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| 本文作者： 李雨晨 | 2020-10-15 11:58 |
近日，雷鋒網(wǎng)·心血管科技云峰會邀請到睿心醫(yī)療聯(lián)合創(chuàng)始人兼CTO馬駿，以「形態(tài)學(xué)+功能學(xué)：一體化的心血管疾病智能診斷」為題，解讀了睿心醫(yī)療在心血管創(chuàng)新路徑的心得與收獲。
有統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全世界每年死于心腦血管疾病的人數(shù)超過1500萬人，在人類死亡原因中高居首位。
對于這類重大疾病，數(shù)十年來相繼出現(xiàn)了冠脈造影、冠脈CTA、CT-FFR等多種心血管診療技術(shù)。
目前，AI技術(shù)能提供的信息僅限于臨床專家能從影像中獲取的信息，例如從冠脈CT影像中提取血管的狹窄程度，斑塊的屬性等等信息。但是，這些形態(tài)學(xué)信息并不足以評估臨床專家非常需要的病變血管的供血功能，目前該類功能指標(biāo)只能通過非常復(fù)雜、代價昂貴的介入手術(shù)獲得。
而一些國內(nèi)外企業(yè)，包括美國的Heartflow等，產(chǎn)品主要集中在功能學(xué)的評估，但又缺少形態(tài)學(xué)方面的分析。
無論是形態(tài)學(xué)或功能學(xué)，市面上大部分產(chǎn)品都依賴于大量的人工介入，無法做到高度的自動化。
針對心血管疾病的診斷痛點，睿心研發(fā)、推出了全自動的“形態(tài)學(xué) + 功能學(xué)”冠心病分析算法。醫(yī)生只要輸入影像，在短時間內(nèi)，睿心的平臺就能準確地分析冠脈的狹窄、斑塊等形態(tài)學(xué)信息，并且計算出對冠心病診斷至關(guān)重要的CT-FFR等功能學(xué)參數(shù)。
2019年6月，心血管科技企業(yè)睿心醫(yī)療宣布完成5000萬元人民幣A+輪融資。加上之前的兩輪融資，總?cè)谫Y額過億。而睿心醫(yī)療的相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)進入中國醫(yī)療器械創(chuàng)新綠色通道，并完成該領(lǐng)域全國首個大規(guī)模、前瞻性臨床試驗。
馬駿：各位老師，各位朋友，大家晚上好，我是睿心醫(yī)療的馬駿，非常感謝雷鋒網(wǎng)的邀請，今天，我想分享的話題是「形態(tài)學(xué)+功能學(xué)：一體化的心血管疾病智能診斷」。
如果要問到什么疾病是人類健康的第一大殺手，我們可能會想到一些可怕的病種，比如癌癥或者艾滋病，實際上，心血管疾病才是人類健康的第一大殺手，也是中國的第一大健康殺手。
據(jù)統(tǒng)計，中國心血管疾病的發(fā)病率、死亡率和醫(yī)療支出高居世界第一。中國的心血管疾病患者有2.9億，約占國內(nèi)全部人口的1/4，在每5例的死亡中就有兩例是死于心血管疾病，且心血管疾病治療的費用也高居第一，兩倍于各種癌癥的總和。
更可怕的是，2/3的急性心血管患者在到達醫(yī)院之前就已經(jīng)死亡。
在這里，我給大家講一個關(guān)于冠心病的真實的故事，我十幾年前到美國讀書的時候，有一位老教授教我們 Information theory（信息論），老教授已經(jīng)70多歲，但是精神矍鑠，課也講得非常好，工作非常勤奮。
幾年之后，我聽到一個噩耗，老教授在辦公室工作的時候，因為冠心病突然發(fā)作離開了世界。當(dāng)時他正在寫一篇論文，他離世的時候光標(biāo)還在他寫的文檔中跳動。到那時，我才第一次知道原來心血管疾病這么可怕。
