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AI 心智結構:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )助力提升腦部掃描分析的速度和一致性

AI 心智結構:神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )助力提升腦部掃描分析的速度和一致性(圖1)

在神經(jīng)影像領(lǐng)域,向來(lái)是一人不抵二智。因此,全球放射科醫生正在探索使用 AI 工具來(lái)分擔繁重的工作負載,并提高腦部掃描分析的一致性、速度和準確性。

悉尼神經(jīng)影像分析中心 (SNAC) 的運營(yíng)總監 Tim Wang 說(shuō):“我們經(jīng)常將手動(dòng)注釋作為神經(jīng)影像的黃金標準,但實(shí)際可能不是這樣。在許多情況下,AI 可提供比手動(dòng)分類(lèi)或分割一致性更高、偏差更小的評估?!?/span>

SNAC 是一家澳大利亞公司,與悉尼大學(xué)的心腦血管中心同地協(xié)作,從事神經(jīng)影像研究以及臨床研究試驗的商業(yè)影像分析。該中心正在構建 AI 工具,以便在其研究工作流程中自動(dòng)執行繁重的分析任務(wù),比如從頭部掃描中分離出大腦圖像,以及分割大腦病灶。

其他算法正在開(kāi)發(fā)中,并正在進(jìn)行臨床使用驗證。有種算法可以比較患者的大腦大小和病灶如何隨時(shí)間變化。另一種算法可以標記重要的腦部掃描,以便放射科醫生可以更快地處理緊急情況。

SNAC 使用由 NVIDIA V100 Tensor Core GPU 提供支持的 NVIDIA DGX-1 和 DGX 工作站,以及配備 NVIDIA GeForce RTX 2080 Ti 顯卡的 PC 工作站。研究人員使用 NVIDIA Clara 醫學(xué)影像工具套件,以及 cuDNN 庫和 TensorRT 推理軟件開(kāi)發(fā)自己的算法。

集思廣益開(kāi)發(fā) AI 解決方案

在研發(fā)藥物時(shí),制藥公司會(huì )通過(guò)進(jìn)行臨床試驗來(lái)測試新藥治療效果,這一過(guò)程通常使用腦萎縮率和病灶變化等腦成像指標作為關(guān)鍵指標。

為確保測量結果的一致性和準確性,制藥公司依賴(lài)于集中式讀取中心在盲法分析中評估受試者的腦部掃描狀況。

SNAC 可以在這方面發(fā)揮作用。它可分析在世界各地的臨床地點(diǎn)獲取的患者 MRI 和 CT 掃描。其在多中心研究方面的專(zhuān)業(yè)知識,讓我們能夠更精準地開(kāi)發(fā)出 AI 工具來(lái)解決放射科醫生和臨床醫生面臨的挑戰。

借助包含 15,000 多張三維 CT 和 MRI 影像的訓練數據集,SNAC 正在使用 PyTorch 和 TensorFlow 框架構建深度學(xué)習算法。

該中心的某個(gè) AI 模型可自動(dòng)執行清理 MRI 影像的耗時(shí)任務(wù),以便將大腦與頭部的其他部分(例如靜脈竇和大腦周?chē)錆M(mǎn)液體的區域)隔離開(kāi)來(lái)。使用 NVIDIA DGX-1 系統進(jìn)行推理,可以讓 SNAC 將此過(guò)程至少加速 10 倍。

Wang 說(shuō):“這中間的差異不容小覷。以前,我們的分析師采用半自動(dòng)方法,要用 20 到 30 分鐘,而現在,這項工作只需使用機器即可完成,所用時(shí)間減少到 2 到 3 分鐘,同時(shí)效果比人類(lèi)更好、更一致?!?/span>

另一個(gè)工具可處理多發(fā)性硬化癥病例的大腦病灶分析。在研究和臨床試驗中,影像分析師通常會(huì )分割大腦病灶,并通過(guò)手動(dòng)檢查掃描來(lái)確定其大小,這一過(guò)程要耗費長(cháng)達 15 分鐘。

AI 可將確定病灶大小所需的時(shí)間縮短為 3 秒。這就使得這些指標也可以用于臨床實(shí)踐,以往由于時(shí)間限制,放射科醫生通常只通過(guò)眼睛簡(jiǎn)單觀(guān)察來(lái)估計病灶大小。

Wang 說(shuō):“通過(guò)提供定量個(gè)性化神經(jīng)影像測量,我們可以幫助簡(jiǎn)化臨床放射過(guò)程并增加其價(jià)值。

該中心與世界大型成像提供商之一 I-MED 以及悉尼大學(xué)心腦血管中心的計算神經(jīng)科學(xué)團隊合作。該中心還與澳大利亞主要醫院的放射科醫生緊密合作,以驗證其算法。

SNAC 計劃將其分析工具與臨床醫生已使用的系統相集成,以便在執行掃描后將結果自動(dòng)發(fā)送到服務(wù)器進(jìn)行處理。然后,AI 評估掃描會(huì )傳送至放射科醫生的查看器,從而在不改變醫生工作流程的前提下為他們提供分析結果。

Wang 說(shuō):“有人確實(shí)可以開(kāi)發(fā)出超棒的工具,但讓放射科醫生在工作站上打開(kāi)另一個(gè)應用程序,或另一個(gè)瀏覽器來(lái)使用該工具卻很困難。他們不想這樣做,因為他們通常每天要做大量的臨床掃描,時(shí)間緊迫?!?/span>

主圖顯示了多發(fā)性硬化癥病灶分割的并排對比。左圖顯示的是手動(dòng)病灶分割,右圖顯示的是全自動(dòng)病灶分割。圖片由悉尼神經(jīng)影像分析中心提供。


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