作为全世界死亡率最高的疾病,冠心病已成为人类健康的“第一大杀手”。据《中国心血管健康与疾病报告(年)》,中国心血管病总患病人数约3.3亿,并且其患病率处于持续上升态势,心血管疾病占中国居民过早死亡原因的40%以上。
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年中国农村居民(A)和城市居民(B)主要疾病死因构成比(%)
通常,医生会根据患者情况通过“看得见”的数据指标初步诊断冠心病,但这些手段准确率不够高,需要再经有创检查进一步地诊断。以血管狭窄程度为判断依据的冠脉造影检查会造成误诊、漏诊的情况;FFR(血流储备分数)由于在功能学判定的精准性,被认定为诊断冠心病的“金标准”,但其费用昂贵,对患者来说也有一定的风险。
冠心病已然成为人类健康的“定时炸弹”,与其等到有相关症状才确诊,不如在有健康隐患之初就“防患于未然”。那么,有没有一种适用于冠心病早期筛查、可大规模使用的途径,既能对“是否进一步检查”给出无创、精准的判断,又能对“看不见”的健康风险进行可靠的预测呢?
基于人工智能、流体力学和云计算技术,睿心医疗自主研发了名为“睿心分数”(RuiXin-FFR)的无创冠脉供血功能评估平台。该平台的血管功能评估准确率为92%(目前全球最高水平),特异性达90%,敏感性达95%,并于今年4月得到了国家药品监督管理局批准,获得上市资格。
与业内同类产品相比,睿心分数有何不同?仅成立三年的睿心医疗便取得了三类医疗器械注册证,其技术有何独特优势?该技术可解决哪些问题?医生和患者将如何从中受益?“功能学+形态学”双维诊断,对“进不进导管室”为医生提供精准的判断依据对于医生来说,心电图、冠状动脉CT血管造影(CTA)、心脏超声等初步诊断数据还不足够作为冠心病的判断标准。因此,精准的判断依据显得尤为重要。进入导管室做有创的冠脉造影可能会有进一步的结论,但将血管狭窄程度作为“是否做冠脉造影”的依据也可能造成误诊、漏诊的情况。具体来说,有些患者的冠状动脉虽然出现了堵塞,但经导管室进一步检查后,发现冠脉功能尚且良好。另有一些患者狭窄程度并不严重,但是实际上供血功能已受损,如果没有及时治疗,极有可能为患者埋下健康隐患。因此,医生诊断冠心病一个显著的痛点在于,当看到患者的冠脉出现医学意义的狭窄,是否让患者进导管室进一步检查。睿心医疗CTO马骏表示,无创CT-FFR睿心分数可准确、客观地计算冠脉的供血功能,为“是否进入导管室做有创检查和治疗”给出明确的判断。睿心分数可以“帮医生看见”,为医生提供可靠、准确的判断依据。那么,它是怎样做到精准诊断的?其技术有何独特优势?睿心分数在CT-FFR进行了多项创新,采用“功能学+形态学”双维智能诊断。第一,人工智能和图像处理方面,睿心分数采用“由粗到细”的三步图像分割和建模,几何模型完整,血管数目丰富。从医学影像中提取出冠脉树的几何模型,业内多数产品利用深度学习或传统的图像处理,从影像中进行像素分割,然后直接建模。但仅仅依赖像素水平的分割和建模,精度是不够的(约0.5mm),并非人类血管连续、光滑的形态。从功能学角度,这会导致冠脉供血功能的分析计算结果存在误差。因此,睿心采用了“由粗到细”的三步图像分割和建模技术。具体来说,第一步,利用深度学习网络,实现完整冠脉树的像素分割。第二步,沿着血管中心线进一步进行二次分割和血管建模,更精准地计算符合真实情况的血管轮廓。“在局部,我们准确地计算出病变区域的血管变化,对钙化、暗斑块、弥漫性病变等复杂情况做出合理的判断。”马骏说。第三步,睿心专门设计了第三层神经网络,以区分冠脉与静脉。他解释道:“冠脉树的拓扑和几何结构至关重要,而静脉的掺入会改变血流的状况。我们将这些易混淆的静脉祛除,获得更加干净、更加精准的冠脉树。”第二,在流体力学仿真方面。首先,睿心分数采用动态的网格规划,即把几何模型分割成几十万甚至上百万个小网格。