊断，在现有的靠医生经验来诊断的条件下是做不到的。

而依靠深度学习、大数据分析的人工智能技术却能够完美地解决这些问题，甚至诊断效果比最有经验的医生还好。

案例：人工智能辅助确定肝脏手术方案

我们再重新分析上面那张片子。这是一个人的腹部肝脏肿瘤的图像，如果有医学经验的人能够看出，肝内长了一个恶性肿瘤，并且在增强造影下，能够看清血管、肿瘤和它们之间的一些关系。

现在面临的问题是，这个肿瘤要确定手术方案，医生需要清楚地知道肿瘤的边界，与血管是压迫、侵犯，还是仅仅只是挨着，这些都将导致不同的手术方案。而这些就要靠医生的读片能力和过往经验来做出判断，如果判断错了这个病是看不好的。

下面这张图是用人工智能，根据大数据分析的结果从这些抽象的影像中来提取出肿瘤的具体边界在哪儿、肿瘤的体积，以及肝脏的体积、肝脏的边界、周边的血管如静脉、门脉、动脉走形，还有胆道等各个方面跟肿瘤的关系，就像黑匣子一样的东西变成完全透明化的展示给了医生面前。

上图中，棕黑色的半透明状、最大的那个就是肝脏，砖红色的那个就是肿瘤，有一个紫色的血管的就是门脉，红色的血管是动脉，蓝色的血管就是他的静脉，还有绿色的管道就是他的胆道系统。所以是很复杂的，管道系统就分四种。

根据这个结果医生可以规划出手术方案，如下图：

大家可以看到，医生得到了一个个体化的病人自身的数字器官模型，他就能够清楚的看到他手术相关所有重要的信息，比如说像标识的这些字母就代表了一些重要的静脉、门脉，这就是他手术的一些关键。

同时，人工智能技术也能精确地推荐手术方案。比如下面两张图，就是根据患者静脉、门脉的回流供血，与肿瘤的关系，还有历史上大数据统计的结果，人工智能给的一个手术方案：

下面这些图像是实际的手术图像，可能有些人有点不适应，我们学医的看多了就好了。大家可以看到在第一幅图像中，暗色的变色区就是肿瘤，跟我们实际做的数字影像的位置是完全相符的，另外根据手术规划，完美地完成了手术。

最后根据术前模拟和术中切除肿瘤后的残肝进行一个对比判断，可以看出它自动计算出来的残肝体积和占肝的百分比都是相符的，符合手术要求，而这些指标对是否能做手术，手术后是否有严重的并发症，都是非常相关的重要参数，这些我们都可以统计计算出来。

类似的这种疾病手术辅助我们做过很多，刚才只是一个介绍，还有很多非常疑难的病例更需要这种人工智能的手段来帮助医生进行定性，给出更好的手术方案。这样一些年轻的医生，经验可能不是非常足的也能做一个非常完美的手术；而对于非常厉害的医生也可以帮助他预估手术结果，方案进行定量优化。在遇到非常难的疾病的时候可能最好的医生也确认不准，这样更需要人工智能来帮忙。

基于人工智能的计算机辅助手术系统

下面我来介绍一下上面这个病例是用什么产品来做的，这是海信医疗设备独自开发的一款基于人工智能的计算机辅助手术系统。

青岛海信医疗设备股份有限公司公司成立于2014年2月，是海信集团旗下的全资子公司，前身为海信集团重点实验室医疗技术研究所。围绕打造数字化医院这一核心，海信医疗研发了海信数字化手术室系统解决方案、海信远程医疗系统解决方案、海信移动护理系统解决方案、海信医院晨会系统解决方案、海信医用显示系统解决方案、海信计算机辅助手术系统等六大产品。在科研方面，承担了包括国家十二五科技计划重点课题、国家工信部重大专项等国家级重大科研项目。

计算机辅助手术系统的作用就是依靠人工智能技术来实现精准的外科手术，所谓精准的外科手术，就是以最优的手术方案来实现对病人最小的创伤，最大程度的加速病患的康复。

一些医生判断不准的疾病，决定保守治疗不能做手术，但是如果想彻底根治癌症，手术还是最好的解决方案。像这些不能做手术的或者手术方案创伤很大的病人，用智能辅助的精准手术能够得到一个更好的结果，同时也能极大的减少术中的出血。

该系统应用的人工智能技术主要依靠极大量的医学数据。我们合作的医院有很多，每个医院拿出各种各样的CT、核磁影像数据，然后经过长时间的大数据分析和临床对比，渐渐地训练出一套非常精准的系统，它能够自动地识别出一些肿瘤、肝脏、胆道、血管等，及相互之间的关系和精准的边界。

另外它除了能给出一个最优的手术方案，支持手术规划，还可以在手术之前，比如说根据一些核磁、一些功能形象，判断这是一个什么样的疾病，到了什么期，严重程度如何。像我们现在正在做的肝硬化的分级判断就非常有意义，因为中国肝硬化病人非常多，有酗酒的，有乙肝病人等，这些如果严重了，最后都会发展为肝硬化。在中国，肝硬化是肝癌的一个非常大的原因。