那么，什么是冠心病呢？
眾所周知，心臟是給人體提供血液的器官，它在不停地收縮和跳動，給全身的每一個細胞提供血液。那么，心臟本身是否需要血液，心臟本身是否需要能量呢？答案是肯定的。
心臟本身也是需要能量、養(yǎng)分、血液的，給心臟供血的血管就叫冠狀動脈，簡稱冠脈。
從這個圖示中可以看到，心臟周圍遍布的紅色血管就是冠狀動脈，冠狀動脈在正常情況下是通暢的，但是，冠狀動脈是非常容易堵塞的。
如果一個人進食太多油膩的食物，或者久坐不運動，那么冠脈就會逐漸長出斑塊，中間這幅圖顯示的就是25%的斑塊長成以后，已經(jīng)部分阻塞了血管，更加嚴重的斑塊會越長越多，然后逐漸將冠脈堵塞。
可以想見，冠脈就像一條河流給心臟輸送血液。如果河流中有太多的垃圾、太多的泥沙，河流肯定處于流動不暢的狀態(tài)。更嚴重時，冠脈供給心臟的血液就不充足，心臟就會缺血，甚至停止跳動。
冠心病如此可怕，應(yīng)該如何對其進行診斷呢？
我們可以從兩個角度診斷冠心病，一個是形態(tài)學(xué)，也就是觀察血管的狹窄程度，沿著血管看它是否變細、是否狹窄。
另外，可以從功能學(xué)的角度進行檢測。冠心病最重要的特征就是供血功能的不足。所以，我們可以直接測試它的供血功能，比如，用壓力導(dǎo)絲伸到斑塊的狹窄部位，測出其近端和遠端的壓力比值，這個比值就是FFR。
對FFR更直觀的理解，可以認為是血液將血管堵塞以后，冠脈提供血液的能力和正常狀態(tài)下的比值，如果FFR=0.8，意味著這根血管只能提供80%正常狀態(tài)下的血液。
在國際上，F(xiàn)FR已經(jīng)用作檢測缺血性冠心病的金標(biāo)準。0.8作為一個閾值，如果低于0.8表明已經(jīng)出現(xiàn)了供血不足，如果高于0.8則被認為供血還是ok的。
所以，我們可以從形態(tài)學(xué)和功能學(xué)的角度來診斷冠心病。
對冠心病的治療，最常見的就是心內(nèi)科的介入，比如放支架，用球囊擴張等等，還有心外科的搭橋手術(shù)，而治療是基于形態(tài)學(xué)和功能學(xué)的診斷，所以，診斷的重要性不言而喻。
如何更早、更快捷以及更精準地診斷冠心病，這是一個挑戰(zhàn)。
前文提到已經(jīng)可以用FFR診斷冠心病了，為什么還是一個挑戰(zhàn)呢？因為冠心病的診斷在臨床過程中是一個復(fù)雜的問題。
中國有幾千萬冠心病患者，冠心病的診斷也是關(guān)系到國計民生的一個醫(yī)學(xué)挑戰(zhàn)，不可能對每一個冠心病的風(fēng)險者進行那么復(fù)雜的FFR測量。初期的冠心病診斷，手段通常比較簡單，可以從兩個維度對冠心病進行診斷。
一些簡單手段比如超聲以及心電圖初篩冠心病，其準確程度遠遠達不到要求。要準確診斷冠心病，就需要用到有創(chuàng)手段。比如冠脈造影，將一根很細的導(dǎo)管插入到患者的主動脈里，然后通過導(dǎo)管前面的小口向主動脈血液注入造影劑，使X射線可以將沿血管流動的造影劑在顯示屏中顯示出血管及心臟的形態(tài)，或者還可以用壓力導(dǎo)絲完成檢測。
但是，這樣的診斷方法是非常復(fù)雜和昂貴的，同時也是有創(chuàng)的。
那么，有沒有一種方法，既簡單無創(chuàng)還精準，適合早期大規(guī)模的冠心病篩查，還可以同時提供形態(tài)學(xué)和功能學(xué)的診斷呢？
對此，我們給出的答案是睿心分數(shù)。
睿心分數(shù)診斷平臺的應(yīng)用及前景
