華為云最新聯(lián)合成果：AI算法檢測動(dòng)脈瘤 可縮短醫(yī)生診斷時(shí)間

日前，放射學(xué)領(lǐng)域的國際期刊 Radiology《放射學(xué)》發(fā)表了華為云 EI 創(chuàng)新孵化 Lab、華中科技大學(xué)電信學(xué)院、華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院放射科聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的最新研究成果 ——AI 算法檢測動(dòng)脈瘤，其檢測靈敏度達(dá) 97.5%，該算法可以幫助醫(yī)生在臨床診斷精確度方面，提升約 10 個(gè)百分點(diǎn)，同時(shí)漏診率降低 5 個(gè)百分點(diǎn)，有效地縮短了醫(yī)生診斷時(shí)間。

Radiology 雜志作為放射學(xué)領(lǐng)域的頂級(jí)期刊之一，一直是該領(lǐng)域的絕對(duì)權(quán)威。它擁有 12.5 的 CiteScore 值（“連續(xù)三年論文在第四年度的篇均引用次數(shù)”）和 7.9 的影響因子，是該領(lǐng)域內(nèi)被引用次數(shù)最多的期刊之一。因此能夠在 Radiology 上發(fā)表一篇論文是眾多 “放射學(xué)人” 所夢寐以求的事情。

新環(huán)境下的腦動(dòng)脈瘤輔診

近年來，人工智能 + 醫(yī)學(xué)影像的組合成為了最熱門的話題之一，它將最先進(jìn)的人工智能技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像診斷，幫助醫(yī)生診斷患者病情的人工智能。具體應(yīng)用場景包括但不限于各類病灶識(shí)別與標(biāo)注，如宮頸癌、肺部結(jié)節(jié)、心腦血管疾病輔診等。

當(dāng)下腦動(dòng)脈瘤的診斷依舊存在較大的不確定性。腦動(dòng)脈瘤是腦動(dòng)脈內(nèi)腔的局限性異常擴(kuò)大造成的一種瘤狀突出，有時(shí)會(huì)存在滲漏或破裂風(fēng)險(xiǎn)，該病位居腦血管疾病病因的 Top3，因其致命性和未知性，被稱為 “沉默又致命的殺手”。

據(jù)悉，腦動(dòng)脈瘤可造成大約 80%-90% 的非創(chuàng)傷性蛛網(wǎng)膜下腔出血，而這一嚴(yán)重的腦部疾病死亡率為 23%-51%，另外還有 10%-20% 的永久殘疾風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)其進(jìn)行早期診斷與治療非常必要。動(dòng)脈瘤位置多發(fā)，形態(tài)多樣，對(duì)醫(yī)生資歷要求較高。中國人口基數(shù)大，高資歷醫(yī)生匱乏，相關(guān)醫(yī)生工作強(qiáng)度極大。

動(dòng)脈瘤破裂的風(fēng)險(xiǎn)取決于動(dòng)脈瘤的大小、形狀和位置，因此腦動(dòng)脈瘤的檢測和特征提取是指導(dǎo)治療的關(guān)鍵。

目前，CT 血管造影成像（CTA）是評(píng)估顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的主要影像學(xué)檢查手段，與磁共振血管造影（MRA）相比， CTA 是一種快速且經(jīng)濟(jì)有效的診斷技術(shù)，通常具有更廣的可用性和較高的空間分辨率。與數(shù)字減影血管造影（DSA）相比，CTA 通常更廣泛且具備無創(chuàng)性。但是由于腦動(dòng)脈瘤體積小和顱內(nèi)血管的復(fù)雜性，即使專業(yè)的放射學(xué)專家進(jìn)行診斷也需要耗費(fèi)很長的時(shí)間，一些小動(dòng)脈瘤還可能被遺漏。

那么腦動(dòng)脈瘤診斷作為當(dāng)前較為復(fù)雜的疾病之一，是如何將人工智能應(yīng)用其中的呢？

人工智能 + 醫(yī)學(xué)影像，解決腦動(dòng)脈瘤輔診難題

近日發(fā)表在 Radiology 上的這項(xiàng)最新技術(shù)，運(yùn)用了華為云一站式 AI 開發(fā)平臺(tái) ModelArts，ModelArts 平臺(tái)作為華為云的自研平臺(tái)，提供了數(shù)據(jù)預(yù)處理及半自動(dòng)化標(biāo)注、大規(guī)模分布式訓(xùn)練、自動(dòng)化模型生成等的一系列便捷功能。

該腦動(dòng)脈瘤檢測算法包括一個(gè)編碼器和解碼器，并在編碼器解碼器中間使用了密集的空洞卷積 (DAC) 和殘差多核池化 (RMP) 模塊。輸入的 CTA 圖像按照 0.39×0.39×0.39 mm^3 的分辨率被重新采樣，算法輸出會(huì)提供動(dòng)脈瘤存在概率、動(dòng)脈瘤位置以及直徑大小等信息，并在 CTA 原始圖像上為可疑的動(dòng)脈瘤勾畫出一個(gè)邊界框。效果如下圖所示。

圖 | 效果圖

圖 | 數(shù)據(jù)獲取、篩選和分割流程圖

文中，作者表明該研究使用了 534 名患者的 CTA 數(shù)據(jù)來訓(xùn)練深度學(xué)習(xí)檢測算法，然后在另外 534 例數(shù)據(jù)上進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果顯示，該研究算法檢測出來 633 個(gè)動(dòng)脈瘤（驗(yàn)證集共含有 649 個(gè)動(dòng)脈瘤），靈敏度達(dá)到 97.5%；同時(shí)算法還檢測出了 8 個(gè)新的動(dòng)脈瘤，而這些動(dòng)脈瘤在醫(yī)生最初的診斷中被忽略了。這 8 個(gè)動(dòng)脈瘤有 6 個(gè)直徑小于 3mm，2 個(gè)在 3-5mm 之間，說明該研究算法對(duì)于微小動(dòng)脈瘤也具備非常好的性能。

圖 | 算法在驗(yàn)證集上的 FROC 曲線

對(duì)于基層醫(yī)院來說，相比于三甲醫(yī)院，其在復(fù)雜影像的處理能力、判斷能力方面更加缺乏專業(yè)性的人才和技術(shù)。而這項(xiàng)技術(shù)的產(chǎn)生正是填補(bǔ)了相應(yīng)的空缺，具有非常廣闊的應(yīng)用場景。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：AI算法檢測動(dòng)脈瘤靈敏度達(dá)97.5%，華為云最新聯(lián)合成果登上國際頂刊

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