专业咨询
致力推进中国医疗卫生信息化

瑞金医院三步走建设“数字化智慧病理科”的背后

来源:HIT专家网      作者:龚晨

5月28日下午,在上海交通大学医学院附属瑞金医院(以下简称瑞金医院)召开的中法转化医学和精准诊治国际论坛·数字智慧病理发展专题分论坛上,有一场发生在院长和病理科主任之间的有趣对话。

“我们不缺经费,但很缺病理科医生。”中国工程院院士、瑞金医院院长宁光在致辞中提到:“朝夫教授以前经常和我说,病理科人太少了,快给我们招人。”

瑞金医院病理科主任王朝夫教授则在此后的演讲中表示:“宁院长,随着智慧病理的实施,我以后要的人可能就比较少了,有的分院区甚至有望实现‘无人病理科’。”

在宁光院士与王朝夫教授讨论的“缺人”问题背后,实质是我国病理诊断资源供需严重失衡的现实困境。

如今,破局关键期已经到来:不是通过增加医生数量,而是通过提升阅片效率,于无形中“放大”病理诊断资源供给,这就是数字医学对病理科带来的深刻变革。

会议正式发布了《数字化智慧病理科建设白皮书》。这本由瑞金医院病理科担任主编单位的《白皮书》,汇聚了顶级三甲医院病理科与行业领先企业的智慧与建设经验,并以“分级建设”的核心主旨,为大型医院病理科、市县级医院病理科、医联体病理诊断中心、第三方病理诊断中心描绘了数字化发展路线图与光明前景。

正如宁光院士的判断:“病理科的春天要来了。”

中国工程院院士、瑞金医院院长宁光

病理科拥抱数字化,需要突破核心关键技术

老龄化进程的加速,正使得中国的疾病谱发生深刻变化。相关数据显示,2020年,我国新发癌症数、癌症发病率、死亡率高居世界第一;未来5-10年,我国癌症患者数量还将明显增加。

筛查和早诊早治是癌症防控的有效途径之一。“早诊断”的关键在于扩大病理诊断可及性、提升病理诊断准确率,以及提升基层医疗机构的病理诊断水平。

病理学诊断是疾病诊断的“金标准”,但是培养一名合格病理医生的周期很长。有数据表明,截至2021年底,我国在册病理医生为2.5万人,其中,能独立完成病理诊断的医生不足8000人;病理医生从学成毕业到独当一面,往往需要“十年磨一剑”。因此,高达十几万名的病理医生缺口,在短期内难以填补。

从区域分布来看,80%的病理医生集中在大城市,70%集中在三甲医院。一方面,三甲医院病理科超负荷运转、医生过度疲劳成为常态。以瑞金医院病理科为例,每天需要承担超过3500片的病理诊断任务,全年总切片量超过100万片。

另一方面,基层病理诊断资源严重匮乏,诊断符合率低。当前二甲医院的病理诊断符合率为35%,县级医院仅为26%。病理诊断的“含金量”不足,是导致肿瘤等疾病治疗过度或不足等问题的主要原因。

我国病理学界已经认识到,推动数字化病理,是解决病理资源供需失衡的关键途径:将玻璃切片转换为数字切片,再进行数字化存储和数字化诊断,有利于远程病理、AI辅助诊断、病理大数据研究等工作的开展,从而提高诊断效率,减少漏诊、误诊,解决病理资源分布不均等问题。

回顾过去十年,病理科的数字化进程明显落后于检验、影像科室。究其原因,是数字化病理的关键技术有待突破。这些关键技术包括:全数字化病理信息系统、数字病理存储和压缩算法、多模态智慧病理辅助诊断算法等。

以提供数字切片阅片服务的IT基础底座——数据存储系统为例,由于扫描后的数字切片基于传统算法压缩,切片文件一般在1-3GB左右,大型三甲医院的病理切片数据量每年以1-2PB的量级递增,且需要保存长达15年到30年,存储成本快速攀升。

