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    AI+醫療器械的"魔法":更準確、更效率、更能保護隱私

    2022-07-13 14:50 至頂網軟件與服務頻道
    關鍵詞:AI醫療物聯網

    導讀:?AI硬件與軟件的最新發展,正在徹底改變醫療器械的開發思路,全面重塑實時處理、預測與可視化醫療數據等細分應用領域。如今,AI已經入駐350多種FDA獲批醫療器械,并在更多醫療保健場景中為節本增效貢獻力量。

    AI硬件與軟件的最新發展,正在徹底改變醫療器械的開發思路,全面重塑實時處理、預測與可視化醫療數據等細分應用領域。如今,AI已經入駐350多種FDA獲批醫療器械,并在更多醫療保健場景中為節本增效貢獻力量。

    Kimberly Powell

    英偉達醫療保健副總裁Kimberly Powell在采訪中表示,“現在,我們可以將AI引入醫療器械,「魔法」的火花也由此迸發?!?/p>

    例如,Caption Health開發出一款超聲系統,能夠使用AI技術為操作者提供超聲圖像的指導與解釋建議。這些寶貴的指導意見,成功讓超聲檢查不再是少數專業醫師的專利,而成為更多醫護人員可以直接使用的普適性工具。只要選定相應掃描類型,系統就會引導操作者獲取高質量圖像,包括使用方向鍵控制探頭的移動方向。

    Powell表示,“只要持續利用計算機視覺技術處理傳入的探測數據,我們就能生成準確可靠的指導建議。人體的解剖結構有著很強的規律性,所以探頭在特定區域內接近需要測量的目標時,就能自動完成測量工作?!?/p>

    Caption Health的超聲系統引導系統讓那些非醫學影像專業出身的醫護人員,也能了解該讓探頭移動到哪里、如何拍攝最佳照片。

    Caption Haelth的引導超聲系統以AI技術為基礎,采用一套包含750萬個參數的卷積神經網絡。

    這也是首款獲得FDA批準的同類系統。更重要的是,它的物體尺寸很小,可以隨意在醫院之內移來挪去。而且由于使用門檻更低,它能在特定醫療現場或超聲科醫師人手不足的場景下,及時為病患提供幫助。

    Powell指出,“我們現在已經擁有強大的計算架構,完全可以在這款醫療設備內部執行大量AI任務,借此完善用戶體驗、幫助他們從數據中捕捉準確可靠的信息洞見?!?/p>

    AI還有助于核磁共振(MRI)與CT掃描設備的小型化改造。目前的MRI設備往往需要塞滿整個房間,而Hyperfine則開發出一款由AI支持的便攜式MRI機,能夠在醫院內靈活移動,甚至直接前往病人的床邊或手術室。這套名為Swoop同樣獲得了FDA批準,并已用于為加拿大偏遠地區的患者提供服務。

    Hyperfine Swoop便攜式MRI掃描儀在患者床邊運行。

    在這套系統中,AI技術可以校正噪聲圖像,確保便攜式MRI掃描儀也能提供令人滿意的檢測結果。換言之,憑借著AI對于圖像保真度的有力支持,較低的場景強與傳感器質量也能給出可靠的診斷結論。在Powell看來,這項技術跟手機上的美顏濾鏡頗有相似之處。手機美顏可以讓照片中的皮膚看起來更順滑,而Swoop則能通過噪聲校正讓醫學影像看起來更清晰。

    Powell還提到,AI正在徹底改變外科手術的方式,扭轉外科醫師只能通過攝像頭觀察人體的傳統微創手術操作。

    她強調,“我們可以在相機視圖上添加很多強大的信息——比如不要切斷這根血管,那里的解剖結構如何等等。這些提示信息將幫助醫師確定手術方位,并通過模擬環境為醫師提供訓練支持,讓他們快速理解自己需要執行哪些操作、怎樣選擇施術路線?!?/p>

    患者隱私

    有朋友可能會問,AI會不會反而增強了圖像中的噪聲,顯現出某些實際上并不存在的東西?

    Powell坦言,發生誤報的可能性雖然存在,但新型AI設備與任何其他醫療器械一樣,都需要經歷嚴格的監管流程(包括臨床試驗)。

    “從質量保證和監管的角度來看,這些設備都需要經歷同樣的盡職調查、經歷臨床試驗階段,并提供能夠安全參與治療的證據。FDA及其他監管機構一直非常嚴厲,要求方案必須完全按照預期方式執行每一步操作?!?/p>

    目前,FDA已經批準超過350種搭載有AI功能的醫療設備。Powell提到,還有更多應用程序雖然游離于監管路徑之外,但同樣能夠幫助醫療機構提高運營效率,而且已經有數千種得到實際使用。

    在她看來,“如果完全依靠人工操作,那么醫學圖像從捕捉到獲取的整個流程將對應巨大的工作量,不僅非常耗時、也很可能帶來潛在錯誤。但從另一個角度看,其中的效率提升空間也同樣巨大。這項工作的本質,就是為醫師提供信息,再由對方判斷是否接受?!?/p>