什么是睿心分數(shù)？睿心分數(shù)是基于人工智能加生物仿真，再加上云計算的尖端、無創(chuàng)、精準的冠心病診斷平臺。
具體流程，首先，醫(yī)院把病人冠脈的CT影像發(fā)給睿心的云平臺。在這個影像之上，我們會運用人工智能和圖像處理的技術(shù)，從幾千萬像素的三維影像中自動抓取冠脈，自動構(gòu)建冠脈的模型。
有了這個模型以后，接下來進行參數(shù)量化和生物仿真，這里的仿真就是用計算機的方法模擬血液在血管中是如何流動的。
我們可以計算出血管中每一點的速度、流速、流量、壓力以及其他一些功能學(xué)的參數(shù)，從而推知每一根血管的供血功能。
如圖所示，在每一個點上我們都可以計算出FFR值。
醫(yī)生看到圖示以后，就可以清楚哪根血管發(fā)生了供血不足，哪一處供血功能急速的下降。這些有用的信息可以幫助醫(yī)生為下一步治療提供更加精準的判斷，無論是吃藥、放支架、做球囊還是做搭橋手術(shù)。
舉個例子，最左邊的圖示就是病患CT的血管截面，稍微右邊一點的是我們構(gòu)建的冠脈模型，叫做RCA右冠。
從形態(tài)學(xué)上可以明顯看到，血管開始是比較粗、比較均勻的，然后在一個地方發(fā)生了明顯的狹窄，之后又逐漸變粗。傳統(tǒng)的方法就是用參數(shù)來量化狹窄程度，以決定是否要放支架。
對于這個患者而言，右冠的狹窄程度已經(jīng)大于70%，傳統(tǒng)的方法認為應(yīng)該放支架。但是，我們可以用流體力學(xué)仿真的方法模擬血液在血管中的運動。
從中間的圖示，可以看到這么多的細線，都是模擬出來的血液在血管中的流動情況。
我們做幾千萬次的運算，通過解流體力學(xué)的方程推進每一點血液的流動情況，計算得到的結(jié)果就是右圖（FFR在每根血管上每一點的值）。
雖然我們看到了明顯的狹窄，但是患者的供血值是0.86，意味著冠脈可以提供正常狀態(tài)下86%的血液，供血是ok的，通過FFR導(dǎo)絲測量的結(jié)果也是0.86，這個患者的計算值和測量值完美匹配。
根據(jù)計算和測量的結(jié)果，患者是不需要放支架的。這表明，同時應(yīng)用形態(tài)學(xué)和功能學(xué)可以做出更加精準的診斷。
如果沒有功能學(xué)的參數(shù)，醫(yī)生可能就只能根據(jù)形態(tài)學(xué)的診斷放支架。對于患者、對于醫(yī)生而言，這都是一種誤診，是對醫(yī)療資源的不合理運用。
再舉一個例子。這個患者也是在右冠發(fā)生了嚴重的狹窄，其狹窄程度達到了80%，在這種情況下確實需要放支架。
根據(jù)我們測量的結(jié)果，左下圖顯示的測量結(jié)果是0.74，低于0.8，我們計算的結(jié)果是0.72，也低于0.8。在這一點上，雖然他們的數(shù)值并不完全匹配，但是我們更關(guān)心的是對陰陽性的判斷，即數(shù)值是否低于0.8，在這點上他們是一致的。
計算值在這個案例上匹配了測量值的結(jié)果，是一個陽性的病例，在這種情況下應(yīng)該做介入治療。這一點上和形態(tài)學(xué)的結(jié)論也是一致的，已經(jīng)達到了80%，這是比較嚴重的形態(tài)學(xué)狹窄。
那么，是否意味著所有的狹窄都是供血不足？
上面這個案例也顯示了明顯的狹窄，狹窄程度是60~70%，許多醫(yī)生已經(jīng)看到了非常明顯的狹窄程度，甚至達到了70%，這個級別也應(yīng)該放支架。
但是，如果我們對其進行測量，會發(fā)現(xiàn)它的FFR值是0.87（高于0.8），意味著供血功能還是可以的，我們的計算值是0.85，陰陽性也匹配測量結(jié)果。兩者都大于0.8，判定這是一個陰性病例，所以不需要放支架。
