人工智能在CT掃描中的應(yīng)用

人工智能(AI)在CT中的應(yīng)用影像中心人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語(yǔ)言處理和專(zhuān)家系統(tǒng)等。人工智能從誕生以來(lái)，理論和技術(shù)日益成熟，應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大，未來(lái)人工智能帶來(lái)的科技產(chǎn)品，將會(huì)是人類(lèi)智慧的“容器”。AI人工智能（ArtificialIntelligence），英文縮寫(xiě)為AI。它是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)。AI在醫(yī)學(xué)影像中的進(jìn)展日前，“2017首屆國(guó)際醫(yī)療人工智能大會(huì)”在上海舉行，多位業(yè)界知名的人工智能專(zhuān)家及醫(yī)療名家齊聚上海灘巔峰對(duì)話(huà)，報(bào)道了正在進(jìn)行的AI醫(yī)學(xué)影像輔助早癌篩查的臨床預(yù)試驗(yàn)項(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)早期食管癌準(zhǔn)確率達(dá)90%。利用人工智能和圖像識(shí)別的技術(shù)可輔助基層的醫(yī)院提高他們的醫(yī)技，提高三甲醫(yī)院醫(yī)生的工作效率。衛(wèi)計(jì)委“十三五”規(guī)劃明確提倡，應(yīng)充分發(fā)揮人工智能的引領(lǐng)作用。AI在CT中的應(yīng)用全面、智能掃描輔助系統(tǒng)全面、智能的影像后處理系統(tǒng)全面、智能的輔助診斷分析系統(tǒng)全面、智能掃描輔助系統(tǒng)1. 全面的智能掃描輔助系統(tǒng)來(lái)幫助提高整體掃描工作流程?？墒沟迷緩?fù)雜而冗長(zhǎng)的掃描流程變得簡(jiǎn)單而迅速，讓醫(yī)生能有更多的時(shí)間和精力來(lái)關(guān)注他們的病人而不是對(duì)著操作屏幕。2 .自動(dòng)識(shí)別并迅速設(shè)定理想的掃描區(qū)域，消除了復(fù)雜并依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)的人為設(shè)定，確定掃描和重建范圍只需簡(jiǎn)單一點(diǎn)，避免人為操作錯(cuò)誤帶來(lái)不必要的風(fēng)險(xiǎn)。3. 智能掃描承擔(dān)了所有繁復(fù)的工作，它能基于器官特征識(shí)別感興趣區(qū)，并預(yù)先設(shè)定相應(yīng)的掃描參數(shù)。這讓掃描設(shè)定工作變的簡(jiǎn)單直接，即使對(duì)于最少經(jīng)驗(yàn)的操作醫(yī)生也變得方便快速。4. 保護(hù)病人避免過(guò)量輻射。自動(dòng)的掃描范圍設(shè)定能夠精確的覆蓋需要掃描的地方避免多余的掃描范圍，也可以避免由于錯(cuò)誤的掃描范圍不得不重做掃描。5.高比例的標(biāo)準(zhǔn)掃描可以增加診斷結(jié)果的有效性和可靠性，增加臨床診斷的信心6. 提高了流程效率并優(yōu)化結(jié)果，還能減少病人等待時(shí)間，提高病人的舒適度。智能影像后處理系統(tǒng)豐富的高級(jí)臨床應(yīng)用功能，如心臟、血管、神經(jīng)、肝臟、腫瘤以及骨骼等，全方位實(shí)現(xiàn)影像智能后處理。‘0’鍵心臟冠脈后處理‘0’鍵頭顱血管后處理‘0’鍵外周血管后處理‘0’鍵高級(jí)腦灌注后處理‘0’鍵高級(jí)結(jié)腸后處理當(dāng)CT病例傳送到工作站時(shí)，預(yù)處理功能自動(dòng)識(shí)別CT圖像的解剖部位，進(jìn)行后臺(tái)并行預(yù)處理，無(wú)需人工操作，比如當(dāng)醫(yī)生需要進(jìn)行CT心臟冠脈診斷報(bào)告時(shí)，只需點(diǎn)擊打開(kāi)CT圖像，所有診斷信息即刻呈現(xiàn)。依據(jù)統(tǒng)計(jì)，高級(jí)自動(dòng)預(yù)處理功能可節(jié)省醫(yī)生80%以上的影像處理時(shí)間，大大減輕了診斷醫(yī)生繁重的工作負(fù)擔(dān)。骨骼后處理骨骼3D、4D成像骨骼透明三維顯示GlassView去金屬偽影：將假牙、骨釘?shù)冉饘僦踩胛飵?lái)的偽影利用全新的算法有效去除，充分展現(xiàn)解剖生理結(jié)構(gòu)，有利于醫(yī)生對(duì)病變做好診斷。CAD：計(jì)算機(jī)輔助診斷在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用可追溯到20世紀(jì)50年代。