人工知能の時代において、結核を根絶するまでにどれくらい時間がかかるのでしょうか?

結核は古代の呼吸器感染症として人類の歴史を通じて存在し、何億人もの命を奪い、「白ペスト」として知られています。

1940年代の特効薬ストレプトマイシンの登場から近年の疾病予防・管理分野における人工知能技術の継続的な拡大まで、人類の結核との闘いは止まったことはありません。

中国国家衛生委員会がこのほど発表した「2020年全国届出感染症報告・死亡統計」によると、結核はB類感染症の中で2番目に多く、症例数は計67万538件で、新型コロナウイルス肺炎の症例数の8倍に上る。

3月24日は世界結核デーです。この流行の時代において、結核の予防と制御にはまだまだ長い道のりが残っています。

見逃された診断か、それとも誤診か?結核予防と管理における最初の課題

「彼女は祖母から結核をうつされ、郡内でよく見られる肺炎と誤診されました。症状が悪化して当院に来たときには、すでに血行性播種性結核に進行していました。肺は米粒のような斑点で覆われていました。その後結核性髄膜炎を発症し、間もなく亡くなりました。当時、彼女はまだ16歳でした。」

カシュガル地区第一人民病院呼吸器科主任医師の李麗さんは、今でもこの患者のことを鮮明に覚えているという。彼女はこの業界で15年間働いてきましたが、このような悲劇を何度も見てきました。

新疆はわが国において、常に結核の深刻な被害を受けている地域です。関連データによると、2004年から2014年まで、新疆における結核の年間平均発生率は10万人あたり197.18人で、全国平均の6倍に相当します。

この数字は新疆南部では10万人当たり259.84人で、新疆全体の70％を占めている。

「呼吸器感染症である結核の蔓延は、気候、衛生状態、生活習慣など多くの要因と密接に関係している」と李麗氏は述べた。「新疆南部の気候は寒くて乾燥しており、結核菌の付着と蔓延の温床となっている。同時に、共同生活は地元住民の伝統であり、誰かが病気になると、家族全員に病気が広がるのは容易である。」

新疆南部地域は広大で人口密度が低く、村や町は数百キロ離れていることも多い。医療資源をより合理的に配分するため、段階的な診断・治療システムが導入されている。

地方の患者については、地域の医療機関において画像診断などにより結核の早期診断を行い、その結果に基づいて地域で治療を行うか、さらに上位の病院に搬送するかを決定する必要がある。

「過去にも、この欠点は非常に明白でした。草の根レベルの医療資源は比較的不足しており、患者の診断ニーズを満たすことが困難でした。」

初期の頃、李麗が診た患者のうち、5分の1は結核患者でした。これらの患者の多くは、周囲の人々から最初に感染し、適切な時期に診断を受けませんでした。病状がさらに悪化するまで、彼らはすでに最適な治療時期を逃しており、病気の経過が長引いて治癒が長期化しました。病気が進行すると、癌になるリスクさえあります。

李麗さんは「結核は慢性感染症です。新型コロナウイルス感染症との最大の違いは、すぐに症状が出ないため、無視されがちなことです。しかし、結核は患者の肺機能を深刻に損傷する可能性があります。私は農村部で結核のために長期にわたって発熱や咳を繰り返し、衰弱している多くの子供たちを見てきました。彼らはまた、正常な教育を受ける機会を失い、運命を変えることもできていません」と語った。

2010年以降、末端の医療能力をさらに向上させるため、新疆南部各地の県立病院は、国の支援を得て、結核などのさまざまな病気の診断と治療のために、CTやDRなどの画像診断装置を次々と導入した。しかし、医療の根幹は人です。設備が整っていても、経験豊富な医師が不足していれば、効果的な診断や治療を行うことはできません。

李麗氏の推定によれば、過去、新疆南部の主要病院で働く認定医師の割合は10％を超えなかった。

「この機器を使い、フィルム上の結核病変を正確に特定し、検査活動をさらに普及させることができるかどうかは、この地域における結核の予防と制御にとって重要な鍵となる」と李麗氏は語った。

人工知能の介入により、10万人あたり807人から10万人あたり50人へ

2018年頃、南部新疆地域では結核対策特別キャンペーンが開始され、診断・治療システムの構築強化から公衆衛生教育の推進まで、一連の措置が実施され、15歳以上の都市部と農村部の住民、新疆からの移住者を対象に結核症状のスクリーニングと胸部X線検査が実施された。

カシュガル地区第一人民病院の副院長である呉玉華氏は、是正運動の重要なポイントの一つは結核の正確な早期診断の問題を解決することだと考えている。

呉玉華さんは、何年も前に基幹病院に行ったときの光景を今でも覚えている。ほとんどの町や村には美しい建物を備えた近代的な健康診断センターが建てられている。各センターには、さまざまな最先端の画像診断機器を備えた独自の画像診断部門がある。しかし、それとは対照的に、医師が撮影したフィルムのほとんどは不適格であり、廃棄率は最大 50% に達します。

