人工智能在CT掃描中的應用

人工智能(AI)在CT中的應用影像中心人工智能是計算機科學的一個分支，該領域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。人工智能從誕生以來，理論和技術日益成熟，應用領域也不斷擴大，未來人工智能帶來的科技產(chǎn)品，將會是人類智慧的“容器”。AI人工智能（ArtificialIntelligence），英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學。AI在醫(yī)學影像中的進展日前，“2017首屆國際醫(yī)療人工智能大會”在上海舉行，多位業(yè)界知名的人工智能專家及醫(yī)療名家齊聚上海灘巔峰對話，報道了正在進行的AI醫(yī)學影像輔助早癌篩查的臨床預試驗項目，發(fā)現(xiàn)早期食管癌準確率達90%。利用人工智能和圖像識別的技術可輔助基層的醫(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)計委“十三五”規(guī)劃明確提倡，應充分發(fā)揮人工智能的引領作用。AI在CT中的應用全面、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)來幫助提高整體掃描工作流程?？墒沟迷緩碗s而冗長的掃描流程變得簡單而迅速，讓醫(yī)生能有更多的時間和精力來關注他們的病人而不是對著操作屏幕。2 .自動識別并迅速設定理想的掃描區(qū)域，消除了復雜并依賴經(jīng)驗的人為設定，確定掃描和重建范圍只需簡單一點，避免人為操作錯誤帶來不必要的風險。3. 智能掃描承擔了所有繁復的工作，它能基于器官特征識別感興趣區(qū)，并預先設定相應的掃描參數(shù)。這讓掃描設定工作變的簡單直接，即使對于最少經(jīng)驗的操作醫(yī)生也變得方便快速。4. 保護病人避免過量輻射。自動的掃描范圍設定能夠精確的覆蓋需要掃描的地方避免多余的掃描范圍，也可以避免由于錯誤的掃描范圍不得不重做掃描。5.高比例的標準掃描可以增加診斷結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)化結果，還能減少病人等待時間，提高病人的舒適度。智能影像后處理系統(tǒng)豐富的高級臨床應用功能，如心臟、血管、神經(jīng)、肝臟、腫瘤以及骨骼等，全方位實現(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’鍵高級腦灌注后處理‘0’鍵高級結腸后處理當CT病例傳送到工作站時，預處理功能自動識別CT圖像的解剖部位，進行后臺并行預處理，無需人工操作，比如當醫(yī)生需要進行CT心臟冠脈診斷報告時，只需點擊打開CT圖像，所有診斷信息即刻呈現(xiàn)。依據(jù)統(tǒng)計，高級自動預處理功能可節(jié)省醫(yī)生80%以上的影像處理時間，大大減輕了診斷醫(yī)生繁重的工作負擔。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淼膫斡袄萌碌乃惴ㄓ行コ?，充分展現(xiàn)解剖生理結構，有利于醫(yī)生對病變做好診斷。CAD：計算機輔助診斷在醫(yī)學中的應用可追溯到20世紀50年代。1959年，美國學者Ledley等首次將數(shù)學模型引入臨床醫(yī)學提出了計算機輔助診斷的數(shù)學模型，并診斷了一組肺癌病例，開創(chuàng)了計算機輔助診斷的先河；1966年，Ledley首次提出"計算機輔助診斷"(computer-aideddiagnosis,CAD)的概念。全面、智能的輔助診斷分析系統(tǒng)CAD計算機輔助診斷（computeraideddiagnosis，CAD）或計算機輔助檢測（computeraided detection，CAD）是指通過影像學、醫(yī)學圖像處理技術以及其他手段，結合計算機的分析計算，輔助發(fā)現(xiàn)病灶，提高診斷的準確率?，F(xiàn)在常說的CAD技術主要是指基于醫(yī)學影像學的計算機輔助診斷技術。計算機輔助檢測（CAD）重點是檢測，計算機只需要對異常征象進行標注，在此基礎上進行常見的影像處理，并無需進行進一步診斷。