2017年，醫(yī)學(xué)圖像與人工智能的結(jié)合成為了行業(yè)發(fā)展的熱點(diǎn)，尤其是在A(yíng)I與放射圖像的結(jié)合，大公司和創(chuàng)業(yè)公司都取得了大量成果，很多產(chǎn)品已經(jīng)在臨床上進(jìn)行試驗(yàn)。
其實(shí)除了放射圖像，人工智能在超聲領(lǐng)域的應(yīng)用也受到行業(yè)的重視。
動(dòng)脈網(wǎng)了解到，全球每年在超聲醫(yī)療設(shè)備上的花費(fèi)超過(guò)60億美元。超聲影像檢查以其檢查無(wú)創(chuàng)性、影像實(shí)時(shí)獲取、沒(méi)有已知副作用等優(yōu)點(diǎn)而受到廣泛應(yīng)用。然而，超聲診斷技術(shù)的良莠不齊以及基層優(yōu)秀醫(yī)師的缺乏，限制了超聲設(shè)備的普及和應(yīng)用。
隨著人工智能技術(shù)的突破，超聲輔助診斷系統(tǒng)將幫助提高超聲診斷水平，加速超聲的設(shè)備的發(fā)展。
但是實(shí)現(xiàn)超聲波掃描影像的人工智能診斷，比單純的醫(yī)療圖像識(shí)別需要投入更多的研究，處理起來(lái)也麻煩得多。因?yàn)槌暡ǔ上窬哂袆?dòng)態(tài)特性，在用深度學(xué)習(xí)方法對(duì)一份資料進(jìn)行智能醫(yī)學(xué)判斷的時(shí)候，相當(dāng)于是從視頻當(dāng)中分析超聲波影像的特點(diǎn)。
超聲輔助診斷為何收到重視？其原理又是什么？市場(chǎng)有那些玩家？發(fā)展難點(diǎn)又在哪里？
超聲診斷原理
醫(yī)學(xué)超聲波檢查作為一種常規(guī)的檢查手段，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在臨床。它的工作原理與聲納有一定的相似性，即將超聲波發(fā)射到人體內(nèi)，當(dāng)它在體內(nèi)遇到界面時(shí)會(huì)發(fā)生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減。
因?yàn)槿梭w各種組織的形態(tài)與結(jié)構(gòu)是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫(yī)生們正是通過(guò)儀器所反映出的波型、曲線(xiàn)，或影象的特征來(lái)辨別它們。
超聲診斷儀在臨床上應(yīng)用最廣的是B型超聲和D型超聲，即人們通常所說(shuō)的B超和多普勒超聲。由于超聲具有無(wú)創(chuàng)、高靈敏度、應(yīng)用面廣、低成本和操作方便等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于臨床診斷，尤其是胸部臟器、心臟、眼科和婦產(chǎn)科的診斷。
超聲+AI受到重視的2點(diǎn)理由
AI+超聲適合分級(jí)診療
目前，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程醫(yī)療因?yàn)槠淇焖?、方便等?yōu)點(diǎn)成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。遠(yuǎn)程醫(yī)療固然有其優(yōu)點(diǎn)，但鑒于超聲對(duì)醫(yī)生個(gè)人操作能力的依賴(lài)，目前的遠(yuǎn)程醫(yī)療運(yùn)行模式難以滿(mǎn)足臨床工作需求。
相較于磁共振、CT和心電圖等檢查結(jié)果，超聲影像大多是依靠醫(yī)生采集的不同切面的動(dòng)態(tài)圖像進(jìn)行診斷的，對(duì)超聲醫(yī)生個(gè)人的操作技術(shù)水平要求比較高。同一個(gè)病變，不同醫(yī)生的手法、切面、儀器調(diào)節(jié)、經(jīng)驗(yàn)不同，得出的診斷檢查結(jié)果也許就不一樣。
遠(yuǎn)程醫(yī)療在很大程度上解決了優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源分布不平衡的問(wèn)題，但由于超聲醫(yī)學(xué)的特殊性，在沒(méi)有規(guī)范化的統(tǒng)一的超聲圖像采集、圖像質(zhì)量控制、傳輸標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)之前，現(xiàn)階段超聲醫(yī)學(xué)診斷尚不具備大規(guī)模遠(yuǎn)程醫(yī)療臨床應(yīng)用的條件。
所以，通過(guò)輔助診斷系統(tǒng)幫助基層醫(yī)生解決實(shí)時(shí)診斷的問(wèn)題，可能是緩解基層醫(yī)療專(zhuān)家短缺的一種方法。
市場(chǎng)規(guī)模足夠大
根據(jù)IHS統(tǒng)計(jì)，2014年，全球醫(yī)用超聲診斷設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)62億美元左右，預(yù)計(jì)2019年，規(guī)模將達(dá)74億美元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為3.6%。
