复旦大学附属(shǔ)华山医(yī)院感染科(kē)主(zhǔ)任张文宏教授曾提及,医疗人工智能最为成熟的(de)智能影像(xiàng)识别(bié)(CT图像识(shí)别)在(zài)防疫中(zhōng)做出了重要贡献(xiàn)。
他认为,AI在医疗机(jī)构的应(yīng)用,在(zài)检测体(tǐ)系(xì)的应(yīng)用,归根结底是线下和线上(shàng)数(shù)据融合,并能(néng)够(gòu)为公共卫(wèi)生系统提(tí)供(gòng)实时预警。
受到集中(zhōng)于2016-2017年人工智能投资热潮的影响的结果(guǒ),至(zhì)少多达70-80家的(de)企业参与(yǔ)智能医学影像研发,但(dàn)真正(zhèng)能(néng)实现(xiàn)技术落地的企业(yè)却是屈指可数(shù)。
此(cǐ)前,GE医疗首款人工智能CT设(shè)备APEX CT正式推出(chū),配合GE独有的全数(shù)控QUANTIXTM高能球管,搭载了通过深度(dù)神经网络训练(liàn)开发出的人工智能(néng)CT图像处理技术TrueFidelityTM,让每一(yī)次扫描都(dōu)能获得以往(wǎng)CT设备(bèi)无法(fǎ)比拟的高清图(tú)像质量。
对于医生来说,越高像素(sù)的成像、还原真实的效果越好,就(jiù)好(hǎo)比千万像(xiàng)素摄像头捕捉到的、还原(yuán)真实的效果,为医生(shēng)提供更有利于精准(zhǔn)诊断的信息。
对患者而言,一个是辐射更低、更安全,一(yī)个是医(yī)生诊断更(gèng)精准、减少(shǎo)漏诊的可能性,患者更安心。
相比(bǐ)传统CT图像(xiàng)对腹部检(jiǎn)查一般都选择5mm厚层(céng)重(chóng)建,TrueFidelity可对任意体型(xíng)任意部位的检查进行0.625mm的(de)薄层图像重建,真实还原图像的解剖细节和纹理(lǐ),提(tí)高微小病灶的(de)发现(xiàn)几率,有(yǒu)助(zhù)于早(zǎo)诊早治,极大提高医生的诊断信心。
尤其是对于天然对比度低(dī)的组织结(jié)构,比如腹部成(chéng)像,TrueFidelity的诊断优势尤为明显,并为临床诊(zhěn)断带来了(le)显著突(tū)破。
在四川大学华(huá)西医(yī)院提供的(de)临床测试中(zhōng),应用了TrueFidelity的图像下完(wán)全(quán)达(dá)到了常规的诊(zhěn)断标准(zhǔn),解决了超低剂(jì)量CT扫描(miáo)导致的噪(zào)声太大(dà)无法诊断的问题,且最低只需10%的辐(fú)射剂量,就得到了(le)TrueFidelity真理图像。
北京儿童医院的测试(shì)病例也显示,经过TrueFidelity,任意扫描0.625mm薄层重(chóng)建,空间分辨率能提高8倍(bèi),1.25mm微小(xiǎo)病(bìng)灶(zào)检(jiǎn)出率提升50%,最终额外发现(xiàn)了3个(gè)之前看(kàn)不到的(de)微小病灶(zào)。
10年迭代,AI技术的创新诉(sù)求
长久以来,CT射线(xiàn)的潜在风险始(shǐ)终(zhōng)是医疗(liáo)专家和患者最为(wéi)担忧的,如何平衡(héng)图像质量(liàng)和辐射剂(jì)量(liàng)是CT影像发展永恒的两难。
因为,CT照出(chū)来的片子(zǐ)并不是直接(jiē)投射出来的,而是经过复杂的设备,从不同的角度(dù)扫(sǎo)描人体之(zhī)后,必须再(zài)借助计(jì)算机(jī)的处理形成纹理,医生才有读懂它的可能。
其中(zhōng)的关键就(jiù)是(shì)计算机处理这些数据(jù)的方(fāng)式——算法。
因此,而重建算法的出(chū)现与不断升级,就是为了更好地解决这个问题(tí)。
第一(yī)代CT图(tú)像(xiàng)FBP算(suàn)法(fǎ)的缺陷是,如(rú)果射线量不(bú)足(zú),算法重建下的图(tú)像质量就会明显(xiǎn)降(jiàng)低,但射线量过高,对患(huàn)者的辐射损(sǔn)伤太(tài)大。