1959年，美國(guó)學(xué)者Ledley等首次將數(shù)學(xué)模型引入臨床醫(yī)學(xué)提出了計(jì)算機(jī)輔助診斷的數(shù)學(xué)模型，并診斷了一組肺癌病例，開(kāi)創(chuàng)了計(jì)算機(jī)輔助診斷的先河；1966年，Ledley首次提出"計(jì)算機(jī)輔助診斷"(computer-aideddiagnosis,CAD)的概念。全面、智能的輔助診斷分析系統(tǒng)CAD計(jì)算機(jī)輔助診斷（computeraideddiagnosis，CAD）或計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)（computeraided detection，CAD）是指通過(guò)影像學(xué)、醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)以及其他手段，結(jié)合計(jì)算機(jī)的分析計(jì)算，輔助發(fā)現(xiàn)病灶，提高診斷的準(zhǔn)確率?，F(xiàn)在常說(shuō)的CAD技術(shù)主要是指基于醫(yī)學(xué)影像學(xué)的計(jì)算機(jī)輔助診斷技術(shù)。計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)（CAD）重點(diǎn)是檢測(cè)，計(jì)算機(jī)只需要對(duì)異常征象進(jìn)行標(biāo)注，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行常見(jiàn)的影像處理，并無(wú)需進(jìn)行進(jìn)一步診斷。即，計(jì)算機(jī)輔助診斷是計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)的延伸和最終目的，相應(yīng)地，計(jì)算機(jī)輔助檢測(cè)是計(jì)算機(jī)輔助診斷的基礎(chǔ)和必經(jīng)階段。CAD技術(shù)又被稱(chēng)為醫(yī)生的“第三只眼”，CAD系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用有助于提高醫(yī)生診斷的敏感性和特異性。建立深度學(xué)習(xí)神經(jīng)元數(shù)學(xué)模型，直接從海量醫(yī)療影像的原始像素出發(fā)，讓模型自己挖掘有效組學(xué)特征，學(xué)習(xí)和模仿醫(yī)生的診斷技術(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型化降低維度特征構(gòu)建參數(shù)求導(dǎo)識(shí)別人工智能深度學(xué)習(xí)技術(shù)原理心臟分析軟件智能全息心臟分析軟件包（CCA）CCA(ComprehensiveCardiacAnalysison)可將心臟所有解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行全自動(dòng)化識(shí)別心臟影像的分析軟件從對(duì)心臟冠狀動(dòng)脈的剝離分割及心房、心室四室腔的解剖分割直到最后的心功能分析，CCA將CT影像后處理的智能程度與易用性推上一個(gè)新的高度。四腔心臟功能檢測(cè)技術(shù)，不僅可以進(jìn)行常規(guī)心室功能計(jì)算，且可提供心房功能的參數(shù)細(xì)節(jié)，從而打破了CT檢測(cè)心臟功能只局限于左心室或者單純通過(guò)測(cè)量EF進(jìn)行診斷的禁錮，對(duì)于像“無(wú)癥狀性心力衰竭”或者特殊的肺心病等心臟功能不全的患者能夠及時(shí)準(zhǔn)確的作出診斷。心室和心房容積射血分?jǐn)?shù)每搏輸出量心臟輸出量左心室的壁質(zhì)量、運(yùn)動(dòng)和增厚使用Simpson或segmentation雙計(jì)算方法用體表面積標(biāo)準(zhǔn)化功能結(jié)果心房被動(dòng)排空分?jǐn)?shù)心房被動(dòng)排空容積心臟分析智能化流程向?qū)У谝徊剑盒呐K自動(dòng)結(jié)構(gòu)識(shí)別（冠脈、心房及心室四腔解剖分割）第二步：冠脈樹(shù)自動(dòng)提取及3D顯示（提供9種血管3D顯示模式）第三步：冠脈自動(dòng)測(cè)量及分析（狹窄部位直徑、面積及百分比等測(cè)量、拉直和IVUS等多種視圖顯示）第四步：自動(dòng)全心功能分析其它心臟分析軟件心肌灌注評(píng)估分析（MyocardialDefectAssessment）：可提供心臟CTA掃描圖像的心肌低灌注缺損區(qū)域的可視化顯示及定量分析。CT冠脈斑塊評(píng)定（CTCardiacPlaqueAssessment）:可實(shí)現(xiàn)對(duì)冠脈斑塊的量化和分析，集成了智能算法、編輯工具和冠脈血管和病變分析工具，來(lái)對(duì)腔內(nèi)病變進(jìn)行定性和區(qū)分。