·论著·

消化内镜人工智能辅助诊疗设备的成本效益分析

Cost‑effectiveness analysis of an artificial intelligence‑assisted diagnosis and treatment system for gastrointestinal endoscopy

李佳1 吴练练1 杜代如2 刘军1 王青1 骆孜1 于红刚1

1武汉大学人民医院消化内科，武汉 430060；2厦门大学管理学院，厦门 361000

通信作者：于红刚，Email：yuhonggang@whu.edu.cn

在医学领域，人工智能辅助诊疗已成为研究热点，例如人工智能筛查青光眼具有成熟的市场和受到肯定的经济效益。然而在消化内镜领域，虽然研究众多，随之产生的各式消化内镜智能辅助诊疗系统也开始逐渐应用于部分医院，但目前还没有相关研究分析基于人工智能的消化内镜辅助诊疗系统的成本效益。由于大型医疗设备初始投资金额较大，后期经济效益不明，投资风险大，因此在购买大型医疗设备前进行成本效益分析可为医院提供客观有效的数据支撑，减少投资风险。为此，本研究以国内较为成熟的消化内镜人工智能辅助诊疗设备——内镜精灵为例，使用多种方法分析其成本效益，为医院置购和管理成熟的消化内镜人工智能辅助诊疗设备提供依据。

资料与方法

一、数据采集

收集2017年1月—2019年12月武汉大学人民医院消化内镜中心胃肠镜相关的信息资料，采集内容包括：每月胃镜和肠镜的数量、胃瘤性病变内镜下黏膜剥离术（endoscopic submucosal dissection，ESD）及肠息肉切除术的成本和收费情况。内镜精灵的基本数据与相关运营数据由内镜精灵生产商提供，采集内容包括：设备采购成本、后续设备维护支出、设备使用与折旧年限。

二、内镜精灵的成本

使用微观经济学成本分析来计算内镜精灵的成本［3］，主要包括固定成本和变动成本［4‑5］。固定成本包括内镜精灵初始购买价格（预估90万）及后续设备维护支出（预估每年3万）。由于内镜精灵在胃肠镜检查过程中仅具有辅助作用，变动成本如卫生耗材、办公用品及其他低值易耗品等，不论是否使用内镜精灵均会产生消耗，且数额无显著变化，因此不计入内镜精灵的成本计算。根据财政部印发的《医院会计制度》（财会〔2010〕27号）规定，在预计使用年限内（内镜精灵预期使用寿命10年），采用平均年限法对内镜精灵计提折旧。

三、内镜精灵的收益

武汉大学人民医院消化内镜中心研发的内镜精灵致力于整个消化系统，可提高检查质量及病变检出率，其功能主要体现在两方面：一是胃镜的盲区监测、病灶识别、自动采图、检查计时及操作评分，二是肠镜的退镜速度监测、病灶识别、识别退镜并计时、滑镜警告及肠道准备评分。在消化内镜人工智能辅助诊疗设备的辅助下，胃瘤性病变的检出率提高到4.9%，结直肠息肉的检出率提高到47%。胃瘤性病变和结直肠息肉需分别行ESD及肠息肉切除术来治疗。消化内镜人工智能辅助诊疗设备在胃肠镜检查过程中不会增加额外费用，主要通过提高胃瘤性病变及结直肠息肉的检出率进而进行内镜下治疗为内镜中心创造经济效益。有关的手术成本及收费的详细信息由我院内镜中心相关负责人提供。手术收费主要包括检查费、治疗费、麻醉费、耗材费，其中耗材费为手术所需的成本，麻醉费为麻醉医生的收益，因此内镜中心的手术净收益由检查费和治疗费组成。一台胃ESD的净收益为4 082元；一台肠息肉切除术的净收益为1 690元，每增加1个息肉收益增加50元。

四、成本效益分析方法

设备的成本效益分析分为动态评价法和静态评价法。动态评价法，又称折现现金流法，是考虑了货币时间价值的分析评价方法，主要有净现值法等，是评估投资项目最重要的方法之一。静态评价法，又称非折现现金流法，是没有考虑货币时间价值的分析评价方法，主要有投资回收期法和平均收益率法等。运用这三种评价方法对内镜精灵进行评价，以动态评价方法为主，静态评价方法为辅，多方面分析内镜精灵的成本效益情况。

