AI在檢測腦出血方面可與放射線專家媲美

舊金山加州大學舊金山分校和加州大學伯克利分校的科學家開發(fā)的算法比四分之二的放射線專家在頭部掃描中發(fā)現(xiàn)微小的腦出血要好得多。這一進步可以幫助醫(yī)生治療腦外傷(TBI)，中風和動脈瘤。

診斷成像研究(包括3D成像研究，例如計算機斷層掃描(CT))的持續(xù)增長，意味著放射線醫(yī)生每天要查看數(shù)千張圖像，尋找可能預示著危及生命的緊急情況的微小異常現(xiàn)象。每次腦部掃描產(chǎn)生的圖像數(shù)量可能非常龐大，以至于在忙碌的一天中，放射科醫(yī)生可能會選擇使用無摩擦輪的鼠標在3D大型圖像堆棧中滾動，就像看電影一樣。但是，如果AI技術可以挑選出明顯異常的圖像，那么它可能會效率更高，甚至可能更準確，因此放射線醫(yī)師可以更仔細地檢查它們。

UCSF放射學副教授，共同通訊作者，醫(yī)學博士Esther Yuh說：“我們需要實用的東西，并且要使該技術在臨床上有用，準確性水平必須接近完美。”該研究的論文發(fā)表于2019年10月21日，星期一，科學院院刊(PNAS)。“由于遺漏異常的潛在后果，該應用程序的性能要求很高，人們所承受的容忍度不會低于人類的性能或準確性。”

團隊開發(fā)的算法僅用一秒鐘即可確定整個頭部掃描是否包含任何出血跡象。它還追蹤了所發(fā)現(xiàn)異常的詳細輪廓，展示了它們在大腦三維結構中的位置。在包含一百萬個以上圖像的3D圖像堆棧中，某些斑點的大小可能約為100像素，甚至放射線專家有時也會錯過它們，可能會造成嚴重的后果。

該算法發(fā)現(xiàn)了一些專家遺漏的小異?，F(xiàn)象。它還指出了它們在大腦中的位置，并根據(jù)亞型將它們分類，這是醫(yī)生確定最佳治療方法所需的信息。而且該算法為所有這些信息提供了可接受的誤報水平，從而最大限度地減少了醫(yī)生需要花費的時間來審查其結果。

Yuh表示，使用AI技術最困難的事情之一就是能夠確定整個檢查(包括大約30張圖像的3-D“堆棧”)是否正常。

她說：“在單個圖像上實現(xiàn)95%甚至99%的準確性都是不對的，因為在一系列30張圖像中，每2或3個掃描中的一個就會打錯電話，”她說。“要使其在臨床上有用，您必須正確獲取所有30張圖像，這就是我們所謂的檢查級準確性。如果計算機指出許多誤報，將使放射線醫(yī)師放慢速度，并可能導致更多錯誤。”

放射學專家說，該算法發(fā)現(xiàn)非常小的異常并證明其在大腦中的位置的能力是一項重大進步。

UCSF放射學教授Pratik Mukherjee博士說：“出血可能很小，而且仍然很嚴重。”“這就是使放射科醫(yī)生的工作如此困難的原因，這就是為什么偶爾會錯過這些事情的原因。如果患者患有動脈瘤，并且開始流血，然后將其送回家，它們可能會死亡。”

伯克利大學電氣工程和計算機科學系的亞瑟·J·?？?Arthur J.Chick)教授Jitendra Malik博士說，關鍵在于選擇將哪些數(shù)據(jù)饋入模型。這項新研究利用了一種稱為完全卷積神經(jīng)網(wǎng)絡或FCN的深度學習類型，它可以在相對較少的圖像上訓練算法，在本例中為4,396項CT檢查。但是研究人員使用的訓練圖像充滿了信息，因為每個小的異常都是在像素級別手動描繪的。這些數(shù)據(jù)的豐富性以及防止模型將隨機變量或“噪聲”誤認為有意義的其他步驟，創(chuàng)造了一種極其精確的算法。

科學家本來可以選擇一次饋送整堆圖像或一個完整的圖像。取而代之的是，他們選擇一次只饋送圖像的一部分或“補丁”，并將該圖像與堆棧中直接在其之前和之后的圖像相關聯(lián)。人們還可以查看補丁中的圖像，這也是人們閱讀文本或查看計算機屏幕的方式，這使網(wǎng)絡能夠從數(shù)據(jù)中的相關信息中學習，而無需根據(jù)過分存在的微小變化得出結論來“過度擬合”模型。數(shù)據(jù)。他們稱他們的模型為PatchFCN。

該研究的共同通訊作者馬利克說：“我們采取了標記所有異常的方法，這就是為什么我們擁有許多更好的數(shù)據(jù)的原因。“然后，我們盡可能地利用這些數(shù)據(jù)。這就是我們?nèi)〉贸晒Φ姆绞健?rdquo;

著名的計算機視覺專家馬利克(Malik)說，他獲得了更多的研究合作要求，這超出了他的能力，但他同意從事Yuh和Mukherjee的項目，因為它有很大的幫助患者的潛力。

作者現(xiàn)在正在將該算法應用于來自全國各地創(chuàng)傷中心的CT掃描，該掃描中心已加入由UCSF的神經(jīng)外科教授兼副教授Geoffrey Manley博士領導的一項研究。

馬利克說：“鑒于每天都有大量遭受外傷性腦損傷并被送往急診室的人，這具有非常重要的臨床意義。”“這說服了我解決這個問題。”