即，計算機輔助診斷是計算機輔助檢測的延伸和最終目的，相應地，計算機輔助檢測是計算機輔助診斷的基礎和必經(jīng)階段。CAD技術又被稱為醫(yī)生的“第三只眼”，CAD系統(tǒng)的廣泛應用有助于提高醫(yī)生診斷的敏感性和特異性。建立深度學習神經(jīng)元數(shù)學模型，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特征，學習和模仿醫(yī)生的診斷技術。神經(jīng)網(wǎng)絡模型化降低維度特征構建參數(shù)求導識別人工智能深度學習技術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構進行全自動化識別心臟影像的分析軟件從對心臟冠狀動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新的高度。四腔心臟功能檢測技術，不僅可以進行常規(guī)心室功能計算，且可提供心房功能的參數(shù)細節(jié)，從而打破了CT檢測心臟功能只局限于左心室或者單純通過測量EF進行診斷的禁錮，對于像“無癥狀性心力衰竭”或者特殊的肺心病等心臟功能不全的患者能夠及時準確的作出診斷。心室和心房容積射血分數(shù)每搏輸出量心臟輸出量左心室的壁質(zhì)量、運動和增厚使用Simpson或segmentation雙計算方法用體表面積標準化功能結果心房被動排空分數(shù)心房被動排空容積心臟分析智能化流程向?qū)У谝徊剑盒呐K自動結構識別（冠脈、心房及心室四腔解剖分割）第二步：冠脈樹自動提取及3D顯示（提供9種血管3D顯示模式）第三步：冠脈自動測量及分析（狹窄部位直徑、面積及百分比等測量、拉直和IVUS等多種視圖顯示）第四步：自動全心功能分析其它心臟分析軟件心肌灌注評估分析（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冠脈斑塊評定（CTCardiacPlaqueAssessment）:可實現(xiàn)對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，來對腔內(nèi)病變進行定性和區(qū)分。CT鈣化積分（CTCalciumScoring）：快速量化冠狀動脈鈣化程度，可以用Mass、Agatston和容積積分報告結果。電生理手術計劃（CTEPPlanning）：是一種用于術前及術后的手術計劃工具，可以使臨床醫(yī)生在進行介入性射頻消融手術前獲得左心房及肺靜脈的解剖視圖，可以協(xié)助術后的病患隨訪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，并自動計算顯示腦灌注缺血半暗帶區(qū)，同時可以提供腦血管多維影像重建。顱腦血管智能分析AVA（AVA：AdvancedVesselAnalysis）高級血管智能分析軟件包（AVA）全面實現(xiàn)CT全身外周血管的全自動智能化后處理：自動識別并提取全部血管，自動去骨、智能血管辨認、狹窄分析測量等。只需簡單的幾步，就可以得到精細而優(yōu)質(zhì)的頭頸血管、腹主動脈、腸系膜細小動脈以及四肢血管等全身血管圖像。高級血管智能分析軟件的特色功能：全自動去骨，無需剪影，完美實現(xiàn)血管與骨骼的自動分離全自動血管分析功能全自動血管狹窄分析功能高級血管自動量化分析功能自動探針分析血管智能血管識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）：無需標準體模，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，為用戶提供精確的計算結果。軟件自動計算T值、Z值，支持多病例跟蹤，以及完全的彩色顯示和報告功能。肋骨平鋪：將肋骨進行平展，可以全面展示骨折、骨裂等細微病變，同時系統(tǒng)自動識別和標記肋骨解剖位置。脊柱標識：將脊柱的二維圖像按照解剖生理位置自由角度重建，同時標注脊柱解剖位置，更方便醫(yī)生進行迅速診斷。多模態(tài)腫瘤追蹤軟件簡化隨訪和療效評估工作流程通過使用CT、MR、PET/CT和SPECT/CT數(shù)據(jù)，對多組肝癌隨訪病例進行對比分析，檢測疾病狀態(tài)，包括疾病惡化或療效評估。