1.净现值法：净现值法考虑了货币时间价值和投资风险，广泛应用于医疗设备的经济效益分析。所谓净现值，是指设备投入使用后，将设备在预计使用寿命内所产生的的净现金流量，按医院可接受的贴现率（假设10%）折算为现值，减去初始投资现值后的净额。净现值所反映的是投资一台设备所能创造的或者增加的价值。其计算公式为：净现值=未来收益总现值-初始投资额的现值。

2.投资回收期法：回收期法是用投资回收期的长短评判设备投资项目优劣的一种分析方法，是早期广泛采用的成本效益分析方法之一。所谓回收期，是指投资收益与成本相等时所需要的时间，回收期越短，投资越有利。该方法没有考虑到回收期后所产生的净现金流量，也未考虑在回收期之前所获得的净现金流量到期的差异。由于胃肠镜检查人数每年增长变化，导致内镜精灵每年预计产生的净现金流量不固定，因此其计算公式为：回收期=n+第n年末累计尚未收回额/第（n+1）年回收额。

3.平均收益率法：平均收益率是指投资寿命周期内年平均利润与初始投资额的比率。只要设备投资项目的平均收益率大于目标收益率，则投资项目可行，且平均报酬率越高，设备的投资价值越大。其计算公式为：平均收益率=年平均净现金流量/初始投资额。

五、数据分析

采用SPSS 26.0及Excel 2016统计软件处理数据，并进行分析。

结 果

一、2020—2029年胃肠镜数量趋势预测

由2017年1月—2019年12月胃肠镜数量的趋势图（图1、2）可发现，每年胃肠镜的数量与月份相关，因此根据2017年1月—2019年12月胃肠镜数量采用时间序列预测方法来预测内镜精灵使用年限内，即2020年1月—2029年12月的胃肠镜数量趋势。以平稳的R2衡量拟合优度，R2越接近1，数据拟合效果越好。P>0.05表明选用的时间序列适宜，可以用于预测［20］。

 

图1　2017—2019年胃镜数量趋势图

 

图2　2017—2019年肠镜数量趋势图

2020—2029年胃肠镜数量趋势如图3所示，具体数值如表1所示。由图3、表1可发现胃肠镜整体数量均呈上升趋势。其中，胃镜数量预测模型的平稳的R2为0.772，P=0.125；肠镜数量预测模型的平稳的R2为0.778，P=0.337。

 

图3　2020—2029年胃肠镜数量趋势图

表1 2020—2029年胃肠镜检查人次预测结果

年份	胃镜	肠镜
2020年	31 213	14 371
2021年	34 451	16 627
2022年	37 686	18 883
2023年	40 921	21 140
2024年	44 154	23 396
2025年	47 389	25 652
2026年	50 627	27 908
2027年	53 862	30 166
2028年	57 095	32 422
2029年	60 330	34 680

二、内镜精灵的成本及收益

根据我们既往研究数据（表2），内镜精灵的使用将肠息肉的检出率提高至47%，使用内镜精灵的患者平均每例检出肠息肉的数量为1.17个［7］，因此在使用内镜精灵且检出肠息肉的患者中，平均每次检查检出肠息肉的个数为1.17/47%，即2个。根据内镜中心收费标准，每增加1个息肉单次息肉切除术平均增加50元，因此单次肠息肉切除术净收益为1 740元。

表2 内镜精灵对胃肠镜检查的影响

病变分类	检出率（%）	每次检查可检出数量（个）
有内镜精灵	无内镜精灵	有内镜精灵	无内镜精灵
胃瘤性病变	4.90	3.50	0.051	0.035
肠息肉	47	34	1.17	0.68

三、内镜精灵的的成本效益分析结果

1.净现值法：武汉大学人民医院消化内镜中心共6台检查型胃肠镜，在折现率10%的条件下，假设6台检查型胃肠镜均配备内镜精灵，则单台内镜精灵在10年中产生的净收益现值约为780.84万元（表3），对应的投入成本现值仅约为108.43万元（表4），净现值约达672.41万元。

