人工智能醫(yī)療需求及政策發(fā)展分析

人工智能醫(yī)療需求及政策發(fā)展分析

人工智能（AI）已進(jìn)入醫(yī)療的眾多細(xì)分領(lǐng)域，應(yīng)用場(chǎng)景包括疾病診療、醫(yī)療輔助、藥物開發(fā)等。而病理診斷是一種基于圖像信息的診斷方式，被譽(yù)為疾病診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”，卻由于自動(dòng)化程度較低，病理醫(yī)生缺乏等原因，在我國發(fā)展落后。通過圖像識(shí)別技術(shù)，AI助力病理轉(zhuǎn)向數(shù)字化診斷，能有效提升病理診斷效率，AI對(duì)病理行業(yè)的賦能有望突破行業(yè)瓶頸。

一、病理診斷

人工智能++醫(yī)療將給醫(yī)療行業(yè)的眾多細(xì)分領(lǐng)域帶來巨大變革，解放醫(yī)生緊缺現(xiàn)況。人工智能+醫(yī)療成為近年來的行業(yè)熱點(diǎn)，計(jì)算機(jī)技術(shù)與醫(yī)療服務(wù)的跨界合作為未來的行業(yè)發(fā)展提供了全新維度。人工智能主要應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域的疾病診斷、醫(yī)療輔助、醫(yī)藥開發(fā)等方面，具體包括病理診斷、影像診斷、語音識(shí)別、健康管理、可穿戴設(shè)備、醫(yī)院管理、精神健康、藥物挖掘、生物技術(shù)等細(xì)分領(lǐng)域。人工智能在醫(yī)療健康領(lǐng)域的深耕，有望緩解優(yōu)質(zhì)醫(yī)生資源稀缺、重復(fù)勞動(dòng)負(fù)荷重、診斷質(zhì)量不均衡等醫(yī)療診療領(lǐng)域的瓶頸，不但能夠提升醫(yī)護(hù)人員的工作效率，降低醫(yī)療成本，并能夠借助大數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行科學(xué)有效的日常監(jiān)測(cè)預(yù)防。

圖像識(shí)別和判讀是人工智能最有優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域之一，影像AI是人工智能結(jié)合醫(yī)療行業(yè)的重要分支。現(xiàn)階段AI在醫(yī)療的主要應(yīng)用場(chǎng)景為醫(yī)院病理科與影像科的疾病診斷與成像輔助。病理科與影像科都是通過相關(guān)設(shè)備獲取醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行疾病診斷，但依據(jù)兩個(gè)科室診斷特點(diǎn)，AI應(yīng)用有所不同。病理AI現(xiàn)階段主要功能在于排除陰性樣本，提示陽性區(qū)域，輔助病理醫(yī)生提升病理診斷效率或替代病理醫(yī)生進(jìn)行某些疾病的診斷；影像科應(yīng)用包括AI輔助快速成像與影像診斷兩個(gè)方面，一方面可以通過AI輔助成像可以有效縮短檢查時(shí)間，減少對(duì)人體的輻射傷害，另一方面通過機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練算法可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)疾病的影像診斷。

病理診斷是一種基于圖像信息的診斷方法。病理診斷是將疑似病灶部位的活體組織或脫落細(xì)胞制成切片后，由病理醫(yī)生通過顯微鏡觀察其細(xì)胞形態(tài)、組織結(jié)構(gòu)、顏色反應(yīng)等情況，并結(jié)合自身專業(yè)知識(shí)與臨床經(jīng)驗(yàn)作出的診斷，是一種基于圖像信息的診斷方法。病理診斷是目前診斷準(zhǔn)確性最高的一種診斷方式，病理診斷往往被作為絕大部分疾病，尤其是癌癥的最終診斷，被譽(yù)為疾病診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”。

