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醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)中人工智能的作用

時(shí)間:2021-10-22 14:21:54來(lái)源:維科網(wǎng)

導(dǎo)語(yǔ):?中國(guó)影像FFR市場(chǎng)正在迅速增長(zhǎng),人工智能入局FFR領(lǐng)域大大推動(dòng)了冠心病的精準(zhǔn)診斷。

  立足核心的醫(yī)學(xué)影像和流體力學(xué)仿真技術(shù),閱影科技致力于研發(fā)心腦血管疾病輔助診斷和決策產(chǎn)品,以協(xié)助醫(yī)生實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)的診斷。目前,公司擁有脈影、剪影、顱影等多款在研產(chǎn)品。

  “我們并不想造超人來(lái)取代醫(yī)生,而是要造盔甲來(lái)幫助醫(yī)生成為超級(jí)英雄。”

  研發(fā)團(tuán)隊(duì)“添磚加瓦”,15年醫(yī)學(xué)圖像處理專家進(jìn)閱影

  根據(jù)《中國(guó)心血管健康與疾病報(bào)告2019》,我國(guó)心血管現(xiàn)患人數(shù)為3.3億,其中腦卒中患者1300萬(wàn),冠心病1100萬(wàn)。

  背靠千萬(wàn)級(jí)患者,瞄準(zhǔn)國(guó)內(nèi)心腦血管疾病的治療需求,2017年10月閱影科技在深圳成立。公司針對(duì)心腦血管領(lǐng)域的精準(zhǔn)診斷,以“人工智能+醫(yī)學(xué)影像”為中心,提供從診斷、術(shù)前規(guī)劃、術(shù)中導(dǎo)航到預(yù)后的全流程輔助診斷和決策平臺(tái),力圖改善目前繁瑣的人工流程。

  踏足心腦血管精準(zhǔn)診斷市場(chǎng),閱影科技的“底氣”是一批AI、流體力學(xué)仿真人才。公司非常重視自主研發(fā),內(nèi)設(shè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)共分為三大板塊。一是公司CEO張超帶隊(duì)的高精度仿真團(tuán)隊(duì),二是首席科學(xué)家王純亮帶隊(duì)的機(jī)械視覺團(tuán)隊(duì),三是工程化團(tuán)隊(duì)。

  公司創(chuàng)始人張超是美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)機(jī)械工程系和醫(yī)學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)的博士,他曾參與聯(lián)合數(shù)字心臟項(xiàng)目(Hopkins Heart),其中有包括CT-FFR在內(nèi)的醫(yī)學(xué)影像計(jì)算技術(shù)。同時(shí),在工作過(guò)程中他積累了仿真算法、計(jì)算功能學(xué)等技術(shù),由此奠定了回國(guó)創(chuàng)業(yè)的契機(jī)。

  自2017年成立以來(lái),閱影科技吸引了一群海歸博士、國(guó)內(nèi)外高校人才。在技術(shù)更迭、產(chǎn)品線擴(kuò)張的當(dāng)口,王純亮博士選擇全職回國(guó)擔(dān)任閱影科技的首席科學(xué)家。

  王純亮是瑞典皇家理工學(xué)院副教授,有15年的醫(yī)療影像從業(yè)經(jīng)歷,是醫(yī)療影像領(lǐng)域的資深專家。談到此次回國(guó),他表示希望把這些年積累的技術(shù)、經(jīng)驗(yàn)真正用于臨床,做出幾款能夠在臨床中實(shí)際使用的產(chǎn)品。

  臨床科班出身,王純亮對(duì)臨床需求具有深切的感知,他認(rèn)為AI是一個(gè)能改變臨床的技術(shù)。

  “醫(yī)學(xué)影像中包含的信息在很大程度上是浪費(fèi)掉的?!?/strong>

  比如一個(gè)胸部CT中包含肺的容積、心臟形態(tài)學(xué)等信息,如果醫(yī)生愿意花時(shí)間去做,一定會(huì)發(fā)現(xiàn)很多信息。但在醫(yī)療資源短缺的地方,全面篩查胸部CT影像可能會(huì)為醫(yī)生增加許多負(fù)擔(dān)。利用AI技術(shù)對(duì)影像進(jìn)行自動(dòng)化分析,可以在不增加醫(yī)生任何負(fù)擔(dān)的情況下,為他們提供更準(zhǔn)確的診斷信息,對(duì)患者情況進(jìn)行綜合判斷,從而提高整體的醫(yī)療水平。