表3 单台内镜精灵的总收益现值

项目	第1年	第2年	第3年	第4年	第5年	第6年	第7年	第8年	第9年	第10年
医院肠镜检查人次	14 371	16 627	18 883	21 140	23 396	25 652	27 908	30 166	32 422	34 680
肠息肉检出率增加值	13%	13%	13%	13%	13%	13%	13%	13%	13%	13%
肠息肉切除术净收益（元）	1 740	1 740	1 740	1 740	1 740	1 740	1 740	1 740	1 740	1 740
肠镜效益年增加值（万元）a	325.07	376.10	427.13	478.19	529.22	580.25	631.28	682.35	733.39	784.46
胃镜检查人次	31 213	34 451	37 686	40 921	44 154	47 389	50 627	53 862	57 095	60 330
胃瘤性病检出率增加值	1.40%	1.40%	1.40%	1.40%	1.40%	1.40%	1.40%	1.40%	1.40%	1.40%
ESD净收益（元）	4 082	4 082	4 082	4 082	4 082	4 082	4 082	4 082	4 082	4 082
胃镜效益年增加值（万元）a	178.38	196.88	215.37	233.86	252.33	270.82	289.32	307.81	326.29	344.78
当年效益增加总值（万元）a	503.45	572.98	642.50	712.04	781.55	851.07	920.60	990.17	1 059.67	1 129.24
当年单台效益增加总值（万元）a	83.91	95.50	107.08	118.67	130.26	141.84	153.43	165.03	176.61	188.21
当年单台效益增加现值（万元）a	76.28	78.92	80.45	81.06	80.88	80.07	78.74	76.99	74.90	72.56
单台内镜精灵总收益现值（万元）a	780.84

注：ESD指内镜黏膜下剥离术；a处项目所录数据为四舍五入后的约值

表4 单台内镜精灵的投入成本现值（元）

项目	第1年	第2年	第3年	第4年	第5年	第6年	第7年	第8年	第9年	第10年
后续投资额	30 000	30 000	30 000	30 000	30 000	30 000	30 000	30 000	30 000	30 000
后续投资额现值	27 272.73	24 793.39	22 539.44	20 490.40	18 627.64	16 934.22	15 394.74	13 995.22	12 722.93	11 566.30
投资额现值	1 084 337.01

注：单台内镜精灵的初始投资额为900 000元

2.投资回收期法：从不考虑货币时间价值的投资回收期角度来看（表5），内镜精灵投入使用后第1年可收回约80.91万元，第2年净回收金额约达92.50万元。因此，内镜精灵两年内即可完成投资的回收，具体回收期为1+90919.88/924972.19，即1.10年，远远短于内镜精灵的预期使用寿命。

表5 内镜精灵投资回收期分析

项目	第1年	第2年	第3年	第4年	第5年	第6年	第7年	第8年	第9年	第10年
当年单台现金流出（万元）	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00
当年单台现金流入（万元）a	83.91	95.50	107.08	118.67	130.26	141.84	153.43	165.03	176.61	188.21
当年回收金额（万元）a	80.91	92.50	104.08	115.67	127.26	138.84	150.43	162.03	173.61	185.21
当年末累计尚未回收金额（万元）a	9.09	-83.41	/	/	/	/	/	/	/	/
回收期（年）	1.10

注：单台内镜精灵的初始投资额为90万元；a处项目所录数据为四舍五入后的约值；“/”代表此处不再统计

3.平均收益率法：结果显示单台内镜精灵10年中的年平均净现金流量约为133.05万元，匹配初始投资额的90万元，平均收益率达到147.84%（表6）。

表6 内镜精灵平均效益率分析

项目	第1年	第2年	第3年	第4年	第5年	第6年	第7年	第8年	第9年	第10年
当年单台现金流出（万元）	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00	3.00
当年单台现金流入（万元）a	83.91	95.50	107.08	118.67	130.256	141.84	153.43	165.03	176.61	188.21
净现金流量（万元）a	80.91	92.50	104.08	115.67	127.26	138.84	150.43	162.03	173.61	185.21
年平均净现金流量（万元）a	133.05
平均收益率（%）	147.84

注：单台内镜精灵的初始投资额为90万元；a处项目所录数据为四舍五入后的约值

讨 论

本研究使用净现值法、投资回收期法和平均收益率法，从多个角度分析了医院购买内镜精灵的成本效益。为消除疫情的影响，使用武汉大学人民医院2017—2019年的胃肠镜流量来预测内镜精灵使用年限内的流量趋势，结合先前的研究结果进行分析。结果显示单台内镜精灵在10年内净现值约达672.41万元，回收期为1.10年，平均收益率达147.84%，收益效果显著。且辅助诊疗系统可即开即用，在胃肠镜检查过程中不增加医院或者患者的检查成本。因此，内镜中心购买成熟的消化内镜人工智能辅助诊疗设备是合理的。