相比于檢驗(yàn)科、影像科的診斷，病理科診斷具有自動(dòng)化程度低、診斷時(shí)間長的特點(diǎn)。病理診斷可分為取樣、制片、染色、診斷四個(gè)環(huán)節(jié)，取樣環(huán)節(jié)是否取到病變細(xì)胞、制片及染色后成片是否清晰都會(huì)直接影響最終的診斷結(jié)果，因此對(duì)制片的技術(shù)人員專業(yè)水平具有較高的要求，目前自動(dòng)化水平較低；由于病理診斷是通過對(duì)細(xì)胞層面的醫(yī)學(xué)影像進(jìn)行觀察診斷，為防止漏診，一個(gè)組織樣本往往制成多個(gè)切片，制片、染色、診斷、報(bào)告等各個(gè)環(huán)節(jié)耗時(shí)較長，相比與檢驗(yàn)、影像科室，病理科診斷所需時(shí)間較長，需要更多的專業(yè)人力投入。病理診斷具有自動(dòng)化程度低、樣本量大的特點(diǎn)

病理醫(yī)生缺口巨大，制約行業(yè)發(fā)展由于我國病理學(xué)科設(shè)置不全面，醫(yī)生培養(yǎng)周期較長，收入過低，勞動(dòng)負(fù)荷過重以及基層醫(yī)院不重視等因素造成我國的病理人才流失嚴(yán)重，數(shù)目緊缺。旺盛的病理診斷需求與稀缺的病理醫(yī)生資源的不平衡已經(jīng)成為制約行業(yè)發(fā)展的決定性因素。而病理診斷基于圖像信息的特點(diǎn)使得AI助力病理診斷成為可能，有望解決病理診斷供需不平衡的發(fā)展現(xiàn)狀。

二、數(shù)字化診

病理AI是通過人工智能算法，對(duì)數(shù)字化的病理切片進(jìn)行診斷。目前較為典型的應(yīng)用就是DNA倍體檢測(cè)，人體正常細(xì)胞為2倍體，分裂過程中的細(xì)胞處于2-4倍體狀態(tài)，而腫瘤細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)顯著異常的DNA含量，出現(xiàn)4倍體以上的異常DNA倍體細(xì)胞，通過對(duì)異常DNA倍體細(xì)胞的檢測(cè)，就可以知道樣本是否存在突變的細(xì)胞，在腫瘤的早期診斷中有較好的應(yīng)用，能夠有效提升診斷效率，提供標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)量化的檢驗(yàn)指標(biāo)。

引入AI輔助甚至替代人工進(jìn)行一些常規(guī)的病理診斷及癌癥篩查，能夠有效彌補(bǔ)人工診斷效率低、病理醫(yī)生不足、缺乏統(tǒng)一質(zhì)控管理等問題。

病理AI診斷流程主要包括標(biāo)準(zhǔn)化切片的制作、切片數(shù)字化掃描、AI算法讀片、AI提示陽性切片人工復(fù)核等環(huán)節(jié)。實(shí)現(xiàn)病理AI診斷的主要關(guān)鍵點(diǎn)在于標(biāo)準(zhǔn)化的制片、數(shù)字化處理、足量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)對(duì)算法模型進(jìn)行訓(xùn)練、AI算法假陰性率（病變細(xì)胞誤識(shí)為正常細(xì)胞）的控制等。作為計(jì)算機(jī)AI識(shí)別圖像進(jìn)行診斷，對(duì)于切片圖像的標(biāo)準(zhǔn)化要求較高，能夠保證穩(wěn)定的制片、成像標(biāo)準(zhǔn)的儀器是開發(fā)病理AI算法基礎(chǔ)；其次病理診斷覆蓋的疾病種類較多，尤其是癌癥類型繁多，要實(shí)現(xiàn)病理AI對(duì)各個(gè)病種的精確診斷需要大量的病例數(shù)據(jù)支持，目前行業(yè)的主要切入口在于通過對(duì)常見病種普查的輔助診斷來降低病理醫(yī)生的重復(fù)性工作，提升病理診斷效率，這一模式中的關(guān)鍵在于控制病理AI算法的假陰性率，防止出現(xiàn)由于算法的誤判導(dǎo)致漏診，保證病理AI能夠在保證診斷有效的前提下提升病理診斷效率。病理AI診斷流程包括制片、切片數(shù)字化掃描、AI讀片、陽性切片人工復(fù)核等環(huán)節(jié)

