基于人工智能和医疗大数据的影像组学及临床应用

Nature Communications 2014
Clinical Cancer Research 2016 14
智能诊断(1/3)—胶质母细胞瘤亚型诊断
临床 术前胶质母细胞瘤瘤亚型分 问题 型缺少必要的诊断方法
临床 265例基因、影像数据完整 数据 的多中心脑胶质瘤患者数据
智能 提取388个影像特征进行聚 方法 类分析，并与基因信息关联
基于人工智能和医疗大数 据的影像组学及临床应用
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报告内容 智能医疗研究背景 智能医疗研究内容 智能医疗未来方向
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背景—智能医疗是国家重大战略发展需求
2017年7月20日，中共中央国务院办公厅印发 《新一代人工智能发展规划》
规划指出：研发人机协同临床智能诊疗方案，实 现智能影像识别、病理分型和智能多学科会诊。
临床辅 助决策
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报告内容 智能医疗研究背景 智能医疗研究内容 智能医疗未来方向
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影像组学研究内容
肿瘤大数据 智能诊断
肿瘤 治疗 效果 评估
典型 临床 应用
影像 组学
肿瘤预后 生存期预测
精准肿瘤 分割标注
核心 关键 技术
海量 特征 提取 筛选
人工智能 模型构建
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影像组学典型临床应用概述
应用 影像组学特征能区分GBM亚 效果 型，并指导靶向治疗
美国斯坦福大学利用多中心数据研究脑胶质瘤影像与基因关联关系
Haruka et al, Science Translational Medicine, 2015, 7:303. SCI IF(2015): 16.264 15
智能诊断(2/3)-术前结直肠癌淋巴结转移诊断
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背景—智能医疗是国际学术前沿热点
2016 2017 2017
Google 北卡罗来纳大学
斯坦福大学
人工智能糖网病 诊 断精度可用于 临床
人工智能可精确诊 断自闭症谱系障碍
人工智能皮肤癌诊 断精度达专家水平
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背景—智能医疗是医学转化的战略高地
2014 2015 2016
Microsoft IBM
Esteva A, et al, Nature, 2017, 542(7639): 115-118. SCI IF(2015): 38.138
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智能评估(1/2)—直肠癌新辅助放化疗效果评估
细胞表达生 物分子异常
开始 增殖
前癌 病变
1~3年
新陈代谢异常 5mm 器官结构异常
1kg左 右肿瘤
时
形成
出现
死间
癌灶
病状 转移
亡
基因技术 检测早期 基因异常
？ 人工智能
医疗 大数 据 影像组
传统成像技术难以实 现早期微小肿瘤成像
学
影像组学融合临床、基因和影像大数据信息，基
于人工智能技术为实现精准诊断提供新机遇
影像组学
智能诊断
智能评估
肿瘤 病理 智能 分型
癌症 转移 智能 诊断
新 辅助 疗效 评估
抗 血管 疗效 评估
智能预测
智能 预测 患者 生存
智能 预测 患者 预后
Journal of Clinical Oncology 2016 Science Translational Medicine 2015
Clinical Cancer Research 2016 Clinical Cancer Research 2017
Yanqi Huang, et al, Journal of Clinical Oncology, 2016, 34(18):2157. SCI IF(2015): 20.98
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智能诊断(3/3)—皮肤癌类别精准诊断(1/2)
临床 皮肤癌发病率高，确诊依赖 问题 于皮肤镜分析和病理学检验
临床 近13万张皮肤疾病照片，2 大数据 千张病理证实数据用于验证
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智能诊断(3/3)—皮肤癌类别精准诊断(2/2)
数据 标定
临床医生诊断 + 病理证实
临床 问题
粗分类
肿瘤良恶性
细分类
黑色素瘤筛查
智能 方法
迁移学习：Google’s Inception v3 CNN
(经128万张自然图像进行训练)
深度学习网络模型能够有效分类皮肤癌，对临 床上最关键的黑色素瘤诊断达到专家水平
临床 术前结直肠癌淋巴结转移难 问题 以诊断，术中采用盲目切除
临床 500余例临床病理、影像数 数据 据完整的结直肠癌患者数据
智能 选择关键影像特征结合临床 方法 病理信息建立诺莫预测模型
应用 将结直肠癌淋巴结清扫的假 效果 阳性率从70%降低到<30%
广东省人民医院、中科院自动所合作预测结直肠癌淋巴结转移
Google
利用Intelligence Engine 剖析健康数据，为患者就 诊和意外急诊做准备
分析医学文献和病患诊疗 记录，为患者提供高质量、 循证型个体化的诊疗方案
建立健康风险警告系统， 借助移动终端推送健康风 险警告，并及时通知医生
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背景—现在是发展智能医疗最佳时机
传统医疗ห้องสมุดไป่ตู้
人 脑
小 数 据
智能 构建迁移学习神经网络模型， 方法 用于皮肤疾病自动分类
应用 皮肤癌良恶性分类及黑色素 效果 瘤识别达到临床诊断水平
斯坦福大学使用人工智能方法将皮肤癌精准诊断推向日常
Esteva A, et al, Nature, 2017, 542(7639): 115-118. SCI IF(2015): 38.138
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癌症诊疗面临重大挑战
五年生存率 %
美国NIH 癌症大数据显示 52年间癌症5年生存率无实质性进展
N=2,060,388
Data from National Cancer Institute of NIH (2016)
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影像组学为癌症精准诊疗提供新机遇
肿 瘤 大
基因 异常
小
正 基因 常 异常
5~20年
智能医疗
计 算 机
大 数 据
方法
切入点
资源
人 工 智能 影 像 组学 医疗大数据
智能诊断 疗效评估 预后预测
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智能医疗小结
满足国家 战略需求
瞄准国际 学术前沿
智能 医疗
抢占医学 转化高地
抓紧最佳 发展时机
针对国家重大战略发展需求，顺应国际人工智能发展趋势 创新智能医疗核心关键技术，驱动重大疾病临床诊疗发展
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影像组学概念
影像组学结合医学影像、基因和临床大数据，利用人 工智能方法挖掘肿瘤信息，实现临床辅助决策
概念提出
概念完善
临床应用
EJC 2012, 48: 441-446 MRI 2012, 30(9): 1234. Nat. Comm. 2014, 5: 4006
医疗影 像数据
定量特 征提取
人工智 能模型