诞生于三十年前的 IDx-DR 为何会成为 FDA 首个批准的 AI 自主诊断产品？

本文译自《Nature》，原文标题： How artificial intelligence is helping to prevent blindness

作者：Sandeep Ravindran

当糖尿病患者找全科医生看病时，他们经常被转诊给眼科医生。眼科医生可以检查患者的眼睛是否有糖尿病视网膜病变的迹象。这种病会损害了视网膜，是导致失明的主要原因，每年大约有24000人得上这个病。

但是，人们都希望可以在早期控制疾病来避免最坏的结果。爱荷华州爱荷华大学视网膜专家兼计算机科学家Michael Abràmoff说：“我们非常了解如何治疗它，但我们并没有及早发现它。”

因此，定期筛查对于治疗糖尿病视网膜病变至关重要。但评估美国约3000万糖尿病患者，以及全球4亿多糖尿病患者，似乎是一个无法克服的挑战。每年只有大约一半的糖尿病患者会按照建议检查自己的眼睛。

其中一个重要原因就是眼科医生的短缺。这些专科医生需要全面的培训和特殊设备，眼科医生短缺让患者不得不去很远的地方进行眼科检查。这个问题在低收入和中等收入国家尤为严重，印度只有15000名眼科医生为约7000万糖尿病患者服务。由于老年人、高风险人群的增长速度超过了眼科医生人数，更富裕的国家估计也会出现短缺。

有人提出，利用远程医疗的方式，让眼科医生远程评估视网膜的照片，这种方式可能有助于改善患者的就诊体验，但尚未获得广泛接受。

“我看到眼科领域的变革”

Abràmoff长期以来一直在探索是否可以使用计算机程序来筛查人们的眼病。几十年来，他开发了IDx-DR，这是一种AI系统，可以在几分钟内告诉一个人是否患有糖尿病视网膜病变。

IDx-DR是美国FDA批准的首个无需临床医生即可给出筛查决定的设备。但它并不是唯一能够改变眼科领域的AI工具。

算力的进步和大规模的视网膜图像数据集促进了AI系统的发展，该系统不仅用于检测相对容易发现的糖尿病视网膜病变，还用于检测其他常见的眼病，例如老年性黄斑变性（AMD）和青光眼。这些人工智能系统可以提高大规模筛查的速度和准确性，以此改善眼科服务欠缺地区的现状。

尽管AI系统的前景光明，也有人对系统是否能够普及表示担忧。新加坡国立眼科中心的眼科医生Tien Yin Wong说，在诊所使用人工智能将不可避免地引发人们对漏诊和误诊的担忧。他说，法律和道德问题最终可能决定技术的普及程度。

然而，该领域的乐观派认为AI辅助诊断已经准备好了。Pearse Keane是伦敦Moorfields眼科医院的眼科医生，也是DeepMind Technologies的顾问，这家公司由Google的母公司Alphabet所有。这家公司正在开发一种可以诊断眼疾的系统。“我仍然记得我第一次看到这个算法的时候，”他说。“我惊呆了，我觉得自己看到了整个眼科领域的变革。”

三十年的愿景

Abràmoff在30年前开始研究眼部疾病的自动检测。但Abràmoff不确定计算机程序是否可以代表训练有素的专家，至少在开始时是这样。

机器学习使用数据和定制算法来训练机器执行任务，从20世纪50年代以来，它已经显示出在图像分析上的潜力。但是，即使是Abràmoff在40年后开始他的研究时，硬件条件也不足以使机器学习用于分析真实世界的医学图像。

尽管如此，Abràmoff精心设计了数学方程来描述视网膜中的各种病变，然后编写了算法来检测它们。到了21世纪初，他发表了大量关于这一主题的论文，随着时间的推移，他获得了相关专利，希望能获得制药或生物技术公司的许可。但这个想法没有成功。“什么都没发生。”他说。

所幸的是，由于视频游戏行业的发展，人工智能系统在医学成像领域的应用在近几年得到了巨大的推动。越来越强大的显卡被开发出来，这对于人工智能系统所需的并行处理非常理想。

这些显卡使得实现被称为人工神经网络的计算密集型系统变得更加容易，这些系统受到神经元在大脑中互连方式的启发。这种网络由处理图像不同特征的连接节点层组成，每个属性都被赋予一定的权重，然后系统将这些权重组合起来输出一个结果——如眼睛是否受到糖尿病视网膜病变的影响。

通过将具有强大处理能力的人工神经网络与海量图像数据集相结合，研究人员能够创建深度学习网络，完成传统编程软件无法完成的复杂任务，包括打败一些世界上最优秀的围棋选手。华盛顿大学的眼科医生Aaron Lee说:“这是一种巨大的飞跃，所有这些曾经是天上掉馅饼的事情现在在技术上都是可行的。”

一次成功的试验

在这些技术进步的背景下，2010年，Abràmoff在爱荷华州Coralville成立了公司——IDx Technologies。经过与FDA的长时间讨论，他建立了一个临床试验，证明IDx-DR可以在真实世界里运作。从2017年1月开始，这个试验招募了来自美国10个地方的900名糖尿病患者。

结果显示，Abràmoff几十年的工作取得了成效。IDx-DR识别出比轻度糖尿病视网膜病变更严重患者的正确率达到87％，识别出了没有糖尿病视网膜病变的患者的准确率达 到90%。

据雷锋网此前报道，2018年2月，IDx公司就已经宣布，FDA已加快对其公司AI系统的审查进程。