除了刚才我分享的肝脏类的疾病，还有胆道疾病、腹膜后肿瘤、胰腺疾病、泌尿系统疾病，等等。

下图是一个肝门部胆管癌的病例，过去肝门部长肿瘤，手术根治率只有5%，而现在随着技术的发展，尤其是计算机辅助手术技术的发展，医生可以达到了70%的可能性根治这种疾病，可以说为病人患者带来了很大的希望。

下图展示的是一个巨大的腹膜后肿瘤的病例：

下图是一个胰腺的胰头瘤病例。这个胰头瘤压迫着胃和十二指肠接口处都开始下移，造成人身体器官变异很大：

下图是一个双肾长了肿瘤的泌尿系统病例。褐色的半透明的就是他的双肾，砖红色的是肿瘤，蓝色的是静脉系统，紫色的是动脉系统。大家可能认为，肾有些时候切掉一个，人也能存活，但是切除了肾之后带来了生活质量下降，身体素质下降，再者有些人是双肾都长了肿瘤，这就不行了。

上面这个病例的右图可以看到，根据计算机辅助手术技术，人工智能的判断来给出肿瘤侵犯的区域和侵犯的血管，医生只需要沿着区域切除部分肾脏就可以了，这样的话就可以保住这两个肾。

这个肾脏肿瘤切除手术叫保肾手术。保肾手术就是最小的切除肿瘤影响的肾脏区域，来最大程度的保护他的肾脏，保持最大的肾功能，让人过健康程度更好，更有质量的生活。

这个智能诊断做出的结果，还可以做成3D打印的形式，这就更直观了。尤其在一些骨科还有整容手术中，医生可以实施对比的完整手术，可以把一些很难的手术做出来。下图中间是一个胃肠道的早期息肉筛查，在结直肠肿瘤的前期会长一个息肉，这个息肉大于1厘米的时候就容易癌变。我们可以根据CT做一个虚拟的胃肠镜，再根据历史上大数据学习的结果，可以用计算机来判断这个小息肉是否有恶化癌变的风险，是否需要做一个真实的肠镜手术把它切掉。

以上介绍的这些都是人工智能技术在医学图像分割、图像的特征提取等等方面的应用，来帮助医生做一些疾病的诊断和手术方案的智能规划，来达到最优的治疗效果。目前在肺部的结节癌变筛查、甲状腺的一些检查等等方面都做出了很好的结果，在国外的报道中比有经验的医生判断的准确度都高。

计算机辅助手术技术的发展前景

以上所说只是在术前的疾病诊断以及术前的手术方案上的一些应用，随着技术发展，未来将做到在术中来导航这些疾病的手术方案的执行，甚至像大家看过的科幻片，机器人也可以自动做手术。

这些方案如果规划得已经达到了非常精准的程度，并且术中能够把人体术中影像、术前影像以及机器人的动作完好的结合在一起，就可以把智能方案输入在比如达芬奇手术机器人中，术前由医生判断并授权，输入手术方案，机器人执行。手术变成了一个全自动流水化的过程。听起来有点科幻，但是实际上国际人工智能巨头都在从事这方面的研究。

钛坦白群友Q&A：

1、图像如何提炼医生的动作模型呢？纯视频记录，现在看到的数据不少，提炼出行为模型的还没见到。如何提炼？

陈永健：一是对医生同种病例的标准手术录像进行分析，二是按照该种疾病的国际手术指南术式进行设计。

视频数据量很大，结合新一代视频压缩编码技术，最好不在原始的视频上分析，需要在视频编码开始就做信息提取的存储记录，这样算法处理的就是特征，而不是从视频中的图像分割开始。

谷歌和美敦力已经收集了大量的名医手术视频，正在加紧做这方面工作 。

2、请问，目前的数据积累应用情况如何？

陈永健：CT和核磁数据有一定积累，CT偏多。

3、陈博士好，请问医生在实际手术中会进行手术交互吗？总感觉腹部被拉开后，去交互下再动手术，会影响手术。

陈永健：医生会在术前准备好手术方案，术中只有在发生了判断不准的问题时交互，术中导航的交互应是很自然地判定肿瘤和血管等的深度，位置，引导手术器械。

4、陈博士好，如果扫描器官的成像技术足够发达，能让器官更清晰，是不是更加便于医生诊断？

陈永健：成像技术会更好地促进人工智能在医学影像上的效果，成像技术将某种组织和疾病看清楚，人工智能也会更进一步进入更难或更微观的领域，将人类的疾病逐一攻克，医学就是在这样相辅相成的进步。

比如说淋巴结侵犯的判断，胃肠、膀胱等肿瘤是否突破浆膜准确分期的判断，目前影像还显示不清，医生只能靠经验，各大医院都有很大的诊断错误率，需要结合人工智能技术更好的判断，来帮助医生。

（本文独家首发钛媒体，根据海信医疗研发部副部长、医学影像所所长陈永健在钛坦白上的分享整理）

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钛坦白第29期，人工智能在医疗健康领域的应用，精彩分享今晚继续！

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