CT鈣化積分（CTCalciumScoring）：快速量化冠狀動(dòng)脈鈣化程度，可以用Mass、Agatston和容積積分報(bào)告結(jié)果。電生理手術(shù)計(jì)劃（CTEPPlanning）：是一種用于術(shù)前及術(shù)后的手術(shù)計(jì)劃工具，可以使臨床醫(yī)生在進(jìn)行介入性射頻消融手術(shù)前獲得左心房及肺靜脈的解剖視圖，可以協(xié)助術(shù)后的病患隨訪(fǎng)以排除肺靜脈狹窄的可能。神經(jīng)分析軟件CT全腦灌注BrainPerfusion：提供tMIP,CBF,TIP,CBV,MTT,Permeability等灌注圖譜，并自動(dòng)計(jì)算顯示腦灌注缺血半暗帶區(qū)，同時(shí)可以提供腦血管多維影像重建。顱腦血管智能分析AVA（AVA：AdvancedVesselAnalysis）高級(jí)血管智能分析軟件包（AVA）全面實(shí)現(xiàn)CT全身外周血管的全自動(dòng)智能化后處理：自動(dòng)識(shí)別并提取全部血管，自動(dòng)去骨、智能血管辨認(rèn)、狹窄分析測(cè)量等。只需簡(jiǎn)單的幾步，就可以得到精細(xì)而優(yōu)質(zhì)的頭頸血管、腹主動(dòng)脈、腸系膜細(xì)小動(dòng)脈以及四肢血管等全身血管圖像。高級(jí)血管智能分析軟件的特色功能：全自動(dòng)去骨，無(wú)需剪影，完美實(shí)現(xiàn)血管與骨骼的自動(dòng)分離全自動(dòng)血管分析功能全自動(dòng)血管狹窄分析功能高級(jí)血管自動(dòng)量化分析功能自動(dòng)探針?lè)治鲅苤悄苎茏R(shí)別與命名特色三維血管與骨骼顯示模式GlassView骨科分析軟件CT骨密度分析（CTBoneMineralAnalysis）：無(wú)需標(biāo)準(zhǔn)體模，CT骨密度分析軟件以患者自身的脂肪和肌肉組織作為參考點(diǎn)，為用戶(hù)提供精確的計(jì)算結(jié)果。軟件自動(dòng)計(jì)算T值、Z值，支持多病例跟蹤，以及完全的彩色顯示和報(bào)告功能。肋骨平鋪：將肋骨進(jìn)行平展，可以全面展示骨折、骨裂等細(xì)微病變，同時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別和標(biāo)記肋骨解剖位置。脊柱標(biāo)識(shí)：將脊柱的二維圖像按照解剖生理位置自由角度重建，同時(shí)標(biāo)注脊柱解剖位置，更方便醫(yī)生進(jìn)行迅速診斷。多模態(tài)腫瘤追蹤軟件簡(jiǎn)化隨訪(fǎng)和療效評(píng)估工作流程通過(guò)使用CT、MR、PET/CT和SPECT/CT數(shù)據(jù)，對(duì)多組肝癌隨訪(fǎng)病例進(jìn)行對(duì)比分析，檢測(cè)疾病狀態(tài)，包括疾病惡化或療效評(píng)估?？蓪?duì)多達(dá)8組肝癌隨訪(fǎng)病例的影像檢查結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，最多可同時(shí)支持8組數(shù)據(jù)的加載與分析多模態(tài)影像融合顯示（MR、CT、PET/CT、SPECT/CT、US等），支持同一時(shí)間點(diǎn)不同掃描序列之間的配準(zhǔn)PET圖像自適應(yīng)閾值病灶分割CT/MR圖像一鍵式智能分割量化顯示所有分割部分，參數(shù)顯示伴隨鼠標(biāo)支持多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算：WHO、RECIST1.0、RECIST1.1、CHO、PERCIST、mRECIST其它分析軟件肝臟節(jié)段分析軟件CTLiverAnalysis虛擬結(jié)腸鏡分析軟件VirtualColonoscopy結(jié)腸息肉計(jì)算機(jī)輔助診斷CTVirtualColonCARCT報(bào)告功能模塊CTReportingCT體部灌注分析軟件CTBodyPerfusionCT肺密度分析軟件CTLungDensityCT肝臟分析軟件快速便捷指導(dǎo)術(shù)前規(guī)劃利用肝臟三期掃描的門(mén)靜脈期相數(shù)據(jù)對(duì)肝臟進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別，完成門(mén)靜脈和肝靜脈自動(dòng)分割。同時(shí)提供半自動(dòng)及手動(dòng)化的編輯工具以便在需要的時(shí)候?qū)Ψ指罱Y(jié)果做更好的調(diào)整。