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盘点那些耀眼的人工智能CT技术

2021-06-17 09:01     来源:医工研习社     人工智能CT PET/CT

人工智能CT盘点篇,聚焦那些应用人工智能技术的CT产品。该领域过于庞大复杂,无法覆盖方方面面,非“一文盘点”。

人工智能,已经、正在或即将改变各行各业,尤其在医学影像领域大放异彩,并愈发蓬勃:

2019年,GE推出人工智能CT:APEX;

2020年,佳能推出人工智能CT:Aquilion ONE/PRISM;

2021年,西门子推出人工智能CT:SOMATOM X.ceed;

人工智能CT,是指在CT中融入人工智能技术,涉及扫描、重建、诊断(后处理)及平台等方面。在人工智能的辅助下,医学影像检查更高效,诊断更准确。

1 扫描

01 智能定位摆位

因为疫情,天眼CT大火;但其更大的意义是显著提升生产力。天眼CT是基于视觉引导和人工智能技术建立的,为每位患者定制扫描方案,实现智能定位、智能追踪、智能摆位、智能等中心、智能推荐扫描位置、扫描角度和重建视野等。目前几乎所有的国产CT,及GPSC的部分CT都配置天眼技术。天眼CT的摄像头包括2D和3D两种,相较而言3D更准一些。


联影天眼CT

技术评价

小创新大能量,CT领域普及率最高的人工智能技术,切实改变了CT检查流程。

02 智能扫描协议

精准治疗,影像先行。准确规范的CT检查,能为临床和诊断提供优质图像。智能扫描协议能根据患者特点,自动推荐或自动选择扫描协议,实现个性化与精准化扫描。其中,较著名的为GE Intelligent Protocoling以及西门子“扁鹊” myExam Companion平台。


西门子myExam Companion

以GE Intelligent Protocoling为例,Intelligent Protocoling属于Edison平台,已集成在GE Revolution VICTOR等CT,可自动连接RIS及EMR系统,根据设备型号、病人生理数据、门诊病历信息以及医生的检查意见,智能推荐CT扫描协议;Intelligent Protocoling将极大提升扫描质量,降低不必要的重复扫描,个性化扫描确保给临床医生提供诊断所需的精准影像;此外,Intelligent Protocoling具有自迭代特性,随着扫描次数的增加,个性化扫描协议的精确度不断提升。

技术评价

大幅降低CT学习使用成本,凭借这项技术,CT会越来越“傻瓜”。

2 重建

CT被誉为“现代医学的听诊器”,而重建算法正是CT领域的“皇冠”。重建算法经历了20世纪70年代的代数迭代重建(AR)、80年代到21世纪初的传统滤波反投影(FBP)技术,以及2000年代后期开始的迭代重建(IR)。与FBP相比,IR能在不明显影响图像质量的前提下,降低23%-76%的辐射剂量,已成为目前的最主要重建算法,迭代重建技术分为混合迭代和具有更大降噪/减伪影潜力的模型迭代,混合迭代包括ASIR-V(GE)、SAFIRE(西门子)、AIDR3D(佳能)、iDose4(飞利浦)、KARL 3D(联影)、ClearView(东软)、NDI+(明峰)等;模型迭代包括Veo(GE)、ADMIRE(西门子)、FIRST(佳能)和IMR(飞利浦)等。以明峰微剂量迭代重建(NDI+)为例,其原始数据在投影域和图像显示域同时进行迭代,在投影域迭代加入了球管和探测器物理特性的物理模型,克服了单纯依赖于人体形态学模型需要大量调节参数的困难和使用局限;在图像域迭代加入了基于解剖结构深度学习网络来控制迭代深度,进行图像不同尺度的细节复原运算,最终达到降低剂量等效果。


明峰微剂量迭代重建(NDI+)

迭代重建算法非常优秀,但也有缺点。随着迭代重建强度增加,图像的高频信息会被扭曲和丢失,使图像看起来过度平滑,像加了一层美颜滤镜。为解决迭代重建改变图像外观的可能,并进一步减少剂量,GE和佳能率先推出了深度学习重建(DLR)技术:TrueFidelity和AiCE。与其他图像重建技术相比,DLR的优点包括低剂量、低噪声、自然纹理,已经显示出将辐射剂量降低到前所未有的水平的前景。目前GE APEX、佳能Aquilion ONE/PRISM、Aquilion ONE/GENESIS、Aquilion Precision 等CT已拥有DLR技术。以佳能AiCE(Advanced intelligent Clear-IQ Engine)为例,基于深度学习技术,使用高质量图像来训练深度神经网络,建立人工智能Clear-IQ引擎,在不增加辐射剂量同时,将真实信号从噪声中区分出来,减少噪音对图像分辨率的影像,以保持解剖学真实结构。此外,AiCE直接集成到CT扫描协议中,与工作流程无缝整合,能快速传递鲜明(sharp)、清晰(clear)、有辨识度(distinct)的图像。


佳能人工智能重建引擎:AiCE

技术评价

显著提升图像质量及降低辐射剂量。基于深度学习的重建技术,可能是CT/MR/PET等所有影像设备重建技术的归宿。

3 诊断

人工智能在医学图像辅助诊断方面,已取得了非常瞩目的成绩。CT辅助诊断应用包括两个方向:集成在扫描协议的辅助诊断、独立的辅助诊断应用。

01 集成在扫描协议的辅助诊断

不少CT都集成优秀的辅助诊断技术,限于篇幅,仅列举几项:

