复(fù)旦大学附属华山医院感染科主任(rèn)张文宏教授曾提及(jí),医疗人工智能最(zuì)为成熟的智能(néng)影像识别(CT图(tú)像识(shí)别)在防疫中做出(chū)了重要贡献。
他认为(wéi),AI在医疗机构的(de)应用,在检测体系的应用,归(guī)根结底是线下和线上数据融合,并能够为公共卫生(shēng)系统提供实时预警(jǐng)。
受到(dào)集中于2016-2017年人工智能(néng)投资热潮的影(yǐng)响的结果,至少多达(dá)70-80家的企业参与智(zhì)能(néng)医学影像(xiàng)研发,但真正能实现技术落(luò)地的企业却是(shì)屈指可数。
此(cǐ)前,GE医疗首款人工(gōng)智能(néng)CT设备(bèi)APEX CT正式(shì)推出(chū),配合GE独有的全数控(kòng)QUANTIXTM高能球管,搭载了通(tōng)过深(shēn)度(dù)神经网(wǎng)络训(xùn)练(liàn)开(kāi)发出(chū)的人工智能CT图像(xiàng)处理技术TrueFidelityTM,让每一次扫描都(dōu)能获得以往CT设备无法比拟的(de)高清(qīng)图(tú)像质量。
对于医生来说,越高像(xiàng)素(sù)的成像(xiàng)、还原真实的效(xiào)果越好,就好比千万(wàn)像素摄(shè)像头捕(bǔ)捉到的(de)、还原真(zhēn)实的效果,为医生提供更有(yǒu)利于精准(zhǔn)诊(zhěn)断(duàn)的信息。
对(duì)患者(zhě)而言,一个是辐(fú)射更低、更安全,一个是医(yī)生诊断更精准、减少(shǎo)漏诊(zhěn)的可能性,患者(zhě)更安心。
相比传(chuán)统CT图像对(duì)腹部(bù)检查一般(bān)都(dōu)选择5mm厚层重建(jiàn),TrueFidelity可对任意体型任意部位的检查进行0.625mm的薄层图像重建,真实还原图像的解剖细(xì)节和纹理(lǐ),提高微小病灶的发现几率,有助(zhù)于早诊早治,极大提高(gāo)医(yī)生的诊断信心。
尤(yóu)其是(shì)对于天然对比度低的组织结构,比如腹部成像,TrueFidelity的诊(zhěn)断优势尤为明显,并为临床诊断带来了显著突破。
在(zài)四川(chuān)大学华西医院提(tí)供(gòng)的临床测试中,应用了TrueFidelity的图像下(xià)完全达到(dào)了常规的(de)诊断标准,解决了超低剂量CT扫描导致(zhì)的噪声太大无法(fǎ)诊(zhěn)断的问题(tí),且(qiě)最低只需10%的辐射剂量,就得到了TrueFidelity真理图像。
北京儿(ér)童医院的测试病例也(yě)显示,经过TrueFidelity,任(rèn)意扫描0.625mm薄层重建,空(kōng)间分辨率能提高(gāo)8倍,1.25mm微小病灶检出率提升50%,最终额外(wài)发现了(le)3个之前看不(bú)到的微小病(bìng)灶。
10年迭代,AI技术(shù)的创新诉求
长久以(yǐ)来,CT射线(xiàn)的潜(qián)在风险始终是(shì)医疗专家(jiā)和患者(zhě)最为担(dān)忧的,如何平衡图像质量和辐(fú)射剂量是CT影像(xiàng)发(fā)展(zhǎn)永恒的两难。
因为(wéi),CT照出来的片(piàn)子并不是直接投射(shè)出来的,而(ér)是经过复杂(zá)的设备,从不同的角度扫(sǎo)描(miáo)人体之后,必须再借助(zhù)计算(suàn)机的(de)处理形成纹理,医生才有(yǒu)读懂它的可能。
其中的(de)关(guān)键(jiàn)就(jiù)是计算机(jī)处理这些数(shù)据的方式——算法(fǎ)。
因此,而(ér)重建算(suàn)法的出(chū)现与不(bú)断升级,就(jiù)是为了更好(hǎo)地解决这(zhè)个问题(tí)。
第一代(dài)CT图像FBP算法(fǎ)的缺(quē)陷是,如果射线量不足,算法重建下(xià)的(de)图像质量就会明显降低,但(dàn)射线量过高,对患(huàn)者的辐射损伤(shāng)太大(dà)。
