“這是一個(gè)電影片段，大家有誰(shuí)看出演員的步態(tài)有問(wèn)題？“在5月22日于昆明舉行的騰訊全球數(shù)字生態(tài)大會(huì)智慧醫(yī)療專(zhuān)場(chǎng)上，騰訊醫(yī)療人工智能研究院院長(zhǎng)范偉博士以一個(gè)提問(wèn)開(kāi)啟了他的演講。
“實(shí)際上他左臂的搖動(dòng)頻率和幅度比正常人要小，后來(lái)被診斷患有帕金森。”范偉繼而解答道，這位演員正是曾出演熱門(mén)科幻喜劇《回到未來(lái)》的Michael J. Fox，確診帕金森病時(shí)他剛滿30歲。
騰訊醫(yī)療人工智能研究院院長(zhǎng)范偉博士發(fā)表主題演講
帕金森病“破壞力”大 早期就診面臨“兩道坎”
中國(guó)帕金森病患者有400余萬(wàn)人，約占全球的50%。在范偉看來(lái)，帕金森病給社會(huì)和家庭帶來(lái)的影響不可估量。“帕金森病患者一年差不多要花費(fèi)3萬(wàn)， 占有些家庭總收入的48%。”盡管如此，比財(cái)力消耗更令人難以承受的，是由疾病帶來(lái)的行動(dòng)不便，無(wú)法自理。“帕金森病分4級(jí)，1、2級(jí)能夠自理，3、4級(jí)不能自理，包括簡(jiǎn)單的吃飯、上洗手間都不行。家里一個(gè)護(hù)工都不夠，有的要2個(gè)。”因此，在有帕金森病患者的家庭，疾病未使患者“癱瘓”之前，可能已經(jīng)讓整個(gè)家庭陷于“癱瘓”。
事實(shí)上，如果能夠早發(fā)現(xiàn)早診斷早治療，再加上科學(xué)有效的疾病管理，將能夠有效延緩、控制帕金森病的病程。但這并非易事，范偉介紹道，“在我國(guó)，75歲以上的老人帕金森患病率高達(dá)10%，但發(fā)病初期就診率只有3.75%。”帕金森病的早期診斷和全程管理至少面臨著“兩道坎”：
一是醫(yī)患比例“蹺蹺板”的長(zhǎng)期失衡。在我國(guó)，帕金森病患者數(shù)量眾多，但與之相對(duì)應(yīng)的帕金森專(zhuān)病醫(yī)生卻只有1000多名，而隨著人口老齡化的日益嚴(yán)重，醫(yī)患數(shù)量失衡的情況還將持續(xù)拉大。
二是傳統(tǒng)的帕金森病評(píng)估方式不僅耗時(shí)耗力，還具有很強(qiáng)的主觀性。不像測(cè)量糖尿病、高血壓等慢病可以通過(guò)儀器設(shè)備進(jìn)行量化檢測(cè)，帕金森病主要的評(píng)估方式要更為“簡(jiǎn)陋”，醫(yī)生通過(guò)人工觀察的方式，根據(jù)患者完成指定動(dòng)作的流暢程度進(jìn)行打分和綜合病情評(píng)定。“目前在臨床環(huán)境下做一次評(píng)估，醫(yī)生需要30-40分鐘，專(zhuān)家通過(guò)肉眼去觀察，給不同的動(dòng)作評(píng)分。因?yàn)槿说娜庋壑饔^判斷能力有區(qū)別，不同的專(zhuān)家給相同的人評(píng)估結(jié)果可能不一樣。”
面對(duì)帕金森病的這兩道坎，范偉博士帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)就是要通過(guò)AI技術(shù)將運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估變成一種量化客觀的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)產(chǎn)品化落地去幫助醫(yī)生更加有效地管理更多的患者。另外，除了帕金森病之外，還有很多疾病跟運(yùn)動(dòng)能力評(píng)估相關(guān)，例如腦癱、脊柱側(cè)彎、腦卒中、多發(fā)性硬化癥等。缺少客觀測(cè)量的工具和手段，目前是醫(yī)學(xué)上的一個(gè)盲點(diǎn)。對(duì)此，范偉博士的思路是找到一套適用多種疾病的客觀可量化運(yùn)動(dòng)評(píng)估方法，用AI技術(shù)的能力去推動(dòng)醫(yī)學(xué)解決盲點(diǎn)。
通過(guò)AI技術(shù)分析視頻中的步態(tài)
超越認(rèn)知 三大技術(shù)首創(chuàng)實(shí)現(xiàn)帕金森評(píng)估可量化
“測(cè)量一切可測(cè)之物，并把不可測(cè)的變?yōu)榭蓽y(cè)。”通過(guò)引用伽利略的一句名言，范偉提出了在運(yùn)動(dòng)功能方向上探索的靈感，“有些事物不能直接測(cè)量，你要想辦法測(cè)量。把能夠測(cè)量的測(cè)準(zhǔn)，這是科學(xué)的基本原則”。就像溫度計(jì)、血壓計(jì)、血糖儀可以變成日常監(jiān)測(cè)設(shè)備一樣，人工智能技術(shù)的加入，讓范偉“超越認(rèn)知”的想法變?yōu)榭赡堋７秱ゲ┦拷榻B，在視覺(jué)方面，人眼能夠識(shí)別大概是每秒24幀，但人工智能應(yīng)用是60—240幀，在聲音的采樣上，人耳是20千赫，而人工智能應(yīng)用要大于44千赫。
