AI 正在對(duì)醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域深度滲透，這已是業(yè)內(nèi)共識(shí)。

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)查公司 Signify Research 報(bào)告，包括自動(dòng)檢測(cè)、量化、決策支持和診斷軟件在內(nèi)，全球醫(yī)學(xué)影像 AI 市場(chǎng)在 2023 年將達(dá)到 20 億美元。如今除了通用電氣公司（GE）、西門子和谷歌等大公司，大量的新創(chuàng)公司正在涌入到這個(gè)領(lǐng)域來。

圖：全球醫(yī)學(xué)成像軟件的收入預(yù)測(cè)（Signify Research）。

然而，很少有人能看清滲透將如何發(fā)生。

4 月 16 日，一篇題為《醫(yī)學(xué)影像 AI 路線圖》的報(bào)告在業(yè)內(nèi)頂級(jí)雜志《放射學(xué)雜志》（Radiology）上發(fā)布。這份攸關(guān)醫(yī)學(xué)影像 AI 應(yīng)用未來發(fā)展方向的路線圖，厘清了未來數(shù)年醫(yī)學(xué)影像 AI 可能重點(diǎn)突破的技術(shù)主題，應(yīng)為業(yè)內(nèi)重點(diǎn)關(guān)注。它是 2018 年 8 月一次研討會(huì)的成果，當(dāng)時(shí)美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院、北美放射學(xué)會(huì) (RSNA)、美國(guó)放射學(xué)院 (ACR) 和放射學(xué)與生物醫(yī)學(xué)成像研究學(xué)院在華盛頓特區(qū)聯(lián)合主辦這次會(huì)議。

路線圖指出了 5 個(gè)關(guān)鍵主題：1）圖像重建：如何從源數(shù)據(jù)生成適合解釋的圖像；2）圖像自動(dòng)標(biāo)記和注釋：從臨床影像、電子檔案和結(jié)構(gòu)化圖像中提取信息；3）臨床影像機(jī)器學(xué)習(xí)新方法：包括定制的、預(yù)先訓(xùn)練的模型架構(gòu)和分布式機(jī)器學(xué)習(xí)方法等；4）機(jī)器學(xué)習(xí)人工智能方法的解釋性；5）圖像識(shí)別和數(shù)據(jù)共享：以促進(jìn)臨床影像數(shù)據(jù)應(yīng)用和學(xué)科發(fā)展。

如何解讀這份路線圖？這份路線圖對(duì)于下一步的醫(yī)學(xué)影像 AI 應(yīng)用有多大的指導(dǎo)價(jià)值？為此 DeepTech 專訪了路線圖作者之一、美國(guó)紐約倫斯勒理工學(xué)院講席教授王革。

DeepTech：為什么放射醫(yī)學(xué)更熱衷 AI 應(yīng)用？

王革：這和圖像性質(zhì)有關(guān)。在醫(yī)院，成像技術(shù)會(huì)產(chǎn)生大量的圖像數(shù)據(jù)，而圖像數(shù)據(jù)分析正是 AI 相對(duì)成熟的技術(shù)。醫(yī)學(xué)成像相當(dāng)于是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中的眼睛，可以把人的五臟六腑看得一清二楚。無論做手術(shù)，還是開藥方，或者是放療都離不開圖像。所以人工智能介入進(jìn)來理所應(yīng)當(dāng)，于是就變成了很熱的一個(gè)領(lǐng)域。

此外，在醫(yī)療數(shù)據(jù)里邊，斷層掃描圖像應(yīng)該是最精確的數(shù)據(jù)了，因此利于 AI 研發(fā)。其他如電子病歷或者是保險(xiǎn)數(shù)據(jù)可能都會(huì)有較大誤差，這也讓醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域在 AI 方面走得較快。不過那些不太精確的數(shù)據(jù)并非沒用，如果這些數(shù)據(jù)分析和精確的圖像數(shù)據(jù)結(jié)合起來分析，就會(huì)讓醫(yī)生有一個(gè)整合性的更精準(zhǔn)的決策。

