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    從癌癥早篩到病情追蹤,AI是如何改變醫(yī)療影像的?

    極客網(wǎng)·極客觀察11月16日 連切口都不需要醫(yī)生就可以深入人體內(nèi)部,聽起來是不是有點(diǎn)不可思議?放射學(xué)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)已經(jīng)有了長足的進(jìn)步,在AI的加持下它又向前跨進(jìn)一大步。用AI和機(jī)器學(xué)習(xí)強(qiáng)大的計(jì)算力掃描人體,尋找人眼可能會(huì)忽視的細(xì)微差異,這是目前醫(yī)學(xué)界正在做的事。

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    現(xiàn)在的醫(yī)學(xué)成像涉及到一系列復(fù)雜的技術(shù),它分析每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),從健康中找到疾病,從噪音中找到信號(hào)。在放射學(xué)發(fā)展的最初幾十年里,研究人員的主要任務(wù)是提高身體照片的分辨率,隨后幾十年的任務(wù)是解釋數(shù)據(jù),確保沒有遺漏。

    最開始時(shí)成像技術(shù)的首要任務(wù)是診斷醫(yī)療狀況,現(xiàn)在成像技術(shù)慢慢成為治療的重要部分,尤其是在癌癥領(lǐng)域。醫(yī)生們研究圖像,讓影像協(xié)助自己監(jiān)測(cè)癌細(xì)胞擴(kuò)散,這樣就能更快更好地知道治療是否有效。影像開始扮演新角色,治療病人的方式有了變化,醫(yī)生獲取的信息更豐富,他們能為病人選擇更好的治療方式。

    德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心副教授Basak Dogan說:“未來5年內(nèi)我們將會(huì)看到功能性影像成為治療的一部分?,F(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)影像無法回答真正的臨床問題,病人希望治療能有更高的精準(zhǔn)度,這樣他們能根據(jù)更豐富的信息做出更好的決定,功能性技術(shù)能幫到他們?!?/p>

    早早診斷

    充分利用影像,盡可能自動(dòng)閱讀,節(jié)省放射科醫(yī)生寶貴的時(shí)間,這是大多影像碰到的第一個(gè)障礙,不管是X射線、CT掃描、MRI還是超聲波都一樣。此時(shí)計(jì)算機(jī)輔助算法能發(fā)揮作用,用強(qiáng)大的算力訓(xùn)練計(jì)算機(jī),讓它區(qū)分異常和正常,這是眼下正在進(jìn)行的工作。

    多年來軟件專家一直在與放射線醫(yī)生攜手合作,分析大量正常和不正常影像,醫(yī)生將結(jié)果輸入計(jì)算機(jī)程序,讓計(jì)算機(jī)不斷學(xué)習(xí),最終讓它可以區(qū)分異常。比較的影像越多,學(xué)得越多,AI的區(qū)分能力就會(huì)越強(qiáng)。

    FDA已經(jīng)批準(zhǔn)一種影像算法,它的精準(zhǔn)度高達(dá)80-90%。盡管如此,F(xiàn)DA仍然提出要求,即使機(jī)器學(xué)習(xí)算法有所發(fā)現(xiàn),最終還是要由人來裁決。AI可以將發(fā)現(xiàn)的疑點(diǎn)標(biāo)記出來,讓醫(yī)生審查,這樣醫(yī)生就能為病人更快提供答案。

    在麻省總醫(yī)院(Mass General Brigham),醫(yī)院們用大約50種算法協(xié)助治療,從檢測(cè)動(dòng)脈瘤和癌癥到發(fā)現(xiàn)栓塞和中風(fēng)癥狀。當(dāng)中一半算法獲得FDA批準(zhǔn),其它還在測(cè)試。

    總醫(yī)院放射科首席數(shù)據(jù)科學(xué)官、副主席Keith Dreyer說:“我們的目標(biāo)是早早發(fā)現(xiàn)疾病。有時(shí)人類醫(yī)生要花好幾天才能精準(zhǔn)診斷,計(jì)算機(jī)不一樣,它不眠不休。如果計(jì)算機(jī)能做到準(zhǔn)確診斷,治病就會(huì)更快一些。”

    更好地追蹤病人

    將AI整合到醫(yī)療,計(jì)算機(jī)輔助篩查是第一步,機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)成為監(jiān)測(cè)病人、追蹤細(xì)微變化的重要工具。這些技術(shù)對(duì)癌癥治療極為重要,醫(yī)生要判斷癌細(xì)胞在增長還是在縮減,或者保持不變,這對(duì)于決定如何治療很重要。