以上都是我們臨床中的真實案例，第三個真實案例是一個在試用中的例子，醫(yī)生看到患者的冠脈CTA以后，發(fā)現(xiàn)左前降支有嚴重的狹窄，但是其他兩支的狹窄并不嚴重，所以醫(yī)生只在左前降支放了一個支架。患者回家之后不久就向醫(yī)生反映，胸痛的癥狀并沒有得到很好的緩解，仍然時不時感覺到心絞痛。
這時候，醫(yī)院開始與睿心進行合作。我們分析后的結(jié)果令人吃驚，患者不僅僅是左前降支的FFR很低，他的左回旋值以及RCA右冠，它們的值都低于0.8，表明了三根主要的冠脈都是供血不足的。
所以，我們的建議是三根冠脈都應(yīng)該放支架，醫(yī)生采納了我們的建議，根據(jù)睿心分數(shù)的指導(dǎo)在最合適的位置放置了支架，術(shù)后患者的癥狀得到了非常明顯的緩解。
因此，總結(jié)一下睿心分數(shù)的優(yōu)勢。
首先是精準。目前，冠脈造影是中國現(xiàn)行的診斷缺血性冠心病的金標(biāo)準。但是，冠脈造影的準確率只有68%，敏感性和特異性都為70%左右，意味著冠脈造影有30%的漏診和30%的誤診。漏診特別可怕，意味著有的患者被判定為無病，帶著風(fēng)險回家。
而睿心分數(shù)的準確率達到了92%，敏感性達到了95%，漏診率要遠遠低于冠脈造影。所以，睿心分數(shù)比現(xiàn)行的金標(biāo)準更加精準。
其次，形態(tài)學(xué)+功能學(xué)大于只有形態(tài)學(xué)。對于醫(yī)生而言，不僅僅希望看到血管的狹窄程度，還關(guān)心血管能否提供足夠的血液。在這一點上，睿心分數(shù)不僅僅顯示了狹窄，而且讓醫(yī)生精準得知，這根冠脈是否能夠提供足夠的血液給心肌。
最后，睿心分數(shù)簡單無創(chuàng)。不需要做手術(shù)，不需要進導(dǎo)管室，不需要把導(dǎo)管插到心血管的部位，只需要將CT的影像傳到云平臺就可以進行分析，非常適合早期的大規(guī)模冠心病篩查，這也符合中國的國情。
因此，我們可以利用睿心分數(shù)的優(yōu)勢來變革現(xiàn)有的冠心病診斷流程。
現(xiàn)有的冠心病診斷流程是：患者到醫(yī)院用心電圖、用超聲經(jīng)過了不太準確的初步篩查，這些檢測手段不能明確判斷出哪些是陽性患者，哪些是陰性患者。這個缺陷可能使得大量病人都進入導(dǎo)管室做有創(chuàng)檢查，可能70%-80%的患者是假陽性。
對于這一部分患者而言，不僅醫(yī)療資源被浪費了，患者也很受罪。
但是，當(dāng)引進了睿心分數(shù)以后，這個流程會有什么樣的改進？
首先，患者做一個睿心分數(shù)的檢查。睿心分數(shù)可以非常精準地篩查出那些供血功能完好的陰性患者，從而進行保守治療。只有少數(shù)的患者才需要進到導(dǎo)管室進行有創(chuàng)檢查。當(dāng)然，也還是會存在一定的假陽性患者。但是，相比傳統(tǒng)的方法，人數(shù)已經(jīng)得到極大的減少。
所以，引入睿心分數(shù)已成為一個低成本、高效率的診斷方式，It will be a game changer。
利用CT影像來做功能學(xué)的診斷，最早是由斯坦福大學(xué)的一個教授發(fā)明。之后，他成立了一家名為HeartFlow的公司。HeartFlow在六年前就已經(jīng)拿到美國藥監(jiān)局的認證，這幾年已經(jīng)成功在美國、加拿大、歐洲和日本開始廣泛應(yīng)用，幾十萬例的冠心病患者得到服務(wù)。
對中國而言，這項技術(shù)是全新的，才剛剛開始得到應(yīng)用。