圖：ImageNet大規(guī)模視覺識(shí)別挑戰(zhàn)錯(cuò)誤在過去6年中下降了8倍以上，2017年低于3％，好于人類錯(cuò)誤率5%的表現(xiàn)。尤其是2012年引入深度學(xué)習(xí)后，識(shí)別準(zhǔn)確性大大提高。

DeepTech：AI 在醫(yī)學(xué)影像中的應(yīng)用達(dá)到了什么階段，是否還處于初級(jí)階段呢？

王革：是的，還是初級(jí)階段。比如說圖像重建的問題，現(xiàn)在 AI 用在醫(yī)學(xué)圖像品質(zhì)提升方面進(jìn)展稍微快一些。比如說，對(duì)于一張模糊的醫(yī)學(xué)影像，我們可以增強(qiáng)它的清晰度。原來用經(jīng)典的 CT 影像分析方法可以將清晰度增強(qiáng) 30% 左右，現(xiàn)在我用深度學(xué)習(xí)分析 CT 圖像或核磁共振圖像，能增強(qiáng) 100% 甚至到 200%。這個(gè)進(jìn)步是顯著的，但還需深入研究與嚴(yán)格檢驗(yàn)。

圖像增強(qiáng)對(duì)病患者是有實(shí)際收益的。比方說 X 光 CT 篩查癌癥。因?yàn)榇蟛糠謥眢w檢的人是沒有癌癥的，在這個(gè)過程中人們會(huì)擔(dān)憂 X 射線的安全性。因?yàn)?X 光照射本身可能會(huì)引發(fā)基因變異以及增加癌變的可能性。盡管這個(gè)可能性很小，但是畢竟讓人們有所顧慮。在這種情況下，我們就考慮用比較少的 X 光劑量來做癌癥篩查。問題是把劑量減少之后，就會(huì)得到背景嘈雜的影像。那么我們可以用機(jī)器學(xué)習(xí)來減少低劑量照射的噪音和偽影。也就是說，低劑量照射得到的原始圖像是模糊的，有噪音的，經(jīng)過機(jī)器學(xué)習(xí)處理這個(gè)圖像就變得清楚了。

這也是 2018 年 8 月 NIH 會(huì)議說的第一個(gè)要點(diǎn)，低劑量造影圖像的重建。圖像重建是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)新領(lǐng)域。我們正在和 GE 合作研究基于 AI 的 CT 圖像的重建。

另外，如何審批這類應(yīng)用產(chǎn)品還沒有明確規(guī)則。美國(guó) FDA 正在考慮這個(gè)方向。AI 研究結(jié)果看著很好，但要是用到病人身上，萬一有失誤怎么辦？而且 AI 產(chǎn)品的監(jiān)管和傳統(tǒng)產(chǎn)品監(jiān)管不一樣，以前的產(chǎn)品的發(fā)布和修改是很明確的，但是 AI 產(chǎn)品是交互式的和自適應(yīng)的，它會(huì)不斷從現(xiàn)實(shí)環(huán)境中學(xué)習(xí)迭代，因此給 FDA 監(jiān)管帶來新挑戰(zhàn)。所以說，AI 在醫(yī)學(xué)影像中距離廣泛應(yīng)用還有工作要做。

在非醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)庫(kù) ImageNet 大規(guī)模 AI 識(shí)別中，錯(cuò)誤率已經(jīng)低于人類的錯(cuò)誤率。這是機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)果，而錯(cuò)誤率的降低對(duì)患者的健康至關(guān)重要。要知道，診斷錯(cuò)誤造成了不少病患者死亡，而放射科醫(yī)生的讀片常有錯(cuò)誤。