第二代(dài)CT图像算法可以在射线剂(jì)量(liàng)低(dī)的(de)条件下,通过算法(fǎ)弥补射线信号的(de)不足,但图像中的高频信(xìn)息会(huì)被扭曲和(hé)丢(diū)失,就好(hǎo)像用美颜相机过度磨皮,图像的真(zhēn)实性难以(yǐ)判(pàn)断,给(gěi)医生的精准诊断加(jiā)大了难(nán)度。
迭代算法推出10年来,一直在不断改进,但由于其自身的局限性,医生的接受度(dù)并不理(lǐ)想,在实际工作中的使用频次也并不高。
尤其是近年来,越(yuè)来越多的证据表明,迭代算(suàn)法存在的局限(xiàn)性(xìng)在临床上表(biǎo)现得愈发明显。
特别是低对比度(dù)的诊断任务(wù),如(rú)肝转移或胰腺占位(wèi)性病变的检(jiǎn)出(chū),迭代算(suàn)法(fǎ)会导致低(dī)对(duì)比度结构的空(kōng)间(jiān)分辨(biàn)率下降,降低病灶(zào)的可检测性。
为此,如何(hé)实现低剂量、低噪声(shēng)、自(zì)然纹理的三者兼(jiān)得,成为彼时(shí)CT重(chóng)建算法亟待突破的一大瓶颈(jǐng)。
低剂量、低噪声、真实图(tú)像纹(wén)理三者兼得
虽然高端CT设备通(tōng)过一系列硬(yìng)件(jiàn)的(de)提升,加之影像重建技术的优(yōu)化,不断改善(shàn)了诊断效(xiào)能,但始终无法突破(pò)影(yǐng)像(xiàng)过度平滑的(de)技术限制。
GE医疗深耕CT领(lǐng)域40年,不断积累经验的同时进行技(jì)术创新,如今(jīn)更(gèng)是通过深度神经网络训练开发(fā)出了(le)人工智能(néng)CT图(tú)像处理(lǐ)技术打破此(cǐ)前的迭代算法限制。
不同于其他深度学习(xí)算法以迭(dié)代图像作为训练目标,GE医疗使用(yòng)的是高(gāo)质量、高剂(jì)量的FBP图像来训(xùn)练深度神经网络(luò),也就是医生口中的“ground truth”作为训练(liàn)集,极大保(bǎo)证了最终训练结果的(de)准(zhǔn)确度,可将低剂量的CT扫描数据(jù)还(hái)原成高质量的FBP图(tú)像。
传统(tǒng)基(jī)于机(jī)器学习的迭代算法,高(gāo)度(dù)依赖专家经验,需要人(rén)工设计(jì)模型和(hé)确定、优化提取特征,对提取数量(liàng)也有一定限制,不能超过人脑处理的极限,否则模型的(de)准确性(xìng)也会达到瓶(píng)颈。
然(rán)而(ér)基于深度(dù)学习的重建算法,无需人为操作,自动优化深度神经网络,可调节的参数也是迭代算法的(de)一万倍,并基于大量极端和案件案例作为验证数据集,保证(zhèng)模(mó)型的泛化(huà)准确性。
且(qiě)随着(zhe)数据量的增加,模型准确(què)性不断提升,重建速度可适(shì)用于常规和急(jí)诊需求,不会因去除噪声而导致微小病灶遗漏(lòu)。
深度学习重建算法(fǎ)的出现,可谓完美地解决了一直困扰CT的难题,能够实现(xiàn)低剂量、低(dī)噪声和真实(shí)图(tú)像纹理三者兼(jiān)得。
通过这种深度神经网络训(xùn)练开发(fā)出的人工智能CT图像处理(lǐ)技术TrueFidelity,是经FDA批准的业(yè)界首个还原原(yuán)始图像的(de)深度学习(xí)CT影像重建算法。
一直(zhí)以来,医学的真(zhēn)谛,就是透过表(biǎo)象,看到真理,而人工智能等科(kē)学(xué)技术手段,正是撬开真理大门的钥匙。
以(yǐ)TrueFidelity为代表的深(shēn)度学习重建算法,突破了医学影像始终无(wú)法突围的重建算法(fǎ)门(mén)槛(kǎn),开启了CT技术人工智能元年,更为人(rén)类打开(kāi)了通往精(jīng)准(zhǔn)医疗的(de)捷径,为(wéi)更智能(néng)、更精准的医学影像诊(zhěn)断(duàn)开创了无限可能。