可對多達8組肝癌隨訪病例的影像檢查結果進行對比分析，最多可同時支持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），支持同一時間點不同掃描序列之間的配準PET圖像自適應閾值病灶分割CT/MR圖像一鍵式智能分割量化顯示所有分割部分，參數(shù)顯示伴隨鼠標支持多種國際標準計算：WHO、RECIST1.0、RECIST1.1、CHO、PERCIST、mRECIST其它分析軟件肝臟節(jié)段分析軟件CTLiverAnalysis虛擬結腸鏡分析軟件VirtualColonoscopy結腸息肉計算機輔助診斷CTVirtualColonCARCT報告功能模塊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術前規(guī)劃利用肝臟三期掃描的門靜脈期相數(shù)據(jù)對肝臟進行自動識別，完成門靜脈和肝靜脈自動分割。同時提供半自動及手動化的編輯工具以便在需要的時候?qū)Ψ指罱Y果做更好的調(diào)整。零鍵點擊自動識別分割肝實質(zhì)和血管結構提供多種國際標準肝分段方法，最多達9段全方位指導肝臟消融計劃，入路、角度、深度、電極形態(tài)尺寸等精確指導肝段切除手術計劃，三維同步切除或添加目標肝段多種參數(shù)量化評估，灌注偽彩圖、參數(shù)表格及曲線，全面、直觀體現(xiàn)肝臟各部代謝能力CT智能肺結節(jié)評估軟件CT肺結節(jié)評估軟件探測和量化分析肺部結節(jié)病變，實現(xiàn)肺癌的早期篩查和診斷。同時還可以運用容積測量方法對早期肺結節(jié)和后期變化進行可靠的評估診斷或者療效評估。手動單擊快速結節(jié)檢測結節(jié)自動匹配單擊快速定位病灶結節(jié)對比量化分析，如有效直徑、倍增時間低劑量CT肺癌篩查有效降低死亡率20%①CAD自動結節(jié)檢測優(yōu)點：CAD自動結節(jié)檢測②手動確認③自動匹配及對比分析④表格統(tǒng)計迅速增長讀片工作量有限數(shù)量放射醫(yī)生細小病變易漏診放射科醫(yī)生面臨的挑戰(zhàn)33%4%20%23人工智能肺結節(jié)的識別優(yōu)勢23多發(fā)磨玻璃結節(jié)微小結節(jié)血管旁小結節(jié)可自動標記出CT各層面上的疑似結節(jié)，輔助醫(yī)生快速、精準完成肺癌篩查，自動分析<1分鐘，醫(yī)生需用時約15分鐘。展 望AI在醫(yī)學影像中的應用方興未艾，在CAD中的應用很多都處于初步階段。AI在精準醫(yī)學、影像組學的研究中起到?jīng)Q定性的作用。精準醫(yī)學美國醫(yī)學界在2011年首次提出了“精準醫(yī)學”的概念，2015年美國總統(tǒng)奧巴馬在國情咨文演講中宣布了新的項目計劃：精準醫(yī)療計劃。希望以此可以引領一個醫(yī)學新時代。以個體化醫(yī)療為基礎、通過基因組、蛋白質(zhì)組等組學技術和醫(yī)學前沿技術，對于大樣本人群與特定疾病類型進行生物標記物的分析與鑒定、驗證與應用，從而精確尋找到疾病的原因和治療的靶點，并對一種疾病不同狀態(tài)和過程進行精確分類，最終實現(xiàn)對于疾病和特定患者進行個體化精準治療的目的,提高疾病診治與預防的效益。精準醫(yī)療的四個要素（精確、準時、共享、個體化）。影像組學（Radiomics）組學（-omics）是英文后綴，意為一些種類個體的系統(tǒng)集合。2003年Baumann等首次提出放射基因組學（Radiogenomics）的概念，并未針對影像學表型的異質(zhì)性與基因表達的差異性進行相關研究。2012年，荷蘭學者Lambin等正式提出了影像組學的概念，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，影像組學的定義進一步擴展為：從CT、PET或MRI等醫(yī)學影像圖像中高通量地提取并分析大量高級、定量的影像學特征，是多學科、多種成像技術的整合，區(qū)別于傳統(tǒng)影像學，其有望成為精準影像醫(yī)學的重要基石。影像組學與精準醫(yī)學20