「結核の診断には、質の高い画像が必須条件です。民間の医師は専門的な訓練を受けておらず、撮影する映像の多くは要件を満たしていません。」呉玉華氏は、「私たちの活動の第一歩は、大病院の専門家と民間の医師が『師弟』モデルを形成し、撮影の訓練を行うことです。」と語った。

適切なフィルムを撮影した後の次のステップは、病変を識別する能力を向上させることです。呉玉華氏は、「師弟モデル」で現場の医師に「映画を読む」能力を訓練することに加え、情報に基づく診断と治療、人工知能技術の活用も今後の取り組みの焦点であると紹介した。

肺結核は、病気の進行過程と臨床的特徴によって5つのタイプに分けられます。肺結核の病変はタイプによって特徴が異なり、患者間でも大きな個人差があります。肺結核のDR画像診断では、同じ病気の異なる画像や、同じ画像で異なる病気が見つかるケースが多々あります。

同じタイプの肺結核でも、さまざまな異なる画像所見が現れることがあります。同じ画像所見が示されたとしても、患者は結核、肺がん、肺炎などを患っている可能性があります...

首都医科大学付属北京友安病院医療画像センター長の李鴻軍教授は、実務経験の少ない若手医師や現場の医師は能力と経験の不足により複雑な状況に直面した際に判断が難しく、見逃したり誤診したりすることもあると考えている。

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人工知能は、経験の浅い医師が肺病変の位置、数、大きさ、形状を迅速に特定するのに役立ちます。膨大な情報と比較し、画像テクスチャと多元異種データのデータ特徴を分析することで、病変の識別精度を向上させることができます。

李鴻軍氏は「大規模な三次A級病​​院の医師の間でも、能力、認知レベル、経験などには依然として大きな差がある。人工知能は、放射線医学と疫学、臨床症状や徴候、検査データなどの臨床指標を統合した相関クロス検証を通じて、より包括的で客観的かつ標準化された診断根拠を患者に提供できる」と述べた。

カシュガル第一人民病院は、結核の予防と制御における草の根医療機関の「ゲートキーパー」としての役割をさらに果たすことに加えて、カシュガル地域の全国的な結核スクリーニングの規模、流れ、圧力の大きさを考慮して、2020年にAIインテリジェント結核スクリーニングプロジェクトも立ち上げ、結核の診断を支援する人工知能診断プラットフォームを導入しました。

カシュガル地区第一人民病院と県立病院では、1日平均3,000～6,000件の画像診断業務を行っていると報告されている。放射線科医は多大な仕事のプレッシャーに直面しており、規定の時間内に診断業務を完了することが困難な場合が多い。

畳み込みネットワークを通じて、学習には専門家の数十年にわたる経験と知識が組み込まれます。以前は、医師がフィルムを解釈するのに30分かかりましたが、現在では人工知能はわずか数秒でそれらを認識できます。これにより、医師の経験の違いによる診断精度の差を改善し、疲労による誤診や診断漏れを減らすだけでなく、作業効率を大幅に向上させ、検査量を増やすことができます。

2020年だけでも、カシュガル地域では郷内のあらゆる民族の住民を対象に11万件を超える結核の画像検査と診断が実施された。

呉玉華氏は「さらに、インテリジェントプラットフォームのビッグデータ分析は、将来の科学研究や地域の健康政策の策定にも大量のデータを提供する。データを通じて、結核の予防と治療の過程でどのような作業がうまく行われているか、また、まだ実施されておらず、さらなる改善が必要なことは何かをより直感的に理解できる」と述べた。

3年間の特別是正キャンペーンを経て、2020年のカシュガル地域の結核発症率は10万人あたり約50人にまで低下し、これは全国発症率とほぼ同じである。2018年には、この数字は10万人あたり807人だった。

「私は呼吸器科医です。過去には、適切な時期に診断されなかった結核患者を病棟で多く診てきました。病状が急速に進行しただけでなく、意図せず病気を広めてしまいました。病状をコントロールできたとしても、回復不可能な障害が残り、労働能力が低下した人もいました。実際、早期検査と早期治療こそが、病気による貧困と病気による貧困への逆戻りを防ぐ最善の方法なのです。」

呉玉華さんは「本当に残念だ。結核は早期発見できれば完治でき、これほど悲劇は起こらないだろう」と語った。

AIをプライマリーヘルスのゲートキーパーにしよう

医療分野における情報に基づく診断と治療および人工知能技術の応用をさらに促進するため、2018年と2019年に国務院と国家薬品監督管理局医療機器技術審査センターはそれぞれ「健康医療ビッグデータ応用の発展の促進と規制に関する指導意見」と「ディープラーニング支援による意思決定医療機器ソフトウェアの承認の要点」を発行し、医療ビッグデータの応用基盤を強化し、健康医療関連の人工知能製品の研究開発を支援し、わが国の医療人工知能ソフトウェアの市場参入に対する政策ガイダンスを提供することを提案した。