2014年，中國(guó)超聲診斷設(shè)備市場(chǎng)已達(dá)69億元。隨著剛性需求釋放、升級(jí)換代、政策紅利持續(xù)推進(jìn)，中國(guó)超聲設(shè)備市場(chǎng)還將快速增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)2019年，中國(guó)醫(yī)用超聲診斷設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)91億元，年均復(fù)合增長(zhǎng)率5.7%。
近幾年，人們對(duì)健康的關(guān)注，促使體檢行業(yè)飛速發(fā)展。相較于CT、MRI等放射檢查，健康人群或者亞健康人群選擇使用無(wú)創(chuàng)、無(wú)輻射的超聲檢查做初步檢查是首要選擇，這必將促使超聲設(shè)備市場(chǎng)和超聲診斷次數(shù)的不斷增加，醫(yī)生的工作壓力也隨之增加，輔助診斷系統(tǒng)的出現(xiàn)將緩解這一現(xiàn)狀。
識(shí)別原理
面對(duì)超聲這種動(dòng)態(tài)的圖像，每個(gè)公司造機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上有自己的研發(fā)思路。
美國(guó)創(chuàng)業(yè)公司Bay Labs
美國(guó)創(chuàng)業(yè)公司Bay Labs應(yīng)對(duì)辦法：他們用智能視頻分析的辦法，能夠?qū)σ粋€(gè)超聲掃描視頻進(jìn)行細(xì)化研究，并且為用戶(hù)建模，關(guān)注每一份超聲資料的特殊性，使超聲波成像技術(shù)在影像獲取和編輯、病情分析的全過(guò)程都得到極大的簡(jiǎn)化。
超過(guò)百億規(guī)模，各類(lèi)AI企業(yè)爭(zhēng)相布局，超聲+AI為什么成為了香饃饃？
三星醫(yī)療的乳腺病變分析系統(tǒng)
三星醫(yī)療的旗艦設(shè)備RS80A搭載的S-Detect功能就采用了深度學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)乳腺病變分析，使超聲診斷成像更快速、更高效。
S-Detect依靠對(duì)乳腺檢查病例的大數(shù)據(jù)分析（10000萬(wàn)份訓(xùn)練數(shù)據(jù)）得出的病變特征為基礎(chǔ)，為臨床檢查選定圖像提供良惡性的判別建議。
S-Detect具有三種模式，用戶(hù)可以根據(jù)自己要求設(shè)定自動(dòng)識(shí)別的敏感度和特異性。目的是幫助醫(yī)生做出更準(zhǔn)確的診斷，同時(shí)改善工作流程，減少重復(fù)操作。
RS80A超聲診斷系統(tǒng)將美國(guó)放射學(xué)會(huì)BI-RADS評(píng)分作為對(duì)可疑乳腺病變進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分析歸類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)。
三星RS80A首席開(kāi)發(fā)工程師，S-Detect技術(shù)研發(fā)負(fù)責(zé)人宋永慶博士和樸文浩博士表示：
S-Detect采用了為乳腺定制的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。當(dāng)用戶(hù)選定了種子點(diǎn)后，軟件將對(duì)所有導(dǎo)入的圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理以利于對(duì)不同形狀病變進(jìn)行更好的識(shí)別，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)病變的自動(dòng)分類(lèi)。
這種圖像轉(zhuǎn)換包含幾個(gè)重要步驟比如移位、調(diào)整大小、扭曲，轉(zhuǎn)換后被收錄在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)定制層中。
另外，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有能力自己學(xué)習(xí)大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的分類(lèi)，這是卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法相比的最大優(yōu)勢(shì)。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由很多卷積層組成，導(dǎo)入的圖像在特定層內(nèi)可以自動(dòng)解析出一些有涵義的特征。
然后這些圖像特征將在較深的層內(nèi)進(jìn)行整合。在卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的末端會(huì)加入一個(gè)可被學(xué)習(xí)掌握的分類(lèi)器，因此系統(tǒng)不再需要研發(fā)人員設(shè)計(jì)手工特性，而是在學(xué)習(xí)過(guò)程中由卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從數(shù)據(jù)中提取最佳的特性用于分類(lèi)。這正是三星醫(yī)療選擇卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別乳腺病變的原因。