    與現有計算機視覺技術一樣,無論從哪里捕捉患者圖像,隱私問題都必須得到解決。相對較好的方法,就是在設備內部執行AI,而無需將圖像傳輸至云端處理。

    Powell指出,“事實上,患者數據的數字化進程已經持續了20年。所以問題可以歸結為,數據是如何流動的、又有哪些人可以訪問這些數據?要想保障萬全,必須制定適當法規,同時嚴格關注業務數據協議等制度,嚴守從數據供應方到數據接收方的各個環節?!?/p>

    Powell認為,對于AI輔助機器人手術這類場景,體內拍攝的圖像其實無法用于識別患者身份。Clara Holoscan的系統中還包含去身份步驟,例如自動刪除包含皮膚與毛發的圖像(可能被用于識別患者身份)??傊?,這類圖像在機器人醫生手中并不存在被濫用的可能性。

    AI能夠在微創手術中為外科醫生提供指導和建議。

    “這當然需要患者們給予信任,但我認為大家最終會逐漸習慣攝像機在診療過程中的陪伴?!盤owell還補充道,就連現在的智能門鈴都在使用云端AI處理視頻片段,“而且根據我對各企業合作方的了解,去身份化已經是他們開發AI方案時的首要考量事項?!?/p>

    開發限制

    那么,在如今的醫療設備中使用AI技術還面臨著哪些限制?Powell提出了三大關鍵領域,其一是功能強大的計算平臺。只有具備這樣的平臺,才能實時處理復雜的AI模型,而無需將數據發送至云端。也正因為如此,英偉達才著力開發出Clara Holoscan系統。

    Clara Holoscan是英偉達的三大機器人平臺之一(另外兩種分別是用于自動駕駛汽車的Drive,和用于在人類環境下運行機器人的Isaac)。它采用英偉達Jetson AGX Orin硬件,并配合專為醫療設備量身定制的軟件。

    Powell表示,“之所以稱其為機器人平臺,是因為它的目標就是創造出實時智能食品?!蔽磥淼臋C器人也許能夠無需任何幫助就進行手術,甚至以后的X光機或醫用顯微鏡也將具備一定智能,進而被歸入機器人行列。所以沒準會出現專職機器人放射科醫師或科學家,負責查看醫學影像中是否存在體征異常。

    英偉達的Clara Holoscan平臺可用于設計任何帶有傳感器的AI醫療設備,包括內窺鏡、MRI設備等。

    Clara Holoscan能夠對接任何類型的醫療傳感器——包括超聲波、內窺鏡乃至CT機,并實時完成強大的AI計算。其他醫療專屬功能還包括高速I/O,醫學物理、醫學影像與醫學數據的AI處理,以及3D圖形渲染加速。

    Powell強調,“在這類場景下,實時的最大意義其實是幫助人機回圈中的「人」更好地完成工作。不僅如此,Clara Holoscan還為醫療設備真正開啟了新時代的大門?!?/p>

    Powell提到,以往醫療設備的質保期可能長達10年。借助英偉達平臺,醫院可以根據需求創建并上傳新的AI算法,讓設備始終保持高智能水平。再配合空中更新模式,結果就是醫療設備制造商有望將商業模式轉向“軟件即服務”的新層次。

    Powell解釋道,“現在他們相當于擁有一套計算平臺,不僅具備很強的AI執行能力,還可以運行各類實時應用、實現遠程更新。這就像是把云功能引入了醫療設備,降低新應用的部署門檻,而且這些傳感器的功能每一周都在增強。從經濟效益的角度看,這無疑代表著令人振奮的光明前景?!?/p>

    訓練數據

    阻礙AI在醫療設備中馳騁的另一大難題,就是可用于訓練醫療AI的數據集實在有限。這個問題在罕見病領域體現得尤其明顯。為了攻克難關,英偉達與倫敦國王學院最近宣布將使用

    Cambridge-1超級計算機創建一套包含10萬份大腦合成圖像的數據集,借此訓練AI應用以加快對于癡呆癥、帕金森氏癥及其他腦部疾病的理解。所謂合成圖像,就是由AI生成的圖像素材,相當于利用更多AI解決素材短缺問題。

    無論是女性、年輕群體還是患有特定疾病的人群,AI都能為這些代表性不足的受眾創建大腦圖像。研究團隊還打算進一步將覆蓋范圍延伸至人體解剖學中的一切醫學成像領域(包括MRI、PET掃描、X光片等)。

    最后一個限制因素,則是醫療AI算法的開發。為此,英偉達構建起一套名為MONAI的醫療專用AI框架。MONAI中包含標記數據、創建合成數據、訓練模型、在現實世界中驗證模型所需要的全部工具,可以對接Clara Holoscan平臺以完成部署。這套開源平臺還專門針對醫學影像的特殊格式、分辨率及元數據進行了優化。

    Powell表示,“以往,只有那些財力雄厚、聲名顯赫的AI實驗室才能從事這方面研究。而我們希望推動這種能力的大眾化普及?!泵慨斢行碌尼t學論文發表,相關成果都會被快速納入MONAI當中。

    “我們把學術成果直接納入這套開源科學框架,希望加快相關病癥的攻克速度。也正因為如此,我們的創新步伐才如此之快。正是由于AI社區始終堅持建設一個開放、科學、創新的世界,AI技術才得以踏上大眾化進程,以更安全、更富有成效的方式回報整個社會。


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