本案例獲得CHIMA 2020醫院新興技術創新應用典型案例“醫學人工智能創新應用”方向二等獎。

腫瘤是危害人民健康的重大疾病，放射治療是腫瘤治療的重要手段，約70%的腫瘤患者在癌癥治療中需要放射治療。目前我國每百萬人口加速器數量約2.2臺，遠遠落后于發達國家，因此我國放療總體上處于供給嚴重不足的狀態。不僅如此，我國還存在放療中心發展不均衡的問題：一方面，具有豐富治療經驗的大型放療中心每臺加速器日均治療100例以上患者；另一方面，部分基層放療中心每臺加速器日均治療患者人數甚至不足10例。這其中固然有不同放療中心設備差距的因素，但更重要的原因是不同放療中心醫生水平的差距。相比于高端加速器，高水平放療醫師更為稀缺。并且，放療醫師培養周期長、需大量培訓資源，這導致在可預見的將來高水平放療醫師將持續稀缺。

靶區勾畫是放療醫師的核心工作，準確的靶區勾畫是腫瘤精準放療的基礎，也是放療醫師水平的體現。利用計算機技術，將高水平放療醫師的靶區勾畫能力進行提取、抽象、學習、復制、應用，這將從供給側極大的提高我國放療的整體質量和效率，是我國腫瘤放療事業發展的重大需求。

本項目利用自主研發的基于深度學習的人工智能技術，學習頭部醫院大專家的腫瘤治療數據，形成標準腫瘤臨床靶區勾畫水平的網絡模型，應用于一線城市三甲醫院、市縣級醫院和民營放療中心，提高治療效率，實現治療水平的均質化，提高患者的五年生存率，從而提高醫院的治療吞吐量（大三甲醫院）和留住患者（市縣級醫院、民營放療中心），最終提高人民健康水平，具有極高的社會價值和商業價值。

圖1 人工智能腫瘤靶區勾畫

放療行業的主要痛點是放療中心多，但治療水平參差不齊，腫瘤醫生和物理師缺口大，靶區勾畫對預后極其重要，但缺少統一標準，各放療機構和醫生只認頭部醫院的標準，靶區勾畫使用頻次高，但費時費力。

為了解決以上痛點，我們研發了人工智能腫瘤靶區勾畫系統，能夠縮短靶區勾畫和治療方案制定過程的時間，不改變醫生工作流程，對大三甲醫院可以提升效率、有效緩解現有醫療資源供需缺口；對其他二、三線市、縣醫院和民營放療中心，可以提升勾畫水平，真正實現大病不出縣，同時產生巨大的商業機會。

在服務方式上，既可以按醫院科室為中心的網絡部署和使用方式，讓腫瘤醫生和物理師像上網一樣的方式做腫瘤靶區勾畫和劑量設計，同時，通過混合云架構設計，已經支持互聯網醫療的遠程勾畫方式，患者在當地就可以享受到大三甲醫院的勾畫和治療水平。

圖2 基于混合云的遠程勾畫系統

我們依托自主研發的深度學習和醫學影像分析核心技術，智能化分析醫學影像大數據，全自動分割臨床靶區CTV，同時能自動勾畫危機器官。具體來講，我們采用卷積神經網絡（CNN）技術，用最新的雙通路網絡DPN替換U-NET編碼器部件；針對不同器官像素分布不均衡，提出了自適應加權損失函數等方法，對網絡進行了改進。很好的解決了網絡的泛化能力，能處理靶區和危及器官分割中的類間不平衡問題。我們所提出的網絡模型如下圖所示：

圖3 自主研發的深度學習算法網絡模型

產品已支持全身主要癌種，包括術后宮頸癌CTV、根治性宮頸癌CTV、保乳術后乳腺癌CTV、全切術后乳腺癌CTV、結直腸癌CTV、鼻咽癌GTV、鼻咽癌CTV，近距離治療的勾畫，同時支持全身近百個危及器官OARs的勾畫，能滿足腫瘤醫生和物理師的絕大部分耗時工作，同時在業內屬于首創的臨床實測產品。支持的全身主要癌種如下圖所示：