如果网格分得过细,它虽然精准,但计算量过大;如果网格分得过粗,计算速度固然很快,但精准度不够。那么,如何使网格达到计算量和精准度的平衡呢?马骏表示,“睿心分数的动态网格规划根据血管的大小、粗细进行自适应性的网格划分。在较粗的血管上采用相对较粗的颗粒,在细小的血管局部尤其是病变的区域,会自动地增加网格的密度。”其次,睿心分数选取了最精准、最适合患者个性化的边界条件。在求解力学方程时,方程本身是普适的,但是每位患者的具体情况不同,所以需要提取的患者边界条件(血流量、压力、末端阻力等)也不同。“睿心分数根据学术界最新的成果以及睿心自主研发的多项专利技术,选取了最精准、最适合于患者个性化的边界条件。”马骏说道。再次,求解流体力学方程,睿心开发出速度更快、精度更高的求解器。睿心利用并行计算原理及计算方式的创新,把原来每个病例2-3个小时的计算时间成功地缩短到5分钟。+家医院及机构落地应用,与行业组织在科研和产品方面积极合作截至目前,睿心在国内已经和医院和机构合作,使用睿心分数进行冠心病诊疗分析的病例已超过5万例。并且,还完成了全球最大规模的前瞻性临床试验(例)。对于患者而言,睿心分数可减少患者有创检查的痛苦、减轻患者的检查费用,缩短患者等待检查的时间,降低患者被误诊、漏诊的风险。对医生而言,睿心分数提高了医生的工作效率,减轻了医生的工作压力,也为医生避免了检查时X射线的辐射风险。“从我们收到的大量反馈来看,医生普遍认为睿心分数在冠心病的诊断中给出了非常有价值的信息。”马骏说。不仅是国内市场,目前,睿心在国际市场正在做FDA和CE的认证,预计在近期会完成相关认证。马骏表示,“相关认证完成后,我们会在美国、欧洲、日本、东南亚等国家和地区进行相关业务的拓展,预计在未来三至五年会大规模地国际化落地。”除了练好技术的“内功”与合作的推进,睿心还在科研和产品方面与中国心血管医生创新俱乐部(CCI)积极合作。10月,睿心与CCI创建了血流动力学联合实验室。在科研方面,睿医院主导的无创功能学卫生经济学研究提供技术支持,通过睿心分数的研究数据,确认在长期的临床实践中可具体减少多少医疗成本,怎样提高医疗效率以及为医生和患者带来多大的获益。另外,通过人工智能结合血流动力学的研究,对冠心病斑块进行风险性预测。马骏指出,斑块预警是冠心病中非常有挑战性的难题。我们可以用人工智能的方法自动地探测斑块并分析其形态学特征,结合流体力学仿真分析其功能学特征,并把两者结合可以更准确地预测斑块破裂的风险。在产品方面,在CCI定期与医生和工程师做深度的交流和碰撞,睿心可更深入地了解临床需求和技术趋势,把医生和工程师的灵感转化为产品的设计。“三剑客”精准瞄定在心血管领域做医疗影像AI,“一拍即合”回国创业年,全球医疗AI方兴未艾,尤其是在肺结节检测、眼底糖网筛查等细分领域的医疗影像AI公司如“雨后春笋”兴起。睿心创始“三剑客”——郑凌霄、兰宏志、马骏为什么选择了心血管领域呢?在创立睿心之前,他们在各自领域积累了十余年经验。睿心创始人兼CEO郑凌霄一直在工程力学仿真领域深耕,本科毕业于北航工程力学,博士毕业于约翰霍普金斯大学。睿心首席科学家兰宏志是清华大学本硕、杜兰大学生物医学工程博士,毕业后在斯坦福大学心血管仿真实验室做研究员,一直从事心脑血管仿真模拟的工作。睿心CTO马骏本科毕业于清华大学电机系和生物医疗专业,博士毕业于约翰霍普金斯大学。先后任职于GE、西门子、达芬奇手术机器人等医疗器械公司,专注于研究人工智能算法、影像引导手术等尖端技术。除了自身的积累,外部的因素同样不可忽视。从市场角度,中国的冠心病患者基数庞大、医疗资源相对紧缺、医疗资源分布不均衡。从技术角度,不同于简单识别出影像中的病灶,他们所做的无创功能学需要重建出整个冠脉树,对冠脉树的每个点进行精准的分割、抓取和建模,并进行流体力学计算。因此,他们认为CT-FFR的技术壁垒足够高。从提供诊疗价值角度,睿心的