AI增强早期健康问题检测 - 神经科学新闻

摘要：Penn AInSights，一种基于人工智能的成像系统，通过创建内部器官的精确3D视图来增强放射学，从而能够早期检测如脂肪肝和糖尿病等健康问题。通过每月分析2000份扫描图像，它帮助临床医生筛查超出其主要关注范围的病症。

该系统与其现有工作流程的无缝集成及其成本效益使其在医疗保健领域成为变革者，通过早期干预有可能延长生命。

关键事实:

• Penn AInSights帮助在常规CT扫描中筛查多个器官。
• 系统每月分析2000例腹部和胸部扫描。
• 它每次扫描只需2.8分钟即可提供结果，提高了患者护理质量。

源:宾夕法尼亚大学

我们对人工智能的想象是宏大而雄心勃勃的。虽然有很多悲观的题材，流行文化中也有很多充满希望的例子，展示了我们认为人工智能能够带给我们的东西，从可以治愈孤独的操作系统到可以推动人类生理极限的助手。

也许最著名的虚构人工智能是Roy Batty——一个无比强大的士兵机器人（或在《银翼杀手》电影中被称为“复制人”）。使这个角色经久不衰的，与其超人的能力无关，更多的是因为他与我们最基本的愿望更加接近：活着，并且活得更久。

目前，许多消费者AI工具未能达到科幻作品中所设想的潜力。然而，在医学领域，宾夕法尼亚医药广泛使用的一个AI程序可以为我们提供一些巴蒂最渴望的生命维持帮助。

最近，由人工智能引导的成像系统Penn AInSights因其在放射学领域的贡献而被评为CIO 100获奖者。该系统有助于创建内部器官更精确的三维视图。

该程序本质上是一种临床支持工具，供医生使用，允许他们查看人们的肝脏、脾脏、肾脏等器官的图像，以确定这些器官是否有任何可能缩短寿命的异常特征。

凭借对患者是否出现了如脂肪肝疾病、糖尿病预警信号或肾脏可能衰竭的确切了解，宾夕法尼亚医学的临床工作人员可以比以往更早、更有效地帮助患者，从而有可能为他们的生命增加几年的时间。

正常或异常？

“当你观察肝脏时会问自己，‘好吧，这正常吗？’”查尔斯·卡恩博士说道，他是宾夕法尼亚大学佩雷尔曼医学院放射学教授。

“你用眼睛估量一下，再通过一些测量来判断它大小。这有点像当你看一个人时，会想他们是否适合打篮球或参加贝尔黑斯特赛马会上的骑师比赛。但有时候，并不像看上去那么简单。”

从最初的X射线开始，放射成像必然涉及将二维图像与身体部位在物理现实中所占的空间相协调。对于三维物体而言，长度和宽度的测量可能不是判断“大”或“小”的完美指标。

“如果脾脏长度超过13厘米，就认为它是大的，”卡恩说。“所以如果你的脾脏形状像一根热狗，长度达到15厘米，那就会被认为是肿大。但实际上它的体积可能很小。”

那就是AInSights展现其价值的地方。

经过数千张图像的训练，该程序能够快速分析大量影像，并有效构建器官的数字3D模型。在此基础上，它可以在临床医生每天使用的技术工具中标识出潜在问题。

在被带到临床医生手中进行微调以服务于患者群体之前，AInSights已经在宾夕法尼亚医学中心建立并经过彻底测试。它最初是利用研究人员收集的图像开发出来的，并且与熟悉医生如何使用技术进行诊断和治疗的宾夕法尼亚医学中心信息技术团队合作构建。

“这个项目的真正价值在于拥有一个从研发到临床应用的端到端开发流程，这是信息服务、研究和临床团队成功合作的一次。”Penn Medicine 信息服务部门（IS）的应用经理Ameena Elahi（MPA, RT(R), CIIP）说道。

AInSights特别有效，是因为其他产品存在不足。

“你环顾四周，会发现无数的供应商在销售AI解决方案，其中绝大多数集中在放射学领域，”放射学副教授沃尔特·维茨谢博士说道，他参与构建了AInSights项目，并且与该项目进行过研究合作。

“但是尽管有这个数字以及医学界对人工智能的巨大兴趣，由于供应商忽视了简单的集成问题，这些技术实际上并未在医院中广泛采用。”

常规的放射影像解读临床路径是这样的：影像被拍摄后，由放射科医生手动审查，然后写入报告。AInSights作为一个支持工具被设计出来，在现有的基础设施之上隐形运行，并无缝地融入这一过程——同时改进它。

