2023年醫(yī)院新興技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用典型案例征集活動正在進行中，歡迎各醫(yī)療機構(gòu)踴躍提交案例。CHIMA將組織專家對案例進行評選，入選典型案例將在CHIMA 2023大會路演并獲頒證書。

1項目簡介

　　浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院(簡稱“浙大婦院”)于2021年8月著手開展超聲AI輔助檢查創(chuàng)新應(yīng)用，通過應(yīng)用乳腺超聲機器人與AI技術(shù)進行乳腺癌篩查。2022年帶動浙江省內(nèi)紹興市上虞婦幼保健院、紹興市越城區(qū)富盛鎮(zhèn)衛(wèi)生院、嵊州市鹿山街道社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心等機構(gòu)開展基層群體性乳腺癌篩查，突破基層超聲醫(yī)生匱乏的困境，為基層診療、分級診療、兩癌篩查工作賦能，實現(xiàn)高數(shù)量級的乳腺癌群體篩查，助力國家兩癌篩查國策。

2建設(shè)與開發(fā)

　　(1)應(yīng)用模式

　　以乳腺癌篩查作為全民乳腺防治的入口，針對超聲醫(yī)生匱乏的困境，融合乳腺癌分級診療體系，為基層診療、分級診療、兩癌篩查工作賦能。乳腺超聲機器人群體性乳腺癌篩查應(yīng)用場景在遵從國家篩查指南的前提下，借助高速的5G傳輸系統(tǒng)和AI診斷系統(tǒng)，在整個篩查解決方案中建立健全的個人信息登記系統(tǒng)、排號叫號系統(tǒng)、智能掃查系統(tǒng)、智能閱片系統(tǒng)、智能診斷系統(tǒng)、自動報告打印系統(tǒng)等。如圖1所示。

圖1 智能乳腺超聲機器人群體性乳腺癌篩查平臺應(yīng)用

　　(2)系統(tǒng)設(shè)計

　　基于AI與互聯(lián)網(wǎng)+的乳腺癌超聲篩查網(wǎng)絡(luò)平臺融合了人工智能、超聲、計算機視覺、機器人與5G等技術(shù)，通過乳腺超聲全自動掃查，輸出標(biāo)準(zhǔn)化影像數(shù)據(jù)后通過人工智能進行初步的分類判斷，實現(xiàn)全生命周期的自動化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化體表貼合作業(yè)，以及健康數(shù)據(jù)的采集、存儲、管理和分析診斷。系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 智能乳腺超聲機器人群體性乳腺癌篩查平臺系統(tǒng)架構(gòu)

　　系統(tǒng)主要實現(xiàn)兩個目標(biāo)：

　　1)實現(xiàn)醫(yī)技分離，解決基層超聲醫(yī)生短缺問題

　　采用全自主乳腺超聲機器人融合機器人、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、超聲等技術(shù)，實現(xiàn)乳腺超聲全自動掃查。采用智能乳腺超聲機器人進行乳腺癌篩查圖像采集并云端上傳，實現(xiàn)醫(yī)技分離，解決基層超聲醫(yī)生短缺問題。掃查現(xiàn)場僅需一名技師負(fù)責(zé)簡單操作，不需要超聲醫(yī)生現(xiàn)場掃查即可輸出標(biāo)準(zhǔn)化影像數(shù)據(jù)，掃查時采集的超聲影像通過寬帶或5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)秸愦髬D院遠(yuǎn)程閱片系統(tǒng)平臺。該模式醫(yī)技分離，篩查全周期的自動化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化體表貼合作業(yè)，可根據(jù)人群分布情況，實行基層社區(qū)醫(yī)院定點檢查與乳腺癌篩查車流動體檢模式結(jié)合，實現(xiàn)大范圍全覆蓋的乳腺癌群體篩查。

　　2)采用AI輔助閱片提高醫(yī)生篩查工作效率及診斷準(zhǔn)確率

　　系統(tǒng)采用智能輔助+云閱片系統(tǒng)實現(xiàn)高效及高質(zhì)量的遠(yuǎn)程超聲診療新模式。通過智能輔助結(jié)合遠(yuǎn)程閱片系統(tǒng)，提高醫(yī)生篩查工作效率及診斷準(zhǔn)確率，保證了數(shù)據(jù)的高質(zhì)量有效管理。浙大婦院遠(yuǎn)程閱片系統(tǒng)平臺接收到影像數(shù)據(jù)后，通過內(nèi)置的AI輔助功能完成對可疑病灶的推薦，展示原始采集視頻及AI判斷視頻。AI判斷視頻是所有超聲視頻中AI判斷出來有乳腺結(jié)節(jié)的視頻片段，醫(yī)生復(fù)核AI視頻，評估AI對乳腺結(jié)節(jié)初步篩查結(jié)果，進一步驗證篩查的結(jié)果形成最終報告。