三、醫(yī)療大數(shù)據(jù)

通過AI技術(shù)和醫(yī)療大數(shù)據(jù)平臺(tái)的結(jié)合，人工智能在醫(yī)療影像輔助診斷、藥物開發(fā)、疾病預(yù)測(cè)等方面開始發(fā)揮重要作用。病理AI使稀缺的病理醫(yī)療資源滿足更多的診療需求，解放病理醫(yī)生的大腦和雙手，盡可能惠及更多普通患者。

病理AI開發(fā)過程主要包括有效數(shù)據(jù)的采集積累，基于有效數(shù)據(jù)的算法開發(fā)、模型訓(xùn)練，以及醫(yī)院、第三方檢驗(yàn)相關(guān)場(chǎng)景的應(yīng)用。數(shù)據(jù)基礎(chǔ)包括相關(guān)硬件設(shè)備生產(chǎn)商和醫(yī)院、第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，算法開發(fā)涉及權(quán)威的病理專家集團(tuán)、智能算法開發(fā)企業(yè)等，AI應(yīng)用場(chǎng)景回歸到醫(yī)院病理科及第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)。針對(duì)下游不同醫(yī)療應(yīng)用場(chǎng)景和病理診療特點(diǎn)，開發(fā)不同的算法輔助醫(yī)生診斷，并隨著數(shù)據(jù)量的擴(kuò)充和下游需求持續(xù)更新。

有效數(shù)據(jù)的積累是現(xiàn)階段病理IAI算法開發(fā)關(guān)鍵。目前產(chǎn)業(yè)仍處于發(fā)展初期，有效數(shù)據(jù)的積累是進(jìn)入下一階段的關(guān)鍵。國內(nèi)大部分醫(yī)療數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于醫(yī)院以及第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，一方面，醫(yī)院內(nèi)部的臨床數(shù)據(jù)中心建立尚不完善，醫(yī)院內(nèi)部數(shù)據(jù)互聯(lián)互通程度和共享程度尚低，醫(yī)療數(shù)據(jù)涉及病人隱私，共享機(jī)制和規(guī)范缺乏；另一方面，第三方檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)具有較好的數(shù)據(jù)資源積累，但不同檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)由于相關(guān)設(shè)備、軟件的差異，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化程度各不相同，往往基于自身掌握的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行算法開發(fā)。

病理AI同時(shí)隸屬于AI+醫(yī)療行業(yè)，2018年我國AI+醫(yī)療市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到200億元，近年來保持高速增長。病理AI屬于AI+醫(yī)療領(lǐng)域的醫(yī)學(xué)影像診斷細(xì)分領(lǐng)域，應(yīng)用于疾病的診療環(huán)節(jié)，主要適用的技術(shù)包括數(shù)字化成像、圖像識(shí)別、人工智能算法等，是人工智能結(jié)合醫(yī)療行業(yè)的重要分支。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年我國AI+醫(yī)療行業(yè)規(guī)模為96.61億元，同比增長122.09%；2017年達(dá)130億元，同比增長34.56%，2018年我國AI+醫(yī)療行業(yè)有望達(dá)200億的市場(chǎng)規(guī)模，同比增長53.85%。2015-2018年中國AI+醫(yī)療市場(chǎng)規(guī)模及增速

宮頸癌篩查是當(dāng)前病理AI中應(yīng)用最廣泛的檢測(cè)場(chǎng)景。根據(jù)中國癌癥中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，宮頸癌位居女性癌癥發(fā)病率第六位，是最常見的婦科高發(fā)惡性腫瘤之一。通過病理薄層細(xì)胞學(xué)檢測(cè)或HPV檢測(cè)可有效進(jìn)行早診早治。由于其可通過定期篩查預(yù)防、需求量大、病例數(shù)據(jù)積累較多等特點(diǎn)，成為病理AI率先布局領(lǐng)域，以宮頸癌為代表測(cè)算細(xì)胞病理篩查宮頸癌的市場(chǎng)空間：21–65歲女性均需進(jìn)行宮頸癌定期篩查，我國適齡女性人口在4億人左右。以每人年均0.5次宮頸癌液基薄層細(xì)胞學(xué)檢查（TCT）檢查計(jì)算，宮頸癌細(xì)胞病理篩查潛在市場(chǎng)規(guī)模約為442億元，這為病理AI進(jìn)行宮頸癌篩查提供了廣闊發(fā)展空間。