“该模型会查看图像，生成AI标注，并量化其观察到的特征——这些信息会被提供给放射科医生，全部自动完成，”Witschey说道。

构建这个程序的过程花了几年时间，但该程序得到了指数级的改进，并且现在被宾州医学用于每月分析大约2000份腹部或胸部扫描图像。

“我们刚开始测试时，实际上花了一个小时才得到最终产品，”Elahi回忆道。“然后很快我们就把它缩短到了大约10分钟。之后，我们进一步压缩了时间，使之真正变得临床实用。”

一个医学影像信息学杂志7月发表的一篇论文（由Elahi、Kahn、Witschey等人合著）显示，腹部CT扫描的“周转时间”仅为2.8分钟。

扩大机会

卡恩表示，借助这种技术，临床医生能够进行一些“机会性筛查”。例如，在做CT扫描监测肾脏状况时，也可以同时对患者的肝脏、脾脏、胰腺以及肺底进行检查，以发现任何额外的问题。

人类放射科医生显然会主要关注肾脏，但人工智能可以标记其他任何值得注意的部位。

“你在查看的400到500张图片中包含了很多信息，”凯恩说。“其中有些东西是肉眼无法察觉的，所以拥有这些工具真的很有帮助。”

这使得临床医生能够及时发现那些可能在不知不觉中恶化并最终成为严重问题的病症。

例如，Witschey表示，该程序通过扫描像素级别的图像数据，可以找到诸如肝脏脂肪含量等成像特征之间的模式，并且能够创建一个预测指标来判断一个人是否患有糖尿病，而无需借助传统的糖尿病检测面板。这使得为这些患者推荐后续诊断测试变得更加容易。

此外，一个将AInSights从腹部应用到大脑的项目正在帮助放射科医生搜索痴呆症（如阿尔茨海默病），由于成像中变化非常细微，这一过程颇具挑战性。

“Ilya Nasrallah博士说：‘我们可以测量大脑各部分的大小，并将其与大量正常脑部成像的人的大数据库进行比较，以查看哪些大脑区域发生了变化以及可能的脑体积损失有多严重。’他是放射学副教授，负责在部门内实施人工智能工具。”

“我们预计这将增强我们在痴呆症筛查中的评估过程，并为管理该状况提供信息。”

对于AInSights而言，特别重要的是宾夕法尼亚医学生物库。Kahn表示，已有超过4万人的全基因组测序存储在该生物库中，并且有数以万计的人的数据附带有影像资料。

“这真的有助于我们分析出所谓的‘影像表型’，我们可以尝试将这些与个人的基因信息联系起来，”Kahn说。

这一切都是为了创建一个系统，能够帮助临床医生快速而轻松地判断“什么是正常的，什么不是”，然后决定最有效的行动方案。

“我们希望开发一些简单的东西，比如用于脾脏体积的‘诺模图’，这将使我们能够查看我们的患者群体，并说：‘对于一个33岁的女性来说，这个脾脏是正常的，但对于一个70岁的男性患者来说，这就不太对了。’”

未来

最终，希望AInSights能够用于宾夕法尼亚医学中心进行的所有影像检查，包括癌症、神经肌肉退行性疾病和心血管疾病的影像检查。

目前而言，AInSights 的运行成本非常低：每位患者不到一美元，在这家大型医疗系统中，每月的总成本大约为 700 美元，该系统接待了大量的病人。

这使得它甚至在宾夕法尼亚医学界之外也具有吸引力。

“我们已经讨论过将这一技术引入发展中国家的问题，在这些国家人工智能的支持将会极其宝贵，”Witschey说。

拥有这样一个强大的系统也允许更多的公共卫生应用。Kahn表示，他们计划研究按邮政编码分布的“未被识别的肾脏疾病”，以便更好地根据健康的社会决定因素来绘制漏诊情况的地图。这是进一步揭示曾经未被发现的问题的一个步骤。

在《银翼杀手》的一个场景中，Roy Batty 遇到了制造他人工眼睛的人。Batty 的角色深受自己所见的广度和奇妙景象的驱使，这些景象远远超出了大多数乃至所有自然人眼所能见到的范围。

他对制造商说：“要是你能用你自己的眼睛看到我所见到的一切就好了。”

凭借AInSights，宾大医学团队现在可以做到。

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作者：弗兰克·奥托
来源: 宾夕法尼亚大学
联系人：弗兰克·奥托 – 宾夕法尼亚大学
图片：图片来自Neuroscience News