胃肠镜检查的意义主要在于发现病变并治疗，尤其是癌前病变。这高度依赖于内镜医师的操作，不同经验的内镜医师操作水平之间存在着较大的差异。为提高胃肠镜的检查质量，全球各地均制定了相关质量指标来规范内镜操作。但在临床实际操作中仍缺乏实用且有效的内镜质量控制设备，导致部分内镜医师并未严格遵循指南进行内镜操作。

近年来，随着人工智能的发展，在消化内镜领域涌现出许多基于人工智能的消化内镜辅助诊疗系统。Su等开发的结直肠镜自动质量控制系统（automatic quality control system，AQCS）可自动识别退镜速度、息肉及肠道准备情况：当系统检测到滑镜时，可自动提醒内镜医师降低退镜速度并重新检查滑镜时的肠段；当波士顿评分<2分时，系统将提醒医生进行清洁操作，提高黏膜的可见性，从而提高腺瘤及息肉检出率。Hu等开发了早期胃癌的计算机辅助诊断模型，其诊断早期胃癌的表现优于初级内镜医师，与高级内镜医师相当。内镜精灵是集上下消化道为一体的计算机辅助诊疗系统，白光下识别早期胃癌的准确率为92.4%，识别胃26个部位的精度为90.4%，可将胃镜检查中的盲区率降至5.86%；预测肠道清洁度的准确率为89.04%，结直肠息肉的检出率提高至47%，腺瘤检出率提高至16%，可全面系统地提高内镜检查质量。成熟的消化内镜人工智能辅助诊疗设备额外发现的病变可行内镜下手术进行治疗，为消化内镜中心创造收益。

事实上，成熟的消化内镜人工智能辅助诊疗设备除了显著的经济效益，也具有社会效益和科研效益。胃肠道肿瘤是常见的恶性肿瘤且死亡率高，早期行消化内镜检查在胃肠道肿瘤的诊断和预防中发挥重要作用。然而，研究发现，胃癌的漏诊率达7.2%，结直肠腺瘤的漏诊率高达26%，大多数是由于内镜医师操作不规范而导致的漏诊。在内镜精灵的辅助下，胃瘤性病变的检出率从3.5%提高到4.9%，结直肠息肉的检出率从34%提高到47%，腺瘤检出率从8%提高到16%。成熟的消化内镜人工智能辅助诊疗设备辅助内镜医师进行诊疗，在不增加患者检查成本的情况下，可及时发现胃肠道癌前病变。10年内预测的胃肠镜流量数据表明，内镜中心行内镜检查的患者数量持续上升，成熟的消化内镜人工智能辅助诊疗设备的配置可为更多的患者提供高质量的内镜检查，发挥更大的社会效益。此外，使用人工智能辅助胃肠镜检查是近年来的热点研究方向，尚有许多功能待开发。医院作为培养医学人才的基地，除临床诊疗外，还需进行科研及教学等工作。因此，在引进先进的医疗设备时，应充分考虑其科研效益。成熟的消化内镜人工智能辅助诊疗设备监测胃镜检查盲区、监测肠镜退镜速度及提示肠道准备情况等内镜质量控制功能，可帮助新手医生更快、更好地掌握胃肠镜的操作，为医院培养更多技术性人才。与此同时，针对人工智能辅助胃肠镜检查已开展多项临床研究，不断改进消化内镜人工智能辅助诊疗设备的功能，使其更适应临床环境，发挥其科研价值。

综上所述，我们使用多种方法、从多个角度，对成熟的消化内镜人工智能辅助诊疗设备——内镜精灵进行了成本效益分析，发现其具有显著的经济效益、社会效益及科研效益。本研究可为医院行基于人工智能的消化内镜辅助诊疗设备投资决策提供客观有效的数据支持。

利益冲突 所有作者声明不存在利益冲突

作者贡献声明

李佳：酝酿和设计实验，实施研究，数据采集、分析和解释，起草文章，统计分析；吴练练：酝酿和设计实验，对文章的知识性内容作批评性审阅；杜代如：实施研究，分析和解释数据，统计分析；刘军：采集数据，行政、技术和材料支持；王青、骆孜：实施研究，采集数据；于红刚：对文章的知识性内容作批评性审阅，获取研究经费，行政、技术和材料支持及指导

参考文献略

DOI：10.3760/cma.j.cn321463-20210804-00480

收稿日期 2021-08-04 本文编辑 顾文景

引用本文：李佳, 吴练练, 杜代如, 等. 消化内镜人工智能辅助诊疗设备的成本效益分析[J]. 中华消化内镜杂志, 2023, 40(3): 206-211. DOI: 10.3760/cma.j.cn321463-20210804-00480.