不插管的食管癌筛查,达摩院从一张肺部CT开始

华尔街见闻09-27 12:09

王奇峰经常到区县医院指导工作。

这位四川省肿瘤医院放疗科主任医师,在基层见过不少让他遗憾的病例。患者来的时候已经吃不下饭,错过了根治性治疗。调出医院系统里的记录,这个人两年前因为肺炎住过院,拍过胸部CT。

把两年前的片子和现在对比,那时食管壁已经有增厚。

当时没有人注意到,患者没提到吃饭有问题,影像科医生也只看了肺部情况。

9月24日,阿里巴巴达摩院联合四川省肿瘤医院、中山大学肿瘤防治中心等机构,发布食管癌筛查AI模型DAMO EAGLE,相关论文发表于《自然·医学》(Nature Medicine)。模型在初筛阶段直接读取平扫CT,不需要插管,也不用注射造影剂;AI提示阳性后,患者仍要接受内镜和病理检查才能确诊。

DAMO EAGLE相关论文发表于《自然·医学》

它要做的,是替医生看下拍肺时顺带拍到的食管影响。

这是达摩院继胰腺癌、胃癌、结直肠癌之后发布的第4个癌症筛查模型。去年发布的胃癌模型GRAPE,用在胃镜检查之前,EAGLE则从医院已经拍过的胸部CT开始寻找食管癌风险。

01 金标准有了,做得上内镜的人太少

中国的食管癌负担在全球都很突出。国家癌症中心数据显示,2024年中国食管癌新发约20万例,死亡约17.2万例,接近全球总数的一半。

2024年中国主要癌症死亡人数(万人),食管癌为17.21万

高发区集中在太行山一带的河南、河北、山西,以及淮河流域、四川、广东、福建,农村明显高于城市。王奇峰说,这和当地人爱吃烫食、喝烫茶有关。

约70%的患者确诊时已是中晚期。

早晚期之间,预后差得很远。病变还在黏膜层时,做一次内镜下微创手术就能根治,5年生存率在95%以上。等到发生转移,王奇峰给出的数字是,不管用什么治疗手段,5年生存率大概只有10%到15%。

从吞咽时的异物感,发展到只能喝流食,通常只需要半年左右。

王奇峰对这个过程有切身的记忆。他读医学院大二时,奶奶在山西长治确诊食管癌,那里也是高发区。确诊时病灶已经约5公分。第一阶段治疗后奶奶恢复了进食,最后发生食管漏,从确诊到离世只有8个月。

早发现的办法是有的,上消化道内镜是公认的金标准,问题出在做不过来。

据官方估算,中国需要筛查的食管癌高危人群超过1亿,每年实际开展的上消化道内镜检查约3000万人次。

缺口来自几处。一个内镜医生要培养3到5年,一次检查20到30分钟。普通内镜两三百元,大家更愿意做的无痛内镜要1000元左右。再就是怕,一根约1厘米粗的管子从嘴里下到胃,王奇峰说,连他自己的父母亲属都害怕。

高发区往往也是内镜医生最少的地方。

02 最难的器官,难在连医生都标不出来

平扫CT是中国最常用的影像检查之一,门诊、急诊、体检、住院都在拍,每年产生上亿份影像。胸部CT的扫描范围,本身就覆盖了食管。

但过去业内普遍认为,用平扫CT找早期食管癌几乎不可能。

食管是一根约25公分长的肌性管道,平时闭合,说话、咽口水时都在蠕动,又紧挨着心脏和大血管,呼吸和心跳都会改变它的形态。早期病变局限在上皮层或黏膜层,在CT上带来的厚度和密度变化非常小。

达摩院算法专家郭广宇打了个比方,像在一条皱巴巴的裤管上找一个小毛球。

王奇峰拿胰腺做过对比,胰腺是实性器官,长出一点异常,影像上就可能出现信号。食管在CT上只留下一瞬间的形态,而且改变要超过5毫米才会被判定为异常。

模型训练在第一步标注上就很困难,医生在平扫CT上看不清早期病变,训练数据也就无从标起。

团队的办法是借别的检查来定位。先用内镜手术和病理报告确定病灶的厘米级位置,由食管专科影像医生在增强CT上精细标注,再通过影像配准,把标注“搬”到同一个患者的平扫CT上。每个病例由两位医生分别标注,意见不一致时,由一位有8年经验的医生复核。

第二个问题出在低剂量CT上。体检查肺结节用的多是低剂量CT,但食管癌患者的低剂量CT很难攒够。郭广宇解释,病人一旦发现异常,去医院拍的就是常规剂量CT。

团队于是搭了一台“虚拟CT机”,把常规剂量的CT放进去降低剂量,模拟出低剂量影像来训练模型。

模型分两步工作。先从整幅CT里把食管区域分割出来,排除周围结构的干扰,再对食管做精细分析,同时给出患者级别的良恶性判断、病灶轮廓和热力图。医生能看到AI在看哪里。