更重要的是,传统存储方案采用协议开销大的对象存储,病理切片的调阅速度慢,容易出现延时卡顿、马赛克等问题,甚至从拖动图像到显示正常需要几十秒以上,严重影响病理医生的阅片效率与准确性。同时,文件过大导致网络传输慢,使得远程术中冰冻病理诊断等对实时性要求较高的业务难以开展。

数字化智慧病理科的“瑞金实践

作为瑞金医院病理科主任、上海交通大学医学院病理学系主任,王朝夫教授是全国病理学领域的著名专家,对数字化病理的关注与研究由来已久。在他的大力倡导与推动下,瑞金医院开始探索“数字化智慧病理科”建设。

瑞金医院病理科主任王朝夫教授

王朝夫教授提出,“数字化智慧病理科”的建设无法一蹴而就,需要经历信息化、数字化与智慧化三个阶段。

第一步是信息化,即基于信息管理系统,对传统病理科工作流程进行全面的数字化升级;

第二步是数字化,即基于数字切片,实现病理诊断及衍生的相关数字病理应用,重点需解决数字切片阅片卡顿、马赛克与存储成本过高等问题;

第三步是智慧化,即基于AI和病理科工作流程的有机融合,实现高效的AI辅助诊断,同时利用AI对病理数据进行深度学习和挖掘,发现新的疾病特征和治疗方法,为病理学发展创新提供新思路和新方法。

基于“三步走”路径蓝图,瑞金医院期望建设的“数字化智慧病理科”,能够将科室日常产生和处理的所有病理学信息完全实现数字化、智慧化,并能实现整体病理生态圈的数字化搭建。

王朝夫教授认为:“建设数字化智慧病理科,光靠病理科或IT团队是做不成的;只有多方协同形成团队,解决数字化病理关键痛点,才有可能做成这件事。”为此,瑞金医院将关键任务进行拆解,分为切片阅片数字化、科室管理信息化、数据管理高效化与诊断质控智能化四项重点任务,需要病理研究、硬件支持、信息管理系统、存储与压缩算法、AI技术等多个团队参与其中。

为了一个共同的目标,多家技术产业合作伙伴与瑞金医院走到了一起。2023年3月1日,瑞金医院的数字化智慧病理科建设取得里程碑式进展,端到端的数字化病理系统全面上线,并迅速释放出先进生产力的巨大效能: 

提升诊断效率。特别是在数量多、难度较小、重复性高的常规切片诊断方面,数字化阅片可有效减少医生的重复性工作,提升诊断效率。以胃肠镜活检小标本为例,传统显微镜阅片报告周期为3个工作日,目前瑞金医院已将其缩短为2个工作日。而在解决疑难问题方面,借助AI 技术的深度学习能力,瑞金医院消化道活检小病变判断AI算法的敏感性及特异性均较高。

提升管理效益。全流程数字化质控使得瑞金医院病理科的标本流转效率、制片质量、制片效率均得到不同程度地提升。

赋能临床科研。病理科的信息化、数字化建设,提升了病理数据质量。瑞金医院建立了数字智慧病理辅助服务平台,目前已覆盖多个病理AI技术领域,建立了亚专科数据库,拓展了前列腺癌、淋巴瘤、肺癌等多个亚专科病种AI模型,为“下一代病理技术”奠定基础。

王朝夫教授期望,瑞金医院还将利用全流程自动化及数字化辐射到分部院区和医联体内医疗机构,为国家/省级区域医疗中心建设提供复制参考,带动基层医院提高病理诊断水平,进一步提升普通患者优质病理诊断资源的可及性,实现“瑞金医院在您隔壁,病理科就在您身边”。

三大创新,带来病理数据管理技术革命

“数字化智慧病理科”的建设,需要解决海量数字切片的分析效率、阅片体验和存储成本等问题。一场病理数据管理的技术革命正在发生。

华为数据存储产品线本着“为场景找技术,为技术找场景”的宗旨,将数字技术与病理业务场景深度融合,基于OceanStor Pacific分布式存储和独家病理数据无损二次压缩算法,推出全球首个支持全院级无卡顿阅片和病理无损压缩算法的“数字化病理存储系统”,在高性能调阅病理数据和数据缩减方面实现了质的飞跃。