目前國內(nèi)AI病理行業(yè)主要由上游的硬件設(shè)備、試劑生產(chǎn)商，中游的病理專家和智能算法軟件開發(fā)企業(yè)，以及下游的醫(yī)院、疾控中心和獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室等應(yīng)用終端構(gòu)成。病理AI行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈代表企業(yè)及主營業(yè)務(wù)

由于待遇、工作量及培養(yǎng)周期等因素造成我國病理醫(yī)生極度短缺，經(jīng)測(cè)算我國病理醫(yī)生缺口多達(dá)7萬人。病理醫(yī)生的供需失衡極大限制了病理行業(yè)的發(fā)展以及基層診療水平的提高。AI病理診斷技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化診斷，將輔助病理醫(yī)生提高診斷效率，并提升診斷靈敏度，病理AI遠(yuǎn)程系統(tǒng)及獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室也有助于基層醫(yī)療診斷水平的提高。

四、制約原因

我國目前病理醫(yī)生規(guī)模遠(yuǎn)未達(dá)到臨床需求水平。根據(jù)衛(wèi)生部2009年發(fā)布的《病理科建設(shè)與管理指南（試行）》中規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，病理醫(yī)師按每100張病床1-2人配備。結(jié)合《中國衛(wèi)生健康統(tǒng)計(jì)年鑒（2018）》統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，目前我國醫(yī)療機(jī)構(gòu)床位數(shù)總計(jì)7940252張，病理科執(zhí)業(yè)醫(yī)師及助理執(zhí)業(yè)醫(yī)師約9660人，以百張病床配備一名病理醫(yī)生的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，需病理醫(yī)生約8萬名，病理醫(yī)生缺口在7萬名左右，現(xiàn)有的病理醫(yī)生規(guī)模遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)醫(yī)院的臨床需求。

培養(yǎng)一個(gè)成熟的病理醫(yī)生需要十年以上的時(shí)間，病理醫(yī)生短缺問題在短期內(nèi)難以通過加大培養(yǎng)力度解決。相比國外，我國病理醫(yī)生的培養(yǎng)流程相對(duì)不成熟，國內(nèi)目前病理醫(yī)生大多來自臨床醫(yī)學(xué)專業(yè)。根據(jù)美國病理醫(yī)生的培養(yǎng)流程，從獲得學(xué)士學(xué)位起到成為具備簽發(fā)病理診斷報(bào)告資格的病理主治醫(yī)師（AttendingPhysician）需要12-15年。我國目前約7萬名病理醫(yī)生的缺口在短期內(nèi)難以通過加大培養(yǎng)力度解決。

絕大部分病理醫(yī)生集中于二級(jí)以上醫(yī)院，基層病理源尤為匱乏，無法開展后續(xù)診療。根據(jù)北京協(xié)和醫(yī)院《2015年國家病理科醫(yī)療質(zhì)量報(bào)告》，約62%的病理醫(yī)生就職于三級(jí)醫(yī)院，約37%的病理醫(yī)生就職于二級(jí)醫(yī)院，就職于一級(jí)醫(yī)院的病理醫(yī)生僅為1%左右，基層病理醫(yī)生匱乏導(dǎo)致基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)沒有病理診斷的能力，只能將患者轉(zhuǎn)診到大醫(yī)院進(jìn)行后續(xù)診療或者采取保守治療。病理AI遠(yuǎn)程診斷或獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室可幫助基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)進(jìn)行病理診斷，使基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)具備了開展后續(xù)診療的條件。絕大部分病理醫(yī)生集中于二級(jí)以上醫(yī)院