  全自動(dòng)CT圖像處理,基于少量數(shù)據(jù)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)

  FFR(血流儲(chǔ)備分?jǐn)?shù))是冠脈狹窄功能性診斷的“金標(biāo)準(zhǔn)”。

  臨床上常用壓力導(dǎo)絲測(cè)量FFR,在《2018歐洲心臟學(xué)會(huì)心肌血運(yùn)重建指南》和《中國(guó)經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療指南(2016)》中均作I類A級(jí)推薦。但傳統(tǒng)的壓力導(dǎo)絲測(cè)量FFR在安全性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性上都有待改進(jìn),在中國(guó)的應(yīng)用率不及1%。

  CT-FFR可作為有創(chuàng)FFR的重要替代,在CT影像的基礎(chǔ)上無(wú)創(chuàng)測(cè)量FFR值,為醫(yī)生提供輔助診斷。在全球范圍內(nèi),HeartFlow率先開展CT-FFR業(yè)務(wù),國(guó)內(nèi)科亞醫(yī)療、數(shù)坤科技等企業(yè)也在推進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品。

  閱影科技抓住AI醫(yī)學(xué)影像、精準(zhǔn)診斷發(fā)展的契機(jī),推出CT-FFR產(chǎn)品脈影。在冠脈CT影像的基礎(chǔ)上,基于深度學(xué)習(xí)全自動(dòng)化分析影像數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)算FFR值,以評(píng)估患者的血管功能狀況。

  脈影CT-FFR產(chǎn)品作用的第一階段是3D建模,把CT影像信息轉(zhuǎn)化為血管三維模型。在這過(guò)程中,一旦血管直徑出現(xiàn)一點(diǎn)偏差,就會(huì)成倍數(shù)地影響血流計(jì)算結(jié)果。

  在有15年從業(yè)經(jīng)驗(yàn)的圖像處理專家王純亮博士的帶領(lǐng)下,閱影科技利用圖像分割和圖形仿真技術(shù),把血管的形態(tài)較準(zhǔn)確地呈現(xiàn)出來(lái)。同時(shí),在這過(guò)程中引入人工智能,大大加快了圖像分割和三維建模的速度。

  第二階段是流體力學(xué)仿真,基于血管三維模型模擬血流。張超博士與研發(fā)團(tuán)隊(duì)一同開發(fā)出精準(zhǔn)、快速的血流模擬技術(shù),建立了一個(gè)可拓展、模塊化的可視化平臺(tái),用于支撐多模塊信息的集成。

  CT-FFR無(wú)創(chuàng)測(cè)量計(jì)算量較大,對(duì)計(jì)算機(jī)硬件要求高。傳統(tǒng)的CT-FFR系統(tǒng)需要醫(yī)院把CT數(shù)據(jù)上傳云端,再通過(guò)企業(yè)的服務(wù)器去計(jì)算,一般需要幾小時(shí)或隔天才能把數(shù)據(jù)送到臨床科室。而脈影產(chǎn)品可以直接在臨床科室對(duì)CT圖像進(jìn)行全自動(dòng)化處理,把整個(gè)過(guò)程縮短到10分鐘以內(nèi)。

  這不僅可以減輕醫(yī)生負(fù)擔(dān),縮短FFR測(cè)量的時(shí)間,而且還能提高臨床應(yīng)用FFR技術(shù)的積極性。因?yàn)獒t(yī)生已經(jīng)有了CT影像,如果可以不費(fèi)力氣就得到FFR數(shù)據(jù),不需要再對(duì)患者進(jìn)行額外的圖像采集操作,他們會(huì)更愿意使用CT-FFR系統(tǒng)。

  再而,我國(guó)醫(yī)院對(duì)于數(shù)據(jù)的安全性管控非常嚴(yán)格,按照這樣的發(fā)展趨勢(shì),未來(lái)企業(yè)只有把輔助診斷技術(shù)部署在醫(yī)院,才便于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與管理。