第二代CT图像算法可以在射(shè)线剂量低的(de)条件下,通过算法(fǎ)弥补射线(xiàn)信号的不足,但(dàn)图像中的高(gāo)频信息会(huì)被扭曲和丢失,就(jiù)好像用美(měi)颜相(xiàng)机过度(dù)磨皮,图像的真实性难以判断,给医生的(de)精准诊断(duàn)加大了难度(dù)。
迭代(dài)算法推出10年来,一直在不(bú)断(duàn)改进,但由于其自身的局限性(xìng),医生的接受度并不理想,在实际工作中的使用频次也(yě)并不高。
尤其是近年来,越来越多的证(zhèng)据表明,迭代算法(fǎ)存(cún)在的局限性在临床上表现得愈(yù)发明(míng)显。
特别是低对比(bǐ)度的诊断任务,如(rú)肝(gān)转(zhuǎn)移或胰腺(xiàn)占位性病变的检出,迭代算(suàn)法(fǎ)会导致低对比(bǐ)度结构的(de)空(kōng)间分辨率下降,降低病灶的可检测性。
为(wéi)此,如何实现低剂量、低噪(zào)声(shēng)、自然纹理的三者兼得,成为彼时CT重建(jiàn)算(suàn)法(fǎ)亟待突破的(de)一大瓶颈。
低(dī)剂量、低噪声、真实图(tú)像(xiàng)纹理三者兼得(dé)
虽然高端(duān)CT设(shè)备通过一系列硬件的提升(shēng),加之(zhī)影像(xiàng)重建(jiàn)技(jì)术的优化,不断改善了诊断(duàn)效能,但始终无法突破影像过度平(píng)滑的技术限制。
GE医疗深耕CT领域40年,不(bú)断积累经验(yàn)的同时进行技术创(chuàng)新,如今更是通(tōng)过深度神经网(wǎng)络训练开发出(chū)了(le)人工智(zhì)能CT图像处理技术打破此前的迭代算法限制。
不同(tóng)于(yú)其他深(shēn)度学习算法以迭代图像作为训(xùn)练目(mù)标,GE医疗使用(yòng)的(de)是高质(zhì)量(liàng)、高剂量的FBP图(tú)像来(lái)训练深度神经网(wǎng)络,也就是医(yī)生口中(zhōng)的(de)“ground truth”作为训练集,极大保证了最终(zhōng)训(xùn)练结果的准确度,可(kě)将低剂量(liàng)的CT扫描数据还(hái)原成高质量的(de)FBP图像。
传统基于机器学习的(de)迭代(dài)算法,高度依赖专家(jiā)经验,需(xū)要人(rén)工设计(jì)模型和(hé)确定(dìng)、优化提取特征,对提取数量也有(yǒu)一定限制,不能超过人(rén)脑处理的极限,否则模型的(de)准(zhǔn)确性也会达到瓶颈。
然而(ér)基于深度学习(xí)的重建(jiàn)算(suàn)法,无需(xū)人为操作,自动优化深(shēn)度神(shén)经网络(luò),可调节的参数也是迭代(dài)算法的一(yī)万(wàn)倍,并(bìng)基(jī)于大量极端和案件案例作为验证(zhèng)数据集,保证模型的泛化准确性。
且随着数据量的增加,模型(xíng)准(zhǔn)确性不断提升,重建速度可适(shì)用(yòng)于常规(guī)和(hé)急诊需求,不会因去除(chú)噪声而导(dǎo)致微小病灶遗漏。
深度学习重建(jiàn)算法的出现,可谓完美地解(jiě)决了一直困扰CT的难(nán)题,能(néng)够实现低剂量、低噪声(shēng)和真实(shí)图像(xiàng)纹理三者兼得。
通(tōng)过这种深度神经网络训练(liàn)开发出的人工智能CT图像处理技术TrueFidelity,是经FDA批(pī)准的业界首个(gè)还原原始图像的深度学习CT影像重建算法。
一(yī)直(zhí)以来,医学的真谛,就是透过表象,看到真理,而人工智能(néng)等科学(xué)技术手段,正是(shì)撬开真理大门的钥匙。
以TrueFidelity为代表的深度学习重(chóng)建算法,突破了医(yī)学影像始终无法(fǎ)突围的重建算法门(mén)槛,开启了CT技(jì)术人工(gōng)智(zhì)能元年,更为人类打(dǎ)开了通(tōng)往精准医疗(liáo)的捷(jié)径,为更(gèng)智能、更精准(zhǔn)的医学影像诊断开创(chuàng)了无限可能。