臨床科室中病理科人員成本占比最高

病理診斷所需的時(shí)間較長。由于病理檢驗(yàn)的自動(dòng)化水平較低，開展病理檢驗(yàn)所需的時(shí)間較長。常規(guī)的病理檢驗(yàn)所需時(shí)間至少在3日以上，如果有較為疑難的病癥，加做免疫組化或分子病理，所需的診斷時(shí)間達(dá)7-10個(gè)日。相比之下，檢驗(yàn)、影像科室的檢驗(yàn)項(xiàng)目大部分在日內(nèi)即可完成。

五、需求、政策推進(jìn)

AI病理診斷技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化診斷，大幅縮短醫(yī)生的工作量，但由于目前技術(shù)所限，在病理樣本采集、圖像數(shù)據(jù)處理及結(jié)果判讀上仍有大量亟待解決的技術(shù)難點(diǎn)。一旦條件稍有偏差，診斷結(jié)果或謬以千里，仍需進(jìn)行大規(guī)模多中心的臨床驗(yàn)證以保證其準(zhǔn)確性。因此，AI診斷的結(jié)果最終的結(jié)果仍需病理醫(yī)生審核，并結(jié)合其他臨床資料進(jìn)行綜合確診。AI診斷的結(jié)果能夠輔助診療，但無法完全替代病理醫(yī)生的作用。

多環(huán)節(jié)影響病理IAI診斷準(zhǔn)確性。樣本采集制片是病理AI診斷的首要環(huán)節(jié)，其成片質(zhì)量直接決定后續(xù)圖像質(zhì)量的高低及結(jié)果判讀的準(zhǔn)確性。不同染色制片硬件設(shè)備、制片方法以及批次間質(zhì)控的穩(wěn)定性決定了成片是否滿足后續(xù)分析要求。

數(shù)據(jù)處理是將病理成片轉(zhuǎn)化為圖像數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理的過程。大臨床樣本數(shù)據(jù)平臺(tái)保證了AI訓(xùn)練樣本的廣泛性和代表性，圖像抓取質(zhì)量校正以及AI診斷算法的開發(fā)優(yōu)化是病理AI準(zhǔn)確性得以不斷提升的核心要素。

近年我國新發(fā)癌癥病例呈上升趨勢(shì)，女性“兩癌”（乳腺癌、宮頸癌）發(fā)病率居高，基層兩癌篩查需求巨大。根據(jù)全國腫瘤登記中心統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，全國癌癥新增病例由2010年的315.7萬例上升至2015年的429.16萬例，五年增幅達(dá)35.94%。女性病例中乳腺癌、宮頸癌的發(fā)病率分別為16.51%、6.04%，分別為女性癌癥發(fā)病率的第一、第六位，基層開展兩癌篩查的需求巨大。女性“兩癌”發(fā)病率居高

政策大力支持基層開展免費(fèi)兩癌篩查，帶來強(qiáng)勁的基層病理診斷需求。2009年政府工作報(bào)告首次明確提出“在農(nóng)村婦女中開展婦科疾病定期檢查”，同年衛(wèi)生部發(fā)布了《農(nóng)村婦女“兩癌”檢查項(xiàng)目管理方案》，提出了通過宣傳、健康教育和為全國35～59歲農(nóng)村婦女進(jìn)行“兩癌”檢查等方式，提高“兩癌”早診早治率，降低死亡率的總目標(biāo)以及2009-2011年為1000萬農(nóng)村婦女開展宮頸癌檢查，為120萬人進(jìn)行乳腺癌檢查的年度目標(biāo)。基層兩癌篩查的政策在全國各省市不斷推進(jìn)深化，普及力度、篩查周期、目標(biāo)群體不斷完善，以廣東、北京、湖南、浙江等省市為例，近年免費(fèi)兩癌篩查力度均不斷加大，免費(fèi)兩癌篩查工作成為政府惠民扶貧的重點(diǎn)工作之一。2018-2019年政策大力支持基層開展免費(fèi)兩癌篩查，基層病理診斷需求強(qiáng)勁

六、行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)2014-2018年我國人工智能市場(chǎng)規(guī)模

人工智能行業(yè)投融資活躍，資本進(jìn)入促進(jìn)行業(yè)快速發(fā)展。根據(jù)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，近年來人工智能行業(yè)投