零鍵點(diǎn)擊自動(dòng)識(shí)別分割肝實(shí)質(zhì)和血管結(jié)構(gòu)提供多種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)肝分段方法，最多達(dá)9段全方位指導(dǎo)肝臟消融計(jì)劃，入路、角度、深度、電極形態(tài)尺寸等精確指導(dǎo)肝段切除手術(shù)計(jì)劃，三維同步切除或添加目標(biāo)肝段多種參數(shù)量化評(píng)估，灌注偽彩圖、參數(shù)表格及曲線(xiàn)，全面、直觀(guān)體現(xiàn)肝臟各部代謝能力CT智能肺結(jié)節(jié)評(píng)估軟件CT肺結(jié)節(jié)評(píng)估軟件探測(cè)和量化分析肺部結(jié)節(jié)病變，實(shí)現(xiàn)肺癌的早期篩查和診斷。同時(shí)還可以運(yùn)用容積測(cè)量方法對(duì)早期肺結(jié)節(jié)和后期變化進(jìn)行可靠的評(píng)估診斷或者療效評(píng)估。手動(dòng)單擊快速結(jié)節(jié)檢測(cè)結(jié)節(jié)自動(dòng)匹配單擊快速定位病灶結(jié)節(jié)對(duì)比量化分析，如有效直徑、倍增時(shí)間低劑量CT肺癌篩查有效降低死亡率20%①CAD自動(dòng)結(jié)節(jié)檢測(cè)優(yōu)點(diǎn)：CAD自動(dòng)結(jié)節(jié)檢測(cè)②手動(dòng)確認(rèn)③自動(dòng)匹配及對(duì)比分析④表格統(tǒng)計(jì)迅速增長(zhǎng)讀片工作量有限數(shù)量放射醫(yī)生細(xì)小病變易漏診放射科醫(yī)生面臨的挑戰(zhàn)33%4%20%23人工智能肺結(jié)節(jié)的識(shí)別優(yōu)勢(shì)23多發(fā)磨玻璃結(jié)節(jié)微小結(jié)節(jié)血管旁小結(jié)節(jié)可自動(dòng)標(biāo)記出CT各層面上的疑似結(jié)節(jié)，輔助醫(yī)生快速、精準(zhǔn)完成肺癌篩查，自動(dòng)分析<1分鐘，醫(yī)生需用時(shí)約15分鐘。展 望AI在醫(yī)學(xué)影像中的應(yīng)用方興未艾，在CAD中的應(yīng)用很多都處于初步階段。AI在精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)、影像組學(xué)的研究中起到?jīng)Q定性的作用。精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)美國(guó)醫(yī)學(xué)界在2011年首次提出了“精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)”的概念，2015年美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬在國(guó)情咨文演講中宣布了新的項(xiàng)目計(jì)劃：精準(zhǔn)醫(yī)療計(jì)劃。希望以此可以引領(lǐng)一個(gè)醫(yī)學(xué)新時(shí)代。以個(gè)體化醫(yī)療為基礎(chǔ)、通過(guò)基因組、蛋白質(zhì)組等組學(xué)技術(shù)和醫(yī)學(xué)前沿技術(shù)，對(duì)于大樣本人群與特定疾病類(lèi)型進(jìn)行生物標(biāo)記物的分析與鑒定、驗(yàn)證與應(yīng)用，從而精確尋找到疾病的原因和治療的靶點(diǎn)，并對(duì)一種疾病不同狀態(tài)和過(guò)程進(jìn)行精確分類(lèi)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)于疾病和特定患者進(jìn)行個(gè)體化精準(zhǔn)治療的目的,提高疾病診治與預(yù)防的效益。精準(zhǔn)醫(yī)療的四個(gè)要素（精確、準(zhǔn)時(shí)、共享、個(gè)體化）。影像組學(xué)（Radiomics）組學(xué)（-omics）是英文后綴，意為一些種類(lèi)個(gè)體的系統(tǒng)集合。2003年Baumann等首次提出放射基因組學(xué)（Radiogenomics）的概念，并未針對(duì)影像學(xué)表型的異質(zhì)性與基因表達(dá)的差異性進(jìn)行相關(guān)研究。2012年，荷蘭學(xué)者Lambin等正式提出了影像組學(xué)的概念，即高通量地從影像圖像中提取大量的影像特征，采取大量的自動(dòng)化數(shù)據(jù)特征化算法將ROI內(nèi)的影像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為具有高分辨率的、可發(fā)掘的空間數(shù)據(jù)。目前，影像組學(xué)的定義進(jìn)一步擴(kuò)展為：從CT、PET或MRI等醫(yī)學(xué)影像圖像中高通量地提取并分析大量高級(jí)、定量的影像學(xué)特征，是多學(xué)科、多種成像技術(shù)的整合，區(qū)別于傳統(tǒng)影像學(xué)，其有望成為精準(zhǔn)影像醫(yī)學(xué)的重要基石。影像組學(xué)與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)20