3關(guān)鍵技術(shù)或產(chǎn)品描述

　　(1)全自動智能乳腺超聲機器人

　　平臺通過全自動智能乳腺超聲機器人(如圖3所示)實時采集乳腺超聲影像，將其傳輸?shù)皆贫耍儆稍贫朔?wù)將影像數(shù)據(jù)分發(fā)到對應(yīng)的遠(yuǎn)程終端，醫(yī)生可遠(yuǎn)程結(jié)合AI診斷為患者診查評估風(fēng)險。實現(xiàn)乳腺篩查全數(shù)據(jù)可追溯，現(xiàn)場去醫(yī)生化，突破篩查瓶頸。

圖3 全自動智能乳腺超聲機器人

　　(2)關(guān)鍵技術(shù)

　　平臺中醫(yī)學(xué)影像人工智能針對具體應(yīng)用場景，區(qū)分為自主學(xué)習(xí)的乳腺超聲輔助診斷和多階段時序跟蹤融合的乳腺超聲篩查關(guān)鍵技術(shù)，分別對應(yīng)診斷場景和篩查場景，人工智能產(chǎn)品最終與傳統(tǒng)閱片系統(tǒng)整合形成智能輔助云閱片系統(tǒng)。

　　系統(tǒng)依托機器人終端物聯(lián)網(wǎng)平臺和健康大數(shù)據(jù)(乳腺)云平臺，從全局感知、局部感知、運動規(guī)劃、控制與決策和醫(yī)學(xué)影像人工智能的信息技術(shù)，實現(xiàn)自動化、標(biāo)準(zhǔn)化、智能化的乳腺癌超聲篩查網(wǎng)絡(luò)平臺。技術(shù)路線如圖4所示。

圖4 智能乳腺超聲機器人技術(shù)路線

　　系統(tǒng)通過全局感知實現(xiàn)對人體的三維重建、感興趣區(qū)域檢測分割、呼吸檢測等;基于全局感知結(jié)果，可通過復(fù)雜曲面自適應(yīng)路徑規(guī)劃算法規(guī)劃出機器人的全局作業(yè)軌跡。同時由于人體的柔性變形、微弱運動、舒適性安全性要求，超聲機器人可根據(jù)不同任務(wù)場景要求，在局部感知技術(shù)(視觸覺感知、融合超聲圖像的貼合反饋、柔性軟體感知)的反饋下控制、調(diào)整、決策其路線。

　　系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)有：

　　1)全自動多自由度雙乳同時掃查超聲掃查技術(shù)

　　采用一種3個正交平動軸和兩個正交旋轉(zhuǎn)軸的五自由度乳腺超聲掃查機械臂，使機械臂兼具大范圍工作空間、結(jié)構(gòu)緊湊、無奇異構(gòu)型、耦合性小、控制簡單、效率高以及冗余安全的特點，結(jié)合超聲掃描檢查的掃描運動系統(tǒng)，實現(xiàn)全自動雙乳同時掃查超聲掃查;并且基于旋量理論建立多自由度機機械臂的誤差補償模型，實現(xiàn)了對人體貼合作業(yè)的機器人由于加工誤差進行了誤差補償。

　　2)智能全方位形態(tài)(乳腺)感知及復(fù)雜曲面自適應(yīng)高效路徑規(guī)劃

　　采用多模態(tài)人體狀態(tài)和貼合狀態(tài)感知方法，引入基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的從超聲圖像到貼合壓實程度映射，并融合力傳感器進行全方位形態(tài)感知;通過深度學(xué)習(xí)算法，自動化的識別出感興趣區(qū)域，實現(xiàn)多視角點云感興趣區(qū)域自動獲取與分割;采用基于網(wǎng)格曲面參數(shù)化的復(fù)雜曲面高效路徑規(guī)劃方法，對不同人群、不同形態(tài)的乳房進行自適應(yīng)路徑規(guī)劃，并結(jié)合軟組織力學(xué)特性及柔順控制等，實現(xiàn)復(fù)雜曲面自適應(yīng)高效路徑規(guī)劃。