德尚韻興甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性的輔助診斷系統(tǒng)
德尚韻興的首席科學(xué)家、浙江大學(xué)求是特聘教授孔德興表示，德尚韻興甲狀腺結(jié)節(jié)良惡性輔助診斷系統(tǒng)分為訓(xùn)練和打分兩部分。
訓(xùn)練原理依托于深度學(xué)習(xí)技術(shù)，利用兩萬(wàn)多份的有標(biāo)注結(jié)果的超聲影像樣本對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行訓(xùn)練。
傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)是人為定義特征的，比如結(jié)節(jié)的邊緣是否規(guī)則，回聲情況如何，還帶有醫(yī)生主觀(guān)的判斷標(biāo)準(zhǔn)。但是如果依托深度學(xué)習(xí)，就不需要這些人為的特征定義。
經(jīng)過(guò)標(biāo)注的樣本分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是良性的，一類(lèi)是惡性的。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)標(biāo)注情況分別分析提取良性和惡性各帶有的特征，而這個(gè)過(guò)程會(huì)比人眼觀(guān)察的更加細(xì)致。
訓(xùn)練完成后，德尚韻興把這套算法和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)打包為一個(gè)軟件，也就是打分系統(tǒng)，它可以部署到網(wǎng)上，還可以形成單機(jī)版，這部分是用普通的計(jì)算機(jī)運(yùn)行的，此時(shí)醫(yī)院就可以利用它來(lái)進(jìn)行輔助診斷了。
對(duì)于甲狀腺結(jié)節(jié)的診斷，目前三甲醫(yī)院醫(yī)生的平均準(zhǔn)確率為60%-70%，基層醫(yī)院會(huì)更加低一些。而德尚韻興輔助診斷系統(tǒng)目前準(zhǔn)確率可以達(dá)到85%以上。
10多家公司布局超聲+AI
與放射影像不同，并不是所有的醫(yī)療AI公司都開(kāi)展了AI+超聲領(lǐng)域的研究。據(jù)動(dòng)脈網(wǎng)不完全統(tǒng)計(jì)，參與此項(xiàng)研究的公司包括西門(mén)子、三星、和佳股份、邁瑞、推想科技、依圖醫(yī)療、創(chuàng)影醫(yī)學(xué)、飛醫(yī)諾、德尚韻興、超云、深圳綽曦互動(dòng)、Bay Labs等。
超過(guò)百億規(guī)模，各類(lèi)AI企業(yè)爭(zhēng)相布局，超聲+AI為什么成為了香饃饃？
這些公司有傳統(tǒng)的器械公司，也有創(chuàng)新性的醫(yī)療AI公司，他們紛紛布局這個(gè)行業(yè)。作為傳統(tǒng)器械公司，在器械智能化、便攜化的當(dāng)下，通過(guò)AI來(lái)打開(kāi)市場(chǎng)，提供競(jìng)爭(zhēng)力是一種不錯(cuò)的選擇。經(jīng)動(dòng)脈網(wǎng)了解，目前很多公司對(duì)于A(yíng)I+超聲的研究還在初級(jí)階段，距離行成落地產(chǎn)品還有一段距離。
還需解決的兩個(gè)困難
但是有些創(chuàng)新型的醫(yī)療AI公司并沒(méi)有涉足超聲。動(dòng)脈網(wǎng)從行業(yè)人士那里了解到，他們很看重超聲+AI這個(gè)領(lǐng)域，因?yàn)樗l次高，需求大，又有政策支持，是一個(gè)很好的領(lǐng)域。沒(méi)有涉足超聲+AI一方面是由于創(chuàng)業(yè)公司人力的問(wèn)題，另一方面是超聲本身的兩個(gè)問(wèn)題。
標(biāo)準(zhǔn)化程度不高。超聲科和放射科一樣也缺少優(yōu)秀的醫(yī)生，但是與放射科不同的是，超聲科最大的難點(diǎn)不在讀片子，而是如何正確的操作B超設(shè)備，進(jìn)而呈現(xiàn)出醫(yī)生自己想要看到的圖像。比如針對(duì)不同胖瘦病人需要多大的力，手勢(shì)是怎樣的，呼吸如何調(diào)整，目前并沒(méi)有做到標(biāo)準(zhǔn)化，現(xiàn)實(shí)中有些師傅和徒弟的操作都不完全相同。
而CT或者X光圖像相對(duì)與超聲要標(biāo)準(zhǔn)的多。
工作流的問(wèn)題。中國(guó)超聲科醫(yī)生是一邊看圖像，一邊寫(xiě)診斷報(bào)告（心血管除外），幾乎是實(shí)時(shí)出結(jié)果。而放射科醫(yī)生是將圖像先存儲(chǔ)起來(lái)，然后慢慢看。所以超聲AI產(chǎn)品的要求就非常高，需要與超聲設(shè)備進(jìn)行芯片級(jí)別的集成結(jié)合，實(shí)時(shí)的出結(jié)果。