近年、人工知能技術の急速な発展は、医療・ヘルスケア分野に大きな恩恵をもたらしています。 「健康中国2030」計画、段階的な診断と治療政策、「スマート病院サービス格付け基準」を背景に、医療画像は病気の診断と治療にとって重要な参考資料であり、郡レベルの医療を強化する上でのAI医療画像の価値は明らかです。

Huiyi Huiying の創設者兼 CEO である Chai Xiangfei 博士は、三次医療機関では科学研究の必要性がより高く、一方、草の根レベルの医療機関では基本的な問題を解決するために人工知能に対する需要がより高いと考えています。インテリジェンスは段階的な診断と治療において中核的な役割を果たし、イメージングは​​実際的な問題を解決し、効果的に実行できる数少ない手段の 1 つです。

柴翔飛博士は、人体臓器モデルとディープニューラルネットワーク技術を確立することで、人工知能が95％以上の精度で高度な病変認識を実現したと紹介した。結核分野への応用に加え、人工知能製品のサービス範囲は、心血管疾患や腫瘍を含むさまざまな疾患の補助的な検査、診断、治療までカバーできるようになりました。

人工知能は止められない勢いで発展しているが、李鴻軍教授は、この技術は医療分野ではまだ成長段階にあり、多くの問題や課題に直面していると考えている。

最も顕著なのは、市場に出回っている多くの人工知能製品が、操作のしやすさ、学習能力、認識能力の面で実際の臨床ニーズを満たすには程遠いことです。今後は、多くの「断片化された」人工知能製品を統合プラットフォームに効果的に統合し、臨床医が使いやすく、受け入れやすくすることに重点が置かれるでしょう。

「人工知能企業の創業者や研究開発担当者の多くは、コンピュータ情報分野の専門家です。彼らの医学的知識は大幅に不足しており、病気の生理学的および病理学的プロセスを十分に理解していません。臨床医のニーズに対する理解が不足しており、それが数学モデルの設計に混乱をもたらしています。画像データに基づく計算分析では、臨床の多元異種データの統合に対する認識が不足しており、マルチモーダル、クロスディメンションのディープラーニング、および複数モデルの相互検証が不足しており、病気の検出と診断の感度と特異性が臨床ニーズに一致していません。」

李鴻軍教授は「モデル設計では、病気の発生、進行、転帰の動的な変化を考慮する必要があり、情報収集では、病気自体に関連する多変量指標を考慮する必要がある。臨床病期と病理学に基づく階層的な診断思考モデルの観点から問題を考える必要がある」と述べた。

慧益慧英の共同創業者兼COOである郭娜氏の意見では、李鴻軍教授が提起した疑問は、現在の医療分野における人工知能の発展における問題点の一つでもある。

慧益慧英が市場競争の中で発展を続け、CDH InvestmentsやIntelを含む一連の世界トップクラスの投資会社から投資を獲得できたのは、まさに同社が発展の過程で常に医学と臨床実践に根ざすことを主張し、医療専門家と継続的にコミュニケーション、議論、協力し、まさに「破綻」を実現してきたからです。

郭娜さんは学生時代から中国西部に教師として赴任し、その後数年間、新疆、チベット、甘粛、青海などの地域を旅し、結核が農村部の家庭にもたらす悲劇を目の当たりにした。

「家族の『稼ぎ手』が結核に感染すると、労働力が失われます。多くの家庭の経済状況はただでさえ貧しく、親戚が結核に感染すると状況はさらに悪くなります。一見すると昔ながらの感染症ですが、家族にとっては壊滅的な打撃となる可能性があります。」

長年にわたり、病気によって引き起こされる貧困と、病気によって引き起こされる貧困は、農村部の住民の貧困の主な原因の一つとなってきました。中国共産党第18回全国代表大会以来、我が国は貧困との戦いに勝つことを決意しており、その中で健康貧困緩和は貧困との戦いに勝つための重要な対策です。

第14次5カ年計画後、国は再び、末端レベルの医療・保健水準を全面的に向上させる決意を強めました。

「人工知能企業として、当社は単なる事業分野や特定の製品を代表するだけではありません。当社は社会の多くの力の一つであり、貧困緩和と人々の健康に貢献しています。同時に、交通量が爆発的に増える時代に、誰もがスポットライトの外の隅々にもっと注意を払うことができるように、温かいメッセージを伝えたいとも思っています」と郭娜氏は語った。

今年のWHOキャンペーンテーマは「時間は刻々と過ぎている」です。結核の流行を終わらせるという目標を達成する時間はますます近づいています。私たちは時間と競争し、一分一秒を逃さず結核を終わらせなければなりません。 AIが活躍中！