首先是“调阅速度快”。

华为认为,对象存储协议的开销和访问时延比文件存储协议更大,不是最佳的病理存储协议。华为数据存储自研了“分布式并行文件客户端(DPC)”技术,将分布式并行客户端作为存储客户端运行在计算节点上,通过高速网络与后端存储节点进行数据交换,利用智能算法大幅降低访问时延,提升吞吐量,使上层应用能更智能地访问存储空间。该方案无需升级网络和阅片客户端,可有效保护已有IT投资。

在病理数字切片阅片中引入DPC技术,系统在调阅切片时可根据浏览需要自动匹配图层。这种方式解决了对象存储协议开销大的问题,实现80倍调阅性能的大幅提升,达成1 秒调阅1000 张病理切片的丝滑体验。

从瑞金医院病理医生的反馈来看,真正实现了“想看哪里就看哪里,无需等待,非常流畅”,且同一张切片支持多人同时阅片,支持包括临床、科研、教学等场景在内的全院级无卡顿阅片需求,可将病理诊断协同效率提升70%以上。

其次是“存储成本低”。

传统病理图片压缩后的平均大小仍接近1GB,且未能充分利用病理图像特征以及“瓦片”之间的相关性。在充分研究病理数据特性的基础上,华为创新性提出“病理数据二次无损压缩算法”,通过智能识别算法、语义分割、参考压缩等技术,大幅提升病理切片的压缩率。

不同于只能压缩TXT文本文件的“通用压缩技术”和压紧数据块的“重删压缩技术”,这种“病理二次无损压缩算法”的本质,是基于病理图片的精准场景化压缩,在原压缩算法基础上可节约30%的存储空间和网络带宽。未来,随着算法的不断演进,还将带来更大程度的节省空间。

此外,病理数据具有明显的周期性访问特征,按照数据访问频率和热度进行热、温、冷分级,既能兼顾阅片的性能诉求,又能有效降低存储成本。华为的分级存储技术允许将同一个存储池内的不同类型物理节点划分成不同的硬盘池,实现热温冷数据的分级存储及管理策略。以冷数据的蓝光存储为例,可帮助医院将30年病理数据的蓝光存储成本降低57%以上。

第三是“覆盖范围广”。

针对最需要数字化病理赋能的基层医疗机构,华为、瑞金医院病理科及江丰生物创新部署模式,推出“数字化病理一体机”。

该一体机基于华为FusionCube 500的All in One能力,将扫描、存储、计算、网络、安全、AI六大功能融为一体,集成数据采集系统、病理阅片系统、病理信息系统、AI辅助诊断系统、远程病理系统等多个系统。对于基层而言,仅需一套设备,即可获得传统6套设备才能实现的功能,从而以最快的速度、最低的成本实现基层病理科的数字化,为优质病理诊断资源下沉提供基础。

工欲善其事,必先利其器。“数字化智慧病理科”的未来将是什么样的?王朝夫教授认为,“面向下一代病理诊断理论”不仅依赖于数字切片,还要依赖基因数据、影像信息、临床信息等多样化数据的融合应用和分析。随着智慧病理的研究深入,病理数据存储与管理的技术革命仍在继续,应用融合、数据融合、存储融合的趋势已日渐清晰。

此图片的alt属性为空;文件名为HIT%E4%B8%93%E5%AE%B6%E7%BD%91%E8%AE%A2%E9%98%85%E5%8F%B7.png
关注HIT专家网微信订阅号
精彩不容错过!
此图片的alt属性为空;文件名为9fd96946f80198b.png
寻求“商务合作”请扫码填写需求
我们将尽快与您联系!

【责任编辑:晓青】

赞(3)

评论 抢沙发

评论前必须登录!

 


未经允许不得转载:HIT专家网 » 瑞金医院三步走建设“数字化智慧病理科”的背后
分享到: 更多 (0)