1)佳能推出的AI柔性彩色成像技术,在感知扫描的基础上,结合大数据与人工智能技术,对组织不同期形变进行非刚性的“柔性配准”及背景减除,一站式地得到柔性彩色图像。

2)GE推出的基于Edison平台的Revolution Ace CT,1024高分辨率CT影像可以设计更深的神经网络,建立准确率更高的模型:1) 集成的肺结节智能检测,检出率已经稳定在99%,假阳性每个患者平均2个,同时提升了肺结节体积测量的精准度,将肋骨骨折的检出率进一步提高; 2) 基于AI技术的智能卒中成像工具“Fast Stroke with AI inside”实现一键成像,可以直观评估侧枝循环,帮助医生快速诊断和制定治疗方案; 3) 针对64排CT扫查频率很高的冠脉成像问题,Ace的AI inside工具包具备全自动流水线化的冠脉AI后处理功能,包括:自动提取冠脉树、自动标记冠脉分支,还有自动完成狭窄分析、斑块性质分析和心肌灌注等; 4) 针对64排CT设备上比较常见的心率改变时出现冠脉错层的难题,Ace具备全景搏动AI匹配技术,可以有效去除冠脉错层,让冠脉图像呈现更为精准。

3)西门子的AI算法:Alpha解剖部位自动识别技术,既往CT原始数据经过重建后的基础影像需要手动“剪辑”再诊断;基于大数据训练的Alpha算法实现了目标图像的自动重组,在确保更精准诊断的同时,极大降低重复而低效工作量。Alpha 算法覆盖西门子AI技术的多个层面,从智能扫描、智能复核、智能重建,到智能量化。


西门子Alpha算法的部分应用

02 独立的辅助诊断应用

一文盘点CMEF医学影像设备之“最”,盘点了优秀的医学影像AI企业:数坤科技、推想科技、联影智能、深睿医疗、依图、汇医慧影、及腾讯觅影等,涉及心脑血管、肺癌、乳腺、骨折等数十款AI,以数坤和推想的CT产品为例:

1) 数坤“数字心”家族、"数字脑"家族、"数字肺"家族,包括冠心病智能辅助诊断系统(CornaryDoc)、钙化积分CT智能评估系统(CACScoreDoc)、头颈辅助诊断系统(CerebralDoc)、脑灌注智能分析系统(CTPDoc)、肺结节CT智能辅助诊断系统(LungDoc)等产品。例如,CornaryDoc能将冠脉CT影像自动三维重建及判读,并自动输出结构化报告,审核医师只需在自动输出的结果的基础上进行确认和修正。单病例处理时间由原来的大约40分钟缩短到10分钟左右,堪称冠脉诊断报告"拍立得"。


数坤“数字心”家族

2) 推想InferRead系列、InferScholar系列、InferSight系列、InferMatrix系列,涉及产品解决方案、科研、影像大数据智能分析、AI产品与算法集成等。以InferRead的CT产品为例,包括CT肺炎智能辅助筛查和疫情监测系统、CT 肺部疾病智能解决方案、CT 脑卒中智能解决方案、CT 骨疾病智能解决方案等产品。其中,推想肺结节AI,由于其高度智能化、对医生提供了强大的辅助功能,先后获得了欧盟CE、日本PMDA、美国FDA平准、及中国NMPA(三类医疗器械注册证)等四大市场认证。


推想肺结节AI

技术评价

由于早期优秀的AI产品显著提高诊断效率和准确率,AI企业得以度过艰难的初级阶段,有机会和医院建立良性循环,AI企业获得了更高质量的数据,医院获得了更好的用户体验。智能辅助诊断已逐渐深入人心,以后会越来越准,越来越好。

4 平台

苹果之所以强大,不是因为封闭的IOS,而是因为开放的Apple store。同样,人工智能之所以强大并普及,不仅需要高质量数据,更需要承载先进应用的平台

飞利浦推出了“星云医学影像人工智能平台”,包含ISP和ISD两个平台,ISP平台主要支持临床影像诊断,涵盖心脏病学、肿瘤学(肝、肺、乳腺、前列腺等)和神经学; ISD平台是医用科研平台,从人工智能模型训练到人工智能产品临床试用,可以帮助科研机构自行开发算法和工具,实现科研成果向临床应用转化。

西门子推出了基于云端的大数据平台及医疗生态圈“teamplay”,作为整体解决方案,规范不同医院的扫描参数、剂量、使用序列,包括检查时间、类型和时长,放射剂量以及扫描协议等数据。

GE推出了爱迪生数字医疗智能平台(Edison平台),志在做“大集成”平台,让AI公司不用再为数据和模型单打独斗,与合作伙伴共同开发基于Edison平台的数字医疗应用,目前与数坤科技、医准智能、依图、图玛深维、安德医智、强联智创等本土人工智能企业合作。目前Edison平台有140多个不同的智能功能模块组件,覆盖广泛的专业医疗开发功能。例如,疫情期间,GE医疗联合医准智能,基于64排及以下CT设备定制化肺部影像AI辅诊工具,可在8秒之内对300-500张片子进行智能检测,并为医生提供病灶类型、病灶层面、病灶肺段位置等信息。


GE Edison平台引擎

技术评价

占据天时(用户)、地利(技术)、人和(合作)的CT厂商,通过类似“Apple store”集成平台,将新技术源源不断提供给医院用户,形成厂家、AI企业、医院三赢的局面。

5 小结

目前,人工智能已某些成熟的医学影像领域(肺部、心血管)展露光芒。在这个“数据为王”的时代,随着人们对AI辅助的接受程度越来越高,AI企业会获得越来越多高质量数据,会迭代出越来越好的AI产品,会有更多的医院受益。。。

中国核能高质量发展大会

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