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| 本文作者： 李雨晨 | 2020-07-09 14:11 |
阿里巴巴达摩院医疗AI又有了一项突破。
7月9日，达摩院提出了一种AI助力骨科关节置换手术的新方法，该方法无需医生手动操作即可自动完成术前关键点位的测量，并且实现了精度上的突破，相比传统AI方法，达摩院医疗AI团队的精度可提升2.3%以上，整个过程仅需0.3秒。
达摩院算法专家透露，目前该研究成果已被医学影像分析行业的顶会MICCAI 2020收录，本月底将正式在医院上线使用。
全髋关节置换术（THA）是当今骨科方向比较成功的手术之一，这是一种用模拟人体关节结构的假体置换病损的髋关节来消除病痛的方法，即用人工关节假体替换患者关节，帮助病人恢复关节功能。2018年，中国就实施了40多万台手术，随着人口老龄化问题的加重，这一数字将会逐年增加。
但一个现实问题是，该手术要求极其精密。
手术之前，医生会根据患者的年龄、骨结构形态改变和骨组织质量等情况，来制定一份准确详细的术前计划，这对手术的成功与否十分关键。
正常的流程是：医生需要先拍病损髋关节的X片，然后在X片寻找解剖位置、测量角度和长度，例如股骨颈干角度和腿长差异，以此来寻找合适的替换假体。
目前，这个过程完全是医生手动操作，需要1小时以上，而且经验不足的医生甚至可能出现点位不准确的情况。
为了提高医生的工作效率，达摩院提出了一种THA术前规划自动测量的方法，利用AI模拟医生的测量过程，通过先定位这些关键点，再根据点的坐标计算得到测量结果。
区别于传统AI只检测关键点的方法，达摩院还根据这些待测量量，定义了解剖点之间的连接边，以强化同一个测量量相关的各个点之间的联系，测量数据更加直观。
如上图所示，达摩院一共定义了22个关键点和24条连接边。22个关键点左右对称分布，每侧各有11个关键点（红色）和10条边（黄色），同时两侧之间也有4条连接边（绿色），以衡量左右髋的差异。
利用深度学习关键点检测方法，达摩院实现了对各个解剖关键点的准确定位，结果如下表所示：
通过在损失函数中加入解剖点之间的连接边回归损失，达摩院的模型可以取得更高的定位精度，相比于原始的U-Net、Hourglass和HRNet模型，达摩院的方法分别提升了2.3%、11.7%和5.1%。
表1. 模型的11个关键点的检测精度
* +edge为达摩院的方法（误差mm）
得到这个关键点之后，就可以根据这些点的坐标自动地计算对应的测量量。
下图是THA术前规划自动测量平台，图中测量了左右侧髋的股骨颈干角分别是131.76和127.79度，髋臼杯前倾角分别是36.83度和39.64度，两腿长差异是9.12毫米。
据雷锋网了解，目前，达摩院该技术正在和合作伙伴一起优化，并将落地到医院实际场景中。
图2. THA术前规划自动测量demo
2017年10月11日，阿里巴巴达摩院正式成立，定位于基础科学和创新技术研究。而达摩院医疗AI团队的组建还要往前追溯到2016年，由时任阿里巴巴 iDST 副院长华先胜打造。
4年多的时间里，达摩院的研究范围一步步从基础AI的研究延伸到医疗专业领域知识的探索，目前在心血管、肺结节、肝脏、骨科、基因等领域均有布局。
该骨科AI成果发布后，雷锋网第一时间采访到了达摩院医疗AI负责人迟颖。
可以看到，这次的成果——AI助力骨科关节置换手术，并不是骨科AI中的最热门方向（例如行业熟知的测骨龄等），达摩院为什么会选择这个方向？
迟颖认为，除了上述的老龄化背景与医疗需求，对于骨科而言，AI辅助治疗要比辅助诊断更有价值。而这一方向目前还处于发展初期，是比较有前景的领域。
她表示，相比于辅助诊断，辅助治疗更加切入医生的工作流程，可以明显提高医生的工作效率，对医生来说更有价值。而且，临床治疗的实际商业价值也更高。
据雷锋网了解，现阶段，达摩院会和合作伙伴打造一个智能骨科平台落地合作医院，除了基础的术前定位测量工作，还会与合作伙伴一起建立影像诊断-骨科手术耗材供应链管理的智能化标准流程。
技术需要足够的落地场景，而巨头的优势在于可以借助内外部的生态伙伴，进一步加深行业的参与度。
迟颖表示，阿里入局医疗AI最大的优势之一就是背后有各方生态的合力，以及每一个生态方向的相对深厚的业务和技术积淀。
细细梳理一下，我们可以发现，阿里多个事业线在医疗领域均有所布局。
这其中包括：阿里健康在药物相关和未来医院等方面的探索；钉钉在医疗办公、远程会诊等方面的覆盖；蚂蚁金服在区块链、有信用保障的付款、和保险等方面的积累和实践；IoT物联网在医院设备管理等方面的规划，以及阿里云在远程辅助医疗（比如5G远程手术、或者5G远程VR救助等）方面可能的策略等。
从内部来看，这些“兄弟部门”一直是达摩院医疗AI成果落地的有力支撑。
以新冠肺炎期间的产品部署为例，阿里云在全球的海外数据中心，成为了达摩院算法部署的骨干节点，承载起了对有需求的45个国家和地区的合作伙伴的算法测试与合作。
在医疗影像智能方面，达摩院医疗AI为阿里健康提供基础的技术能力输出，阿里健康则会为达摩院进行业务机会的寻找和拓展、以及对内核技术的包装。
而从外部来看，达摩院也拥有一批生态合作伙伴。
早在2017年，阿里健康就与万里云发布“Doctor You”AI系统，万里云拥有实体的检查中心和移动体检车等硬件设施，成为AI产品在基层影像检查和体检等服务中的重要载体。
又例如卫宁健康，作为医疗信息化的代表性厂商，卫宁健康在医院信息化建设、医疗需求理解、销售渠道等方面的先天优势，也会给阿里的医疗AI产品铺设一条相对容易的落地之路。
迟颖在采访中也向雷锋网表示，PACS厂商等医疗信息化的合作伙伴，成为了达摩院与医院对接的桥梁。
“我们把算法嵌入合作伙伴的PACS系统中，医院用户在打开临床例行使用的PACS系统后，不需要再打开另外一套AI系统，为临床医生提供了更好的体验。”
今年以来，科亚、安德医智等AI产品陆续获得NMPA审批，政策层面不断释放提速的信号。
迟颖说到，疫情期间，达摩院的新冠肺炎CT影像AI就在立陶宛通过了医疗认证的豁免。在日本，和达摩院绑定的合作伙伴M3公司也已获得了PDMA的认证。同时也在马来西亚申请认证，国内和欧洲的相关审批工作也在准备中。
“达摩院的医疗AI，可以从各个视角去协助阿里医疗生态的各方面需求，用未来的技术服务阿里生态的未来业务应用，为社会带来有价值的改变。”
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