我們相信，這是一個符合世界醫(yī)療潮流以及利國利民的技術(shù)，將在中國擁有非常廣闊的應(yīng)用前景，并且在以下三個方面有利于中國的醫(yī)療：
首先，對醫(yī)保有利，可以大幅降低冠心病的總體醫(yī)療成本。美國的研究表明，睿心分數(shù)可以降低30%的醫(yī)保費用。從剛才的分析得知，它可以篩查出大量不需要做有創(chuàng)冠脈造影的患者以及不需要做支架的患者，而是進行保守治療，其中就有很大降低成本的空間。
其次，對醫(yī)院和醫(yī)生有利。這項技術(shù)可以大幅降低漏診。冠脈造影的方式有30%的漏診率，那些高風(fēng)險的患者沒有被有效的檢測出來，對于醫(yī)院和患者而言是一件非常可怕的事情。同時，還可以精準的篩查出低風(fēng)險的患者，把醫(yī)療資源集中在真正需要的患者上，提高醫(yī)院設(shè)備的使用效率以及醫(yī)生的效率。
第三點，對病人也是有利的。這項技術(shù)安全、無創(chuàng)、費用低，可以減少手術(shù)病痛，適合中國人口眾多、患者眾多，但是醫(yī)療資源相對不足的國情。所以，我們對睿心分數(shù)在中國的應(yīng)用前景非常期待。
以上都是睿心分數(shù)在診斷冠心病中的應(yīng)用。對于睿心而言，我們還在不斷拓寬形態(tài)學(xué)+功能學(xué)的應(yīng)用。
以下是睿心在研發(fā)的幾款最新產(chǎn)品：
第一個是虛擬支架。我們知道，治療冠心病最主流的一個手段就是放支架，但是支架手術(shù)是一個技術(shù)含量很高的工作，如果沒有精準的評估，醫(yī)生只能根據(jù)自己的經(jīng)驗來放，當(dāng)中就存在著很大的不確定性。
基于形態(tài)學(xué)加功能學(xué)的平臺，可以針對多種情況、多種可能性、多種手術(shù)方案進行精準計算和模擬，從而可以得到一個最優(yōu)的手術(shù)方案。
這個例子就是患者在左前降支有兩處狹窄，F(xiàn)FR是0.4，已經(jīng)處于非常嚴重的缺血狀態(tài)。那么，如何放支架呢？
如果在上游放一個支架，可以人為地將此處的血管撐開，然后做仿真，撐開的血管處的FFR是0.51，雖然比以前有所改善，但FFR仍然遠遠低于0.8；只撐開上游的地方，F(xiàn)FR也只能達到0.54，只有把兩處都撐開，才能達到一個滿意的供血功能。
另外，當(dāng)有多處狹窄時，F(xiàn)FR值如果是0.72，只要撐開一處關(guān)鍵的狹窄，F(xiàn)FR達到了0.8，就不需要放多處支架，這些可能性都是存在的。
但是，基于我們平臺的能力，可以對各種可能性以及方案進行精準的計算，給到醫(yī)生最優(yōu)的方案。
當(dāng)然，我們不僅僅可以用于心內(nèi)科的手術(shù)規(guī)劃，甚至可以用于心外科的搭橋手術(shù)。
這個患者比較特殊，分支出現(xiàn)了非常嚴重的狹窄，無法進行心內(nèi)科的PCI。唯一的辦法就是搭橋，但是搭橋能達到效果嗎？
怎樣搭橋是最優(yōu)的？我們可以進行模擬，比如從主動脈處，將一根血管搭在他的右冠上，通過計算得到搭橋前的FFR值小于0.8，而搭橋后的右冠整體已經(jīng)達到了一個比較滿意的供血功能。
因此，這樣的應(yīng)用也豐富了“形態(tài)學(xué)+功能學(xué)”的場景選擇：不僅僅可以用于心內(nèi)科，甚至可以為更加復(fù)雜的手術(shù)提供方案。
這是管壁應(yīng)力的應(yīng)用。我們剛才展示了FFR，F(xiàn)FR只是仿真得到的一個參數(shù)。實際上，我們可以得到許多的參數(shù)，比如流速、流量、管壁應(yīng)力等等。