人工智能幫助測(cè)量超越認(rèn)知極限
范偉博士所在的騰訊醫(yī)療人工智能研究院通過(guò)與華山醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科王堅(jiān)教授團(tuán)隊(duì)合作，以視頻分析技術(shù)為基礎(chǔ)通過(guò)分析錄制的患者規(guī)定動(dòng)作視頻做MDS-UPDRS評(píng)分。由于患者的運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估本身就非常耗時(shí)，也就造成數(shù)據(jù)采集的低效。為了解決訓(xùn)練數(shù)據(jù)少的問(wèn)題，范偉博士團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造性地引入了AR技術(shù)生成模式訓(xùn)練數(shù)據(jù)，可以在短時(shí)間內(nèi)將訓(xùn)練數(shù)據(jù)擴(kuò)充數(shù)千倍。視頻數(shù)據(jù)的標(biāo)注更加耗費(fèi)人工，為了解決標(biāo)注問(wèn)題，技術(shù)團(tuán)隊(duì)引入了虛擬傳感技術(shù)，在生成模擬數(shù)據(jù)時(shí)自帶標(biāo)注點(diǎn)，再將帶標(biāo)記的模擬數(shù)據(jù)融合到患者拍攝的肢體運(yùn)動(dòng)視頻上面實(shí)現(xiàn)同步運(yùn)動(dòng)。這樣就突破了人類(lèi)數(shù)據(jù)標(biāo)注的極限，大大提高工作效率，也降低了項(xiàng)目研發(fā)的成本。
在傳統(tǒng)運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估方法中，人眼對(duì)與震顫的最小識(shí)別粒度是厘米級(jí)別的。但是通過(guò)上述視頻分析技術(shù)，系統(tǒng)目前可以識(shí)別人眼無(wú)法識(shí)別的像素級(jí)震顫，并做量化分析，突破微小運(yùn)動(dòng)測(cè)量極限。這一成果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人類(lèi)的視覺(jué)極限。
AI視頻分析識(shí)別和測(cè)量微小震顫
除AI視頻分析技術(shù)，此次會(huì)上范偉博士還首次展示了騰訊醫(yī)療人工智能研究院的兩項(xiàng)新技術(shù)在帕金森評(píng)估領(lǐng)域的應(yīng)用——手機(jī)傳感器運(yùn)動(dòng)評(píng)估技術(shù)和語(yǔ)音功能分析技術(shù)。通過(guò)普通智能手機(jī)傳感器，增加了帕金森病運(yùn)動(dòng)功能評(píng)測(cè)的維度和精度。目前，帕金森運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估不僅支持靜止震顫、動(dòng)態(tài)震顫等手部運(yùn)動(dòng)功能，也有跺腳和抬腳趾等腿部運(yùn)動(dòng)功能，傳感器能夠高效率地實(shí)現(xiàn)全身微小運(yùn)動(dòng)的測(cè)量。
在視覺(jué)被突破之外，語(yǔ)音功能分析技術(shù)則有望突破人的聽(tīng)覺(jué)極限。由于帕金森病人的一個(gè)常見(jiàn)的癥狀是語(yǔ)調(diào)單一，說(shuō)話呼吸急促或語(yǔ)音遲滯。為了捕捉和學(xué)習(xí)這些特征，系統(tǒng)會(huì)引導(dǎo)測(cè)試者錄制一段5-10秒的語(yǔ)音，通過(guò)人工智能模型來(lái)判斷帕金森病人的狀態(tài)。另外，由于無(wú)需購(gòu)買(mǎi)額外硬件，只需要智能手機(jī)就可以完成快速，簡(jiǎn)單和易用的帕金森病狀態(tài)的語(yǔ)音評(píng)估，從而使日常居家和護(hù)理監(jiān)測(cè)成為了可能。