    Dogan說:“病人正在做化療,癌細(xì)胞發(fā)生了什么?我們很難理解?;熃Y(jié)束之前標(biāo)準(zhǔn)影像技術(shù)無法偵測(cè)到任何變化,整個(gè)過程可能持續(xù)幾個(gè)月,要幾個(gè)月才能看到收縮?!?/p>

    有了AI影像,我們可以發(fā)現(xiàn)那些與尺寸和解剖學(xué)無關(guān)的癌細(xì)胞變化。Dogan補(bǔ)充道:“在化療早期,癌細(xì)胞的變化大多還沒有到細(xì)胞死亡的程度。變化存在于免疫細(xì)胞和癌細(xì)胞之間的修改性交互?!?/p>

    許多情況下癌細(xì)胞并沒有從外向內(nèi)以預(yù)測(cè)的方式收縮,相反,腫瘤內(nèi)的小塊癌細(xì)胞可能會(huì)死亡,其它繼續(xù)生存,使整個(gè)腫塊變得坑坑洼洼,如同被蟲咬過的毛衣。因?yàn)榧?xì)胞死亡往往與炎癥聯(lián)系在一起,所以有時(shí)癌細(xì)胞的尺寸還在擴(kuò)大,但癌細(xì)胞數(shù)量并不一定在增加。標(biāo)準(zhǔn)影像無法告訴我們有多少癌細(xì)胞還活著,有多少已經(jīng)死亡。最常用的乳腺癌成像技術(shù)是乳房X線和超聲波,它們只是用來尋找解剖特性。

    在德克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心,Dogan用兩種影像技術(shù)追蹤乳腺癌病人的功能性變化。

    第一種,病人每做一個(gè)周期的化療,她就給病人拍照,通過注射微氣泡來查看癌細(xì)胞周圍的細(xì)微壓力變化。超聲波能發(fā)現(xiàn)氣泡壓力的變化,氣泡會(huì)聚攏在癌細(xì)胞周圍;與其它組織相比,增長的癌細(xì)胞會(huì)有更多血管支持其擴(kuò)張。

    在另一項(xiàng)研究中,Dogan測(cè)試光聲成像技術(shù),它將光轉(zhuǎn)化為聲音信號(hào)。用激光照射乳腺組織,引起細(xì)胞振蕩,這樣就能形成可以捕捉和分析的聲波。光聲成像技術(shù)可以用來判斷癌細(xì)胞的含氧量,在增長時(shí)癌細(xì)胞相比普通細(xì)胞需要更多的氧。分析聲音的變化,就可以知道哪部分癌細(xì)胞正在增長,哪部分沒有增長。

    Dogan說:“通過分析癌細(xì)胞圖像,我們能知道哪部分最有可能轉(zhuǎn)移到淋巴結(jié)。臨床醫(yī)生無法告訴你哪部分癌細(xì)胞會(huì)擴(kuò)散到淋巴結(jié)。有了光聲技術(shù),我們可以早早發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞擴(kuò)散跡象,此時(shí)這種跡象還沒有在掃描中顯現(xiàn),不需要侵入式活檢就能發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散?!?/p>

    發(fā)現(xiàn)人類看不見的異常

    Dreyer說,當(dāng)我們有了足夠的數(shù)據(jù)和圖像,算法就可以發(fā)現(xiàn)人類發(fā)現(xiàn)不了的畸變。他的團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種算法,這種算法可以測(cè)量人體中的生物標(biāo)記,將指標(biāo)的變化標(biāo)出來,告訴某人他可能有中風(fēng)、骨折或者有心臟病風(fēng)險(xiǎn)。

    Dreyer認(rèn)為該技術(shù)是醫(yī)學(xué)成像的“圣杯”,雖然現(xiàn)在還不成熟,但它可以給AI醫(yī)療帶來變革。

    當(dāng)AI模型越來越多,最終AI成像可以在家里幫到病人。某一天,我們也許可以通過智能手機(jī)App獲得超聲波成像信息。

    Dreyer說:“AI給醫(yī)療保健帶來的真正變化是它能向民眾提供多種解決方案,在民眾變成病人之前提供,這樣民眾就能保持健康?!?/p>

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    2022-11-16
    從癌癥早篩到病情追蹤,AI是如何改變醫(yī)療影像的?
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