我們甚至可以對主動脈和冠脈進行聯(lián)合仿真，將其進行流固耦合，對主動脈收縮舒張的形態(tài)學(xué)變化進行計算，對功能學(xué)進行非常仿真，得到一個更加符合實際情況的結(jié)果。
我們還可以利用“形態(tài)學(xué)+功能學(xué)”對斑塊力學(xué)進行分析。斑塊風(fēng)險性的評估是一個世界性難題。斑塊導(dǎo)致了血管阻塞，而更危急的是斑塊的脫落。
斑塊脫落后會造成血管整體上堵塞，沒有一點血可以流到心肌里面，患者會進入一個非常可怕的讀秒死亡時間。這也是為什么中國在各地建立了胸痛中心，目的就是為了能在幾十分鐘之內(nèi)對這部分患者進行緊急救助。
但是，救助是一方面，預(yù)防則更為關(guān)鍵。
怎樣預(yù)防，就涉及到形態(tài)學(xué)和功能學(xué)的方法。從形態(tài)學(xué)上，我們從醫(yī)學(xué)影像中找到斑塊，并且分析斑塊的類型和各種形態(tài)學(xué)參數(shù)。
同時，利用力學(xué)仿真的方式，計算血液是如何沖刷并且擠壓斑塊的。兩種方式結(jié)合，我們可以比較精準地預(yù)測斑塊的風(fēng)險性，給醫(yī)生提供一個預(yù)案。
剛才是我們基于功能學(xué)和形態(tài)學(xué)的應(yīng)用和案例介紹。最后，我想補充敘述一下睿心醫(yī)療的發(fā)展。
三位美國的海歸博士鄭凌霄、蘭宏志和我于2017年12月創(chuàng)立了睿心醫(yī)療，總部在深圳。睿心的使命就是要建立智能一體化的形態(tài)學(xué)+功能學(xué)的心血管智能平臺。
不到一年的時間，我們完成了睿心分數(shù)產(chǎn)品的封裝，并且拿到了藥監(jiān)局的檢測報告。
2019年3月，睿心啟動了全國首個大規(guī)模的前瞻性臨床試驗，我們和六家頂尖的心血管醫(yī)院進行合作，招募了330例的受試者。即使是從全球范圍內(nèi)來看，這也是單次最大規(guī)模的前瞻性臨床試驗。HeartFlow公司做過的臨床試驗，每次的臨床只有200多例。
2020年3月，睿心拿到了國家藥監(jiān)局創(chuàng)新醫(yī)療器械的綠色通道；2020年4月，在疫情期間，我們推出了世界首個全自動化的形態(tài)學(xué)+功能學(xué)的心血管診斷平臺。HeartFlow公司，基本上主要是功能學(xué)，而且這個過程中有很多人工的介入。
而睿心的產(chǎn)品是一個全自動的形態(tài)學(xué)+功能學(xué)的平臺。此前，我們剛完成前瞻性的臨床試驗，并且提交了國家藥監(jiān)局的注冊。
睿心團隊整體上小而精。除了研發(fā)工程師，還要有做應(yīng)用的工程師。我們還有Top外企出身的業(yè)務(wù)合伙人，組建了一個非常有執(zhí)行力的、專業(yè)素養(yǎng)非常高的業(yè)務(wù)團隊。
從更遠的范圍以及從更遠的時間線來看，我們不僅僅希望進行冠心病的診斷，更希望開發(fā)出一個多模態(tài)、多部位、全周期的形態(tài)學(xué)加功能學(xué)的智能平臺，覆蓋心血管、腦血管和外周血管三大維度，讓每個板塊都能有醫(yī)學(xué)影像的智能后處理、供血功能的評估、斑塊風(fēng)險性預(yù)測、手術(shù)方案設(shè)計等功能。各個板塊之間，比如心腦聯(lián)合的方案，我們也會進行積極的研究。
所以，睿心的使命和愿景是讓每一條血管都得到更早期的診斷和更精準的治療。雷鋒網(wǎng)
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