在某些特定的圖像識(shí)別中，現(xiàn)在人工智能已經(jīng)超過人類了。將來機(jī)器一定程度上甚至是很大程度上會(huì)取代醫(yī)生來讀片。我認(rèn)為這正在發(fā)生或遲早會(huì)發(fā)生。

DeepTech：AI 將來能全面取代醫(yī)生嗎？

王革：至少目前看我們還不能完全讓機(jī)器來做復(fù)雜的處理，現(xiàn)在的 AI 還有可解釋性、魯棒性（即系統(tǒng)穩(wěn)定性）等在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域尤其重要的問題需要解決。AI 的介入希望能提高醫(yī)生的診治效率。我認(rèn)為，最終這樣的半自動(dòng)化技術(shù)會(huì)在很多場(chǎng)景下變?yōu)槿詣?dòng)。也就是說，在一些特定場(chǎng)合取代醫(yī)生是可以實(shí)現(xiàn)的。

一些很常規(guī)的分析，比方說骨頭在 X 照射中看得很清楚。機(jī)器分析會(huì)明確診斷出有沒有骨折。這種情況下，我覺得醫(yī)生就可以相信機(jī)器。那么，醫(yī)生的重要性怎么體現(xiàn)呢？在整個(gè)診斷過程中，將來醫(yī)生的角色可能更宏觀一些，進(jìn)行一些有創(chuàng)造性、有想象力的分析。

DeepTech：你剛才說醫(yī)學(xué)影像的 AI 發(fā)展還是初級(jí)階段，那么路線圖是如何描述下一個(gè)階段要解決的問題的？

王革：這份路線圖是行業(yè)專家告訴美國(guó)相關(guān)機(jī)構(gòu)下一步要怎么走，側(cè)重的是接下來幾年要關(guān)注的要點(diǎn)以及可實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)，而不側(cè)重 AI 的遠(yuǎn)景。

除了剛才說的圖像重建問題，還有一個(gè)當(dāng)前重要的問題是黑匣子問題，就是說機(jī)器學(xué)習(xí)的可解釋性。醫(yī)生可以和患者溝通病情、病因以及診治的依據(jù)，但機(jī)器學(xué)習(xí)只會(huì)給出一個(gè)結(jié)論，這不容易讓患者放心，會(huì)讓人感覺把自己完全交給未知了。但這其實(shí)也是一個(gè)進(jìn)步，以前患者只能聽到醫(yī)生的判斷，現(xiàn)在患者還能聽到 AI 的判斷。我們現(xiàn)在正與 IBM 合作研究神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可解釋性的問題。

另外一個(gè)問題是圖像數(shù)據(jù)庫(kù)。機(jī)器學(xué)習(xí)需要用大數(shù)據(jù)，來保證訓(xùn)練分析是合理的。還有外國(guó)的數(shù)據(jù)庫(kù)拿到能不能用，要不要監(jiān)管部門來審批，公司能不能開放數(shù)據(jù)，這都是問題。

再一個(gè)問題是硬件。機(jī)器學(xué)習(xí)用到大量的數(shù)據(jù)，所以對(duì)硬件的要求越來越高，盡管這幾年硬件在快速升級(jí)，但對(duì)于普通機(jī)構(gòu)可能就要負(fù)擔(dān)不起。

還有，數(shù)據(jù)庫(kù)會(huì)涉及病患者隱私，現(xiàn)在機(jī)器學(xué)習(xí)可能猜出患者的身份信息。對(duì)于隱私問題，我們可以借助于模擬計(jì)算來解決。比如用 10 個(gè)病人的圖像，根據(jù)特征隨機(jī)構(gòu)造出一個(gè)新的患者（他不是這 10 個(gè)病人中的任何一個(gè)）。然后，我們用這個(gè)模擬患者來訓(xùn)練分析，這樣就規(guī)避了數(shù)據(jù)隱私的問題。當(dāng)然這個(gè)也會(huì)有弊端，它畢竟不是實(shí)際的病例，這就需要強(qiáng)大的數(shù)字模擬能力。