借助視頻分析、手機(jī)傳感器分析、語(yǔ)音分析這三大評(píng)估技術(shù)，醫(yī)生可以更高效地評(píng)測(cè)帕金森病患者的病情，對(duì)患者進(jìn)行分級(jí)，并制定更有針對(duì)性的治療方案，這也為行動(dòng)不便的患者帶來(lái)便利。醫(yī)生可以通過(guò)手機(jī)與患者互動(dòng)，便可實(shí)現(xiàn)患者的疾病管理，讓患者服用最合適的藥物、最合適的計(jì)量，維護(hù)患者運(yùn)動(dòng)功能，減少家庭負(fù)擔(dān)。
除此之外，類(lèi)似的運(yùn)動(dòng)視頻分析技術(shù)還可以用于其他運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估場(chǎng)景，如:腦癱患者在手術(shù)前的步態(tài)分析、腦卒中病人康復(fù)期的運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估、足球運(yùn)動(dòng)員受傷后的恢復(fù)訓(xùn)練中的運(yùn)動(dòng)功能狀態(tài)評(píng)測(cè)等。
帕金森病運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估系統(tǒng)已開(kāi)展國(guó)際臨床試驗(yàn)
據(jù)范博士透露，該項(xiàng)帕金森病運(yùn)動(dòng)功能評(píng)估系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始展開(kāi)國(guó)際合作，例如，在英國(guó)已經(jīng)通過(guò)合作伙伴Medopad獲取到臨床試驗(yàn)許可，并逐步展開(kāi)臨床試驗(yàn)。同時(shí)在跟某著名國(guó)際醫(yī)院合作的臨床實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)過(guò)與醫(yī)生團(tuán)隊(duì)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，該系統(tǒng)對(duì)于多個(gè)運(yùn)動(dòng)的評(píng)分一致性到達(dá)91%，超過(guò)了普通醫(yī)生團(tuán)隊(duì)之間的打分一致性。
截至2019年5月，這套帕金森病運(yùn)動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)已在南京、天津、西安、昆明、貴陽(yáng)等城市的15家臨床機(jī)構(gòu)進(jìn)行試運(yùn)行，為帕金森病患者帶去福音。在騰訊全球數(shù)字生態(tài)大會(huì)智慧醫(yī)療專(zhuān)場(chǎng)揭曉的2018年度中國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療健康”優(yōu)秀案例獲獎(jiǎng)案例中，“帕金森病運(yùn)動(dòng)功能智能評(píng)估”最終成功入選“十大科技助力醫(yī)療健康創(chuàng)新”優(yōu)秀案例。
探索AI“測(cè)量”疾病的更多可能
騰訊醫(yī)療人工智能研究院還在多發(fā)性硬化癥、銀屑病、心血管疾病輔助診斷與手術(shù)規(guī)劃、癌癥放療規(guī)劃、EKG分析等疾病領(lǐng)域展開(kāi)了豐富的研究與探索。
騰訊醫(yī)療AI在更多疾病上的探索
以銀屑病的就醫(yī)為例，去年騰訊牽頭啟動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中的“數(shù)字診療裝備研發(fā)專(zhuān)項(xiàng)”課題研究，騰訊醫(yī)療人工智能研究院聯(lián)合湘雅醫(yī)院陳翔教授團(tuán)隊(duì)，共同研發(fā)了以微信小程序?yàn)槠脚_(tái)、基于AI的銀屑病輔助診療助手，串聯(lián)皮膚病AI輔助診療的全流程，可根據(jù)患者皮損照片和線上問(wèn)答實(shí)現(xiàn)自我初篩；在診中實(shí)現(xiàn)病情量化，對(duì)病情嚴(yán)重程度進(jìn)行評(píng)分，輔助醫(yī)生可持續(xù)、可量化監(jiān)控病情變化，跟蹤預(yù)后效果，及時(shí)調(diào)整治療方案。目前銀屑病初篩精度已達(dá)到93%。
此外，范偉博士介紹到，團(tuán)隊(duì)還利用AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)了頭頸部放療器官的自動(dòng)勾畫(huà)，可在 0.12秒內(nèi)完成器官勾畫(huà)，而此前醫(yī)生為一名患者做放療規(guī)劃方案通常需要花費(fèi)7天的時(shí)間。這一技術(shù)可大大提升放療醫(yī)生的工作效率使醫(yī)患共同受益。