  此外,閱影科技開發(fā)的AI算法只需要小量的優(yōu)質(zhì)算例就可以完成高精度的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的搭建,大大減少了對(duì)原始醫(yī)療數(shù)據(jù)的依賴。目前,很多深度學(xué)習(xí)提供的是一種端到端的學(xué)習(xí)范式,整個(gè)學(xué)習(xí)流程完全交給深度學(xué)習(xí)模型直接學(xué)習(xí)從原始數(shù)據(jù)到期望輸出的映射。

  以腦出血為例,根據(jù)出血部位的不同,腦出血可分為蛛網(wǎng)膜下腔出血、腦實(shí)質(zhì)出血、腦室內(nèi)出血等類型。只有提前把各類出血病例展示給神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),它才能夠準(zhǔn)確識(shí)別不同類型的腦出血。這就導(dǎo)致神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)依賴性強(qiáng),而且可能無(wú)法識(shí)別偶發(fā)、低發(fā)的腦出血病灶。

  這種方式與醫(yī)生的學(xué)習(xí)過(guò)程不同。醫(yī)生是在學(xué)習(xí)了人體正常的解剖結(jié)構(gòu)之后,再根據(jù)異常判斷疾病。閱影科技的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)借鑒了醫(yī)生的學(xué)習(xí)路徑,先從健康、正常的人體解剖結(jié)構(gòu)入手,再根據(jù)異常綜合判斷,降低對(duì)原始數(shù)據(jù)的依賴。如此一來(lái),即便患者出現(xiàn)一些異常情況,如大規(guī)模的鈣化或放置支架,閱影科技的產(chǎn)品也能準(zhǔn)確進(jìn)行血管分割。

  根據(jù)臨床應(yīng)用數(shù)據(jù),脈影產(chǎn)品測(cè)量FFR值的準(zhǔn)確率達(dá)90%,而且對(duì)于FFR灰區(qū)(即FFR在0.75-0.80之間)的患者計(jì)算的準(zhǔn)確率較高。

  基于3D建模和流體力學(xué)仿真兩方面技術(shù),閱影科技仍在不斷開發(fā)新產(chǎn)品,將心腦血管形態(tài)學(xué)和功能學(xué)信息整合起來(lái)。新產(chǎn)品將不止能夠判斷血管狹窄率、血流情況,還能反映血管周圍斑塊及其結(jié)構(gòu)組成。

  “先有靶子再拿槍”,擴(kuò)展心臟、顱內(nèi)兩大產(chǎn)品線

  閱影科技錨定血管影像領(lǐng)域,主要研發(fā)診斷輔助、診斷決策類產(chǎn)品。

  公司共有兩條產(chǎn)品線。一條是研發(fā)心臟科影像診斷產(chǎn)品,如冠脈形態(tài)學(xué)的分析平臺(tái)、結(jié)構(gòu)性心臟病的診斷及術(shù)前規(guī)劃、房顫射頻消融術(shù)前的規(guī)劃。另一條是開發(fā)顱內(nèi)功能學(xué)診斷產(chǎn)品,不只針對(duì)顱內(nèi)動(dòng)脈,還有顱內(nèi)的多模態(tài)影像融合。

  在產(chǎn)品布局上,閱影科技精準(zhǔn)把握臨床需求,“先有靶子再拿槍”,專注于心腦血管領(lǐng)域的縱深發(fā)展。正是看到了心腦血管疾病的危急性、重要性,閱影科技才將重心放在心腦血管影像領(lǐng)域。下一步,公司計(jì)劃將業(yè)務(wù)拓展至外周血管領(lǐng)域。

  在發(fā)展過(guò)程中,閱影科技與北大三院、阜外醫(yī)院、安貞醫(yī)院達(dá)成合作,共同開展脈影CT-FFR產(chǎn)品的臨床試驗(yàn),同時(shí)將宣武醫(yī)院、復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院作為顱影產(chǎn)品落地的中心。在海外市場(chǎng),公司與斯坦福醫(yī)學(xué)院的心內(nèi)科、約翰·霍普金斯大學(xué)親密合作,共同開展公司在全球范圍內(nèi)的多中心臨床試驗(yàn)。

  未來(lái),閱影科技希望通過(guò)心腦血管產(chǎn)品的串聯(lián),搭建一個(gè)心腦血管輔助診斷和決策平臺(tái),真正替代醫(yī)生現(xiàn)有的診療手段。

標(biāo)簽: 人工智能

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