圖4 已支持全身危及器官和主要癌種

同時，針對醫院常見的多院區管理，放療科室數據孤島現象嚴重，放射治療流程復雜的情況，本項目已經實現了私有云的勾畫系統設計，利用私有云web訪問協議，可實現互聯的多院區同科室內任意地方、任意時間、任意工作人員的日常勾畫需求，并可以和既有流程無縫集成，極大的方便科室信息化和智慧化建設要求。

’圖5 人工智能靶區勾畫產品亮點

因合作需要，雙方成立聯合實驗室，團隊軟件工程師和深度學習算法工程師駐場開發，技術融入臨床，和醫生進行隨時隨地的產品深度打磨，做到產品業界第一的水平。

作為業界第一款臨床靶區勾畫產品，利用深度學習算法和全棧醫學圖像處理技術，能將靶區勾畫時間從2小時縮短到3分鐘，效率提升40倍，同時由于采用最高水準的勾畫訓練樣本，臨床靶區醫生接受程度能達到90%以上。

圖6 我們的技術和其他其他深度學習準確度的比較優勢

目前已在包括北京協和醫院、河南腫瘤醫院、北大深圳醫院、江蘇省中醫院、解放軍307醫院等在內全國數十家醫院裝機部署、收集數據，深受用戶好評，在美國加州希望之城癌癥中心等醫療機構裝機試用，效果良好。在腫瘤治療行業上下游領域，我們同瓦里安（美國）、醫科達（瑞典）、國內的大醫集團都有深度合作，針對顱內腫瘤SRT自動勾畫，AI劑量預測等方面加快研發布局，為實現信息化、智慧化放療科室建設提供支撐。

北京協和醫院放療科每年接診癌癥患者超過6000例。我們項目和產品與國內治療婦科癌癥最好的北京協和醫院合作，訓練、驗證、測試樣本超過2000例病人，保證了算法、臨床評價的行業認可度和最高水平。合作模式是深度綁定、駐場打磨產品。

目前協和東院區、西院區都部署我們的產品，每周宮頸癌病人量超過100例，同時，盆腔危機器官勾畫近百例都使用我們的產品。醫院試用情況已經表明，有超過20倍的效率提升，同時保證了結果一致性，已經具備了良好的商業化前景。

圖7 北京協和醫院的私有云訪問AI靶區勾畫應用

同時，通過大三甲醫院數據和頭部醫院專家審核的資源，可以快速研發新產品，隨著數據量的積累，實現算法精度的不斷完善和提高，形成競爭優勢和行業品牌。

本項目屬于醫工結合項目，由國內著名醫療機構醫科院北京協和醫院和北京醫智影科技有限公司聯合打造，利用自主研發的核心技術，做醫學成果轉化，解決腫瘤放射治療中最痛的痛點，既能提高治療工作效率，又能提高治療水平，實現腫瘤治療的均質化，已經有全國數十家醫院的臨床實測和好評；同時，結合云計算技術，實現了遠程勾畫的互聯網診療模式，為真正實現大病不出縣，享受均質化治療服務提供了解決方案。最后，本項目的思路，實現途徑，所用的數據和技術，除了在放射治療領域應用之外，還容易復制和推廣到進準外科的術前規劃、術中導航等領域，為緩解醫療資源緊張，改善治療水平提供了范本案例。

項目和產品一經推出即受到行業和資本市場的關注，目前已實現全國數十家醫院裝機部署，已有國有資本、行業戰投和社會資本的數千萬投資，具有極高的社會價值和商業價值。

綜上，已有的進展和臨床落地效果標明，本項目屬于典型的醫院新興技術創新應用案例，為提高我國腫瘤治療水平和患者預后水平，為實現醫院科室信息化和智慧化建設提供了良好的樣例。