DAMO EAGLE在平扫CT上识别出T1期食管癌病灶,从左至右依次为平扫CT、医生标注、模型分割结果和热力图

2024年初,模型第一次做大规模真实世界回顾性研究,敏感性在85%左右,特异性约98%。

现在的版本已在3个国家、12个中心、超过8万例患者上完成验证。论文显示,在机会性筛查场景下,模型对食管癌的敏感性接近90%,对信号更弱的癌前病变,敏感性为52.5%。经过真实世界迭代后,临床场景中的特异性为99.2%。

低剂量版本的敏感性为88.4%,和常规剂量版本基本相当。在10959例无症状体检者中,特异性为99.94%。

特异性这个数字,郭广宇有一个很直接的换算:“一个假阳性,就意味着可能一个患者要多花1000多块钱去做一次检查。”

放进体检流程的工具,面对的大多是健康人,误报率决定了它能不能真正被用起来。

03 内镜不够用,先让CT挑人

王奇峰对EAGLE的定位说得很清楚:“AI不是为了替代内镜,而是筛选出高风险个体再进行内镜检查,这样能够让内镜检查更精准,大幅提升检出率。”

研究团队分别在高危人群筛查和医院日常CT中验证了EAGLE。

先看高危人群。受检者拍摄平扫CT,EAGLE以高灵敏度模式运行,提示阳性的人优先接受内镜检查。

2023年7月,团队在四川遂宁做过一次“CT初筛+内镜确诊”的模拟研究。结果显示,内镜的恶性病变检出率从1.7%提高到5.2%,每检出1例恶性病变需要做的内镜,从59次降到19次。

EAGLE在医院日常CT和高风险人群胃镜筛查中的不同用法。依据《自然·医学》论文数据重绘。

这不是完整的前瞻性临床结果。混合队列中的3例食管癌来自回顾性病例重采样,内镜能减少多少,还要在真实筛查项目中验证。

另一组验证利用医院已经拍过的胸部CT。肺癌筛查本来就使用胸部低剂量CT,医院里也有大量患者因为肺炎、咳嗽和住院检查拍摄胸部CT。EAGLE在这些影像上寻找食管异常,不增加一次扫描;AI提示阳性后,再由医生判断是否需要胃镜。

王奇峰遇到的那张两年前的肺炎CT,就属于这一类。

高危筛查和医院日常CT对模型的要求不同。前者首先要少漏诊,后者面对的多数人没有食管癌,误报越少,医生复核和患者复查的负担越低。王奇峰说,模型的阈值可以按场景调整。

对高发区来说,基层已经普及的CT可以承担初筛,不必另建一套影像设备。

04 平扫CT这条路,走到第四个癌种

达摩院从2021年开始研究“平扫CT+AI”多癌筛查,先后推出胰腺癌、胃癌、结直肠癌和食管癌模型,也覆盖主动脉夹层等重大疾病。按达摩院披露,相关研究累计5次发表于《自然·医学》。其中,胰腺癌模型PANDA在2025年4月获得FDA“突破性医疗器械”认定,这条技术路线也被“四大慢病”国家科技重大专项采用。

达摩院医疗AI模型一览(图源:达摩院)

EAGLE项目2022年启动。王奇峰愿意参与进来,契机就是PANDA。他当时的想法很朴素,每天治的都是晚期病人,治疗过程痛苦,生存期也不长,如果能从每天拍的CT里训练出一个发现早期病变的模型,能救更多人。

多癌早筛还在研究液体活检,以Grail的Galleri为例,受检者要单独采血,再从cfDNA甲基化信号中寻找癌症线索。EAGLE分析医院已经产生的CT,可以省去一次额外的初筛检查;确诊仍要走后续专科流程。

胸部CT和腹部CT覆盖的器官不同。AI提示阳性后,患者仍要接受内镜、病理或其他专科检查。

医院可以复用已有影像,也要承担更多复核、转诊和随访工作。

按达摩院的设想,医院已有的胸部或腹部平扫CT,未来可以继续扩展到肺癌、肝癌、结直肠癌、胃癌、食管癌、胰腺癌和乳腺癌。扫描范围不同,一张CT不能同时覆盖7个癌种,复用同一套影像设施。

EAGLE离大规模使用还有一段路。模型对高级别上皮内瘤变的敏感性为52.5%,还有将近一半没有被找出来。

前瞻性医院验证里,90名AI阳性者有42人没有进入原有诊疗流程。多学科团队建议其中16人接受胃镜,最终只有3人完成检查,并发现1例食管癌。AI报出阳性之后,医院还要安排影像复核、专科转诊、胃镜和持续随访。

胃镜完成率、早期病例新增检出数、假阳性复查成本,以及能否减少食管切除、放化疗和晚期治疗,还要在更大规模的前瞻性研究中回答。

EAGLE已经验证了一条可行方向:利用医院日常检查产生的平扫CT,在原有诊疗目标之外,再从中筛出实体瘤高风险者。

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