　　3)全乳超聲影像信息保留儲存

　　采用計算機視覺的交互式人工智能構(gòu)建顯控系統(tǒng)，采用自然語言處理技術(shù)構(gòu)建遠(yuǎn)程閱片系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實現(xiàn)掃查獲取影像信息全乳保留及儲存。自動登記病史信息、歷年超聲影像信息、鉬靶等其它檢查信息的全生命周期健康管理，全數(shù)據(jù)可追溯，實現(xiàn)健康數(shù)據(jù)的集中存儲管理，促進信息共享流通。

　　4)乳腺病灶A(yù)I識別及輔助分診

　　基于機器人標(biāo)準(zhǔn)化掃查和數(shù)據(jù)采集，堅持人類醫(yī)生醫(yī)學(xué)先驗知識和AI強大的學(xué)習(xí)抽象能力并重的原則，輸出標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。醫(yī)學(xué)影像AI針對具體應(yīng)用場景，區(qū)分為自主學(xué)習(xí)的乳腺超聲輔助診斷和多階段時序跟蹤融合的乳腺超聲篩查關(guān)鍵技術(shù)，分別對應(yīng)診斷場景和篩查場景，AI產(chǎn)品最終與傳統(tǒng)閱片系統(tǒng)整合形成智能輔助云閱片系統(tǒng)。高效的處理和分析影像速度，快速給出輔助判斷結(jié)果，大大提高醫(yī)生篩查診斷效率，也保證了數(shù)據(jù)的全生命周期管理。

4應(yīng)用效果

　　(1)減輕基層醫(yī)生工作負(fù)擔(dān)，顯著提高乳腺癌超聲篩查效率

　　乳腺超聲機器人平均掃查一名女性乳腺的時間是3-5分鐘，其自動化的操作作業(yè)可以通過標(biāo)準(zhǔn)化定位確保掃查的全面高效，并使得采集圖像質(zhì)量較人工采集更加趨于標(biāo)準(zhǔn)化。

　　結(jié)合乳腺癌篩查車流動體檢模式，可實現(xiàn)大范圍基層婦女乳腺癌群體篩查。

　　2022年在浙江省共完成篩查人數(shù)25391人，其中浙大婦院1956人，紹興市上虞婦幼保健院18671人，紹興市越城區(qū)富盛鎮(zhèn)衛(wèi)生院465人，嵊州市鹿山街道社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心1197人，省內(nèi)義診3102人。

　　(2)提高了乳腺癌超聲篩查的診斷效率及準(zhǔn)確度

　　憑借深度學(xué)習(xí)、計算機視覺等領(lǐng)域領(lǐng)先開發(fā)的醫(yī)學(xué)影像AI，可迅速從海量數(shù)據(jù)中提取與病灶有關(guān)的信息，并輔助醫(yī)生進行分析診斷，避免人工閱片產(chǎn)生的主觀性差異，這將進一步解放醫(yī)生的腦力，提高篩查效率，減少漏診誤診。目前，AI對乳腺病灶識別檢出率是99.5%。利用AI的輔助分診，醫(yī)生完成一例乳腺影像診斷的時間是4分鐘左右。AI的困難數(shù)據(jù)自動發(fā)現(xiàn)模塊和持續(xù)進化學(xué)習(xí)模塊可以讓AI不斷進行完善優(yōu)化，深度提升對乳腺癌的診斷效率。經(jīng)過臨床驗證，篩查場景下，乳腺超聲機器人診斷結(jié)果可與5-10年經(jīng)驗的超聲醫(yī)生相當(dāng)，一致性高，可靠度優(yōu)。

5總結(jié)

　　本案例融合機器人、人工智能、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、超聲等技術(shù)，實現(xiàn)了乳腺超聲全自動掃查，使得采集圖像質(zhì)量較人工采集更加趨于標(biāo)準(zhǔn)化。醫(yī)生通過遠(yuǎn)程閱片系統(tǒng)平臺在AI輔助病灶推薦功能下完成診斷和報告，醫(yī)技分離。同時，系統(tǒng)通過深度學(xué)習(xí)、計算機視覺等領(lǐng)域的醫(yī)學(xué)影像AI，可迅速從海量數(shù)據(jù)中提取與病灶有關(guān)的信息，并輔助醫(yī)生進行分析診斷，避免人工閱片產(chǎn)生的主觀性差異，進一步解放醫(yī)生的腦力，提高乳腺癌超聲篩查效率，減少漏診誤診。

圖5 基層群體篩查實際應(yīng)用場景

　　申報單位：

　　浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬婦產(chǎn)科醫(yī)院

　　聯(lián)合申報單位：

　　深圳瀚維智能醫(yī)療科技有限公司

　　案例技術(shù)方向：

　　醫(yī)學(xué)人工智能

　　案例業(yè)務(wù)領(lǐng)域：

　　臨床應(yīng)用