DeepTech：目前美國(guó)的醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)庫(kù)足夠大了嗎？還需要哪些完善措施？

王革：美國(guó)有一些公開的數(shù)據(jù)庫(kù)，但更多數(shù)據(jù)庫(kù)是不讓別人用的。醫(yī)院出于隱私的考慮很少開放其數(shù)據(jù)庫(kù)。他們擔(dān)心病人的訴訟。如果要把病人的身份信息去掉，以及標(biāo)注這些數(shù)據(jù)，要花大量的時(shí)間精力。

DeepTech：你怎么看待中國(guó)在這方面的研究？

王革：中國(guó)國(guó)內(nèi)的應(yīng)用研究很好，前景廣闊。但源頭創(chuàng)新比方說神經(jīng)網(wǎng)的基礎(chǔ)理論以及硬件芯片還是落后的，這方面定會(huì)進(jìn)步。

DeepTech：你怎么看待美國(guó) FDA 去年批準(zhǔn)了 AI 在糖尿病視網(wǎng)膜病變中的應(yīng)用？怎么看待醫(yī)學(xué) AI 商業(yè)化發(fā)展趨勢(shì)？

王革：因?yàn)橐暰W(wǎng)膜圖像是兩維的，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，不像那種三維的甚至動(dòng)態(tài)的圖像分析那么復(fù)雜。另外糖尿病視網(wǎng)膜病變數(shù)據(jù)也比較豐富，又不是那么隱私敏感，所以這類應(yīng)用已有很好的結(jié)果，甚至在智能手機(jī)上就能使用，很貼近老百姓。

我覺得發(fā)展都是從易到難。將來 AI 能不能精準(zhǔn)地預(yù)測(cè)心臟病，預(yù)測(cè)中風(fēng)以及癌癥，就要一步一步來。我們和康奈爾大學(xué)在心臟疾病方面有些合作。

對(duì)于放射影像而言，放射科的主流機(jī)器都是由大公司來做。我們從兩年前開始與 GE 合作人工智能成像方面的研究。而 IBM 側(cè)重于大數(shù)據(jù)和推理，屬于自然語言理解分析。有人說自然語言理解的進(jìn)展沒有圖像領(lǐng)域進(jìn)展大，但是我認(rèn)為這事也不能急，時(shí)機(jī)成熟自然就會(huì)有好的結(jié)果。

王革（右）于2014年當(dāng)選美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)會(huì)員。

王革（Ge Wang），美國(guó)紐約倫斯勒理工學(xué)院（RENSSELAER POLYTECHNIC INSTITUTE）的講席教授（Clark & Crossan Chair Professor），也是生物醫(yī)學(xué)影像中心主任。他于 1982 年畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)電子工程系，于 1991 年和 1992 年在美國(guó)紐約州立大學(xué)獲得碩士和博士學(xué)位，現(xiàn)為 IEEE、AAPM、AIMBE、SPIE、OSA，和 AAAS 多個(gè)國(guó)際學(xué)術(shù)組織的 Fellow。他專注于 X 射線計(jì)算機(jī)斷層掃描、光學(xué)分子成像、多尺度和多模態(tài)成像、機(jī)器學(xué)習(xí)等方面研究。他的團(tuán)隊(duì)在醫(yī)學(xué)成像方面進(jìn)行了一系列開拓性的研究工作，提出了螺旋狀錐束 CT 重建、自發(fā)熒光斷層成像、CT 內(nèi)重建理論和方法等。他發(fā)表了 450 多篇期刊論文，主持多個(gè)大型 NIH 和 NSF 項(xiàng)目。其團(tuán)隊(duì)與哈佛、斯坦福、康奈爾、MSK、UTSW、耶魯、GE 全球研究中心、 Hologic 和 IBM 等均有活躍的合作。