人工智能硬件和軟件的最新發(fā)展正在徹底改變醫(yī)療設(shè)備的開發(fā)，該技術(shù)現(xiàn)在被廣泛用于實(shí)時(shí)處理、預(yù)測和可視化醫(yī)療數(shù)據(jù)。人工智能被用于 350 多種 FDA 批準(zhǔn)的醫(yī)療設(shè)備，以及無數(shù)更多在醫(yī)療保健環(huán)境中提供運(yùn)營節(jié)省的設(shè)備。

英偉達(dá)公司醫(yī)療保健副總裁金伯利鮑威爾說：“我們現(xiàn)在可以將人工智能放入儀器中，這意味著魔法開始發(fā)生?！?/p>

例如，Caption Health開發(fā)了一種超聲系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用 AI 為操作員提供超聲圖像的指導(dǎo)和解釋權(quán)。額外的指導(dǎo)意味著范圍廣泛的衛(wèi)生保健工作者可以進(jìn)行超聲檢查，而不僅僅是專業(yè)的超聲醫(yī)師。選擇要執(zhí)行的掃描類型后，系統(tǒng)會(huì)引導(dǎo)操作員獲得高質(zhì)量的圖片，包括用箭頭顯示探頭的移動(dòng)方向。

“你不斷地對(duì)傳入的探測數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算機(jī)視覺，因此你可以指導(dǎo)他們?nèi)ツ睦?，”鮑威爾說。“我們的解剖結(jié)構(gòu)非常相似，你可以讓它們進(jìn)入該區(qū)域，然后當(dāng)它檢測到它們?cè)噲D測量的任何東西時(shí)，它可以停止并自動(dòng)進(jìn)行測量。”

這是第一個(gè)獲得 FDA 批準(zhǔn)的同類系統(tǒng)。至關(guān)重要的是，它是一個(gè)物理上很小的系統(tǒng)，可以根據(jù)需要在醫(yī)院周圍移動(dòng)，或者結(jié)合減輕對(duì)訓(xùn)練有素的專業(yè)人員的要求，它可以更容易地用于現(xiàn)場或世界上訓(xùn)練有素的超聲醫(yī)師較少的部分地區(qū).

“我們現(xiàn)在擁有可以進(jìn)入該設(shè)備內(nèi)部并在該設(shè)備中執(zhí)行大量人工智能的計(jì)算架構(gòu)，以提供用戶體驗(yàn)和您可以從數(shù)據(jù)中捕獲的信息洞察力的保真度，”鮑威爾說。

人工智能還有助于使 MRI 和 CT 掃描儀小型化。今天的 MRI 機(jī)器通常需要填滿整個(gè)房間的基礎(chǔ)設(shè)施。Hyperfine制造了一臺(tái)支持人工智能的便攜式 MRI 機(jī)器——它可以在醫(yī)院周圍移動(dòng)到病人的床邊或手術(shù)室。該系統(tǒng)名為 Swoop，已獲得 FDA 批準(zhǔn)并已投入使用，為加拿大偏遠(yuǎn)地區(qū)和更遠(yuǎn)地區(qū)的患者提供服務(wù)。

在這種情況下，人工智能可以通過校正噪聲較大的圖像，從便攜式 MRI 掃描儀中獲得良好的結(jié)果。這意味著可以使用較低的場強(qiáng)和較低質(zhì)量的傳感器，而人工智能彌補(bǔ)了圖像保真度的差異。Powell 將這項(xiàng)技術(shù)與智能手機(jī)過濾器進(jìn)行了比較，后者可以在自拍中偽造光滑的皮膚：因?yàn)槲覀冎雷罱K結(jié)果應(yīng)該是什么樣子，這使得校正噪音變得更容易，她說。

鮑威爾說，人工智能也在徹底改變外科手術(shù)，特別是對(duì)于現(xiàn)代的微創(chuàng)手術(shù)技術(shù)，在這種技術(shù)中，外科醫(yī)生只能通過攝像頭觀察身體。

“你可以在攝像機(jī)視圖上添加很多非常強(qiáng)大的信息——不要切割這個(gè)血管，這里的解剖結(jié)構(gòu)是什么——你真的可以幫助醫(yī)生確定方向，”她說?！癧外科醫(yī)生]現(xiàn)在可以在這些模擬環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練，以準(zhǔn)確了解他們將要執(zhí)行的程序以及他們將要采取的軌跡?！?/p>

患者隱私

是否擔(dān)心人工智能增強(qiáng)的嘈雜圖像會(huì)開始看到實(shí)際上并不存在的東西？

鮑威爾說，雖然可能出現(xiàn)誤報(bào)，但新型人工智能設(shè)備與任何其他醫(yī)療設(shè)備（包括臨床試驗(yàn)）經(jīng)歷了同樣嚴(yán)格的監(jiān)管程序：“從質(zhì)量保證和監(jiān)管的角度來看，它們經(jīng)歷了同樣的盡職調(diào)查他們必須經(jīng)過臨床試驗(yàn)階段；他們必須提供證據(jù)。FDA 和監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)你如何定義它是否按照它應(yīng)該執(zhí)行的方式執(zhí)行同樣非常嚴(yán)格的裁決。”

有超過 350 種 FDA 批準(zhǔn)的醫(yī)療設(shè)備具有基于 AI 的功能。Powell 指出，還有更多應(yīng)用程序不在監(jiān)管路徑上，包括有助于提高運(yùn)營效率的 AI 應(yīng)用程序，其中數(shù)千個(gè)應(yīng)用程序目前正在使用中。

“人類從開始到結(jié)束獲取醫(yī)學(xué)圖像所需的工作量很大，”她說。她補(bǔ)充說，這包括潛在錯(cuò)誤的數(shù)量和時(shí)間，因此提高運(yùn)營效率的潛力很大?！澳栽谙?qū)⒔邮芑蚓芙^建議的醫(yī)生提供信息?！?/p>

與現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)一樣，無論在何處捕獲患者的圖像，都需要解決隱私問題。在設(shè)備本身中實(shí)時(shí)執(zhí)行人工智能，而無需將圖像傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行處理，這會(huì)有所幫助。

“事實(shí)上，我們已經(jīng)將患者數(shù)據(jù)數(shù)字化了 20 年。這只是[一個(gè)]數(shù)據(jù)如何流動(dòng)以及誰可以訪問它的問題，”鮑威爾說?！氨仨氈贫ㄟm當(dāng)?shù)姆ㄒ?guī)，并且必須非常仔細(xì)地照顧業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)協(xié)議和所有這些，無論是對(duì)于數(shù)據(jù)的提供者還是接收數(shù)據(jù)的任何人。這只是事實(shí)?！?/p>

Powell 指出，對(duì)于人工智能輔助機(jī)器人手術(shù)，在體內(nèi)拍攝的圖像無法識(shí)別患者。Nvidia 的醫(yī)療設(shè)備人工智能計(jì)算平臺(tái)Clara Holoscan還包括去識(shí)別步驟，例如自動(dòng)刪除包含皮膚和頭發(fā)的圖像（可能用于識(shí)別患者）——這些圖像無論如何對(duì)機(jī)器人外科醫(yī)生來說都是無用的。

“這需要患者的信任，但我認(rèn)為最終，我們都越來越習(xí)慣[被攝像機(jī)拍到]，”鮑威爾說，并補(bǔ)充說，即使是今天的門鈴也使用基于云的人工智能處理視頻片段. “但對(duì)于我合作過的所有公司來說，去識(shí)別化是他們首先開發(fā)的人工智能列表的首位?！?/p>

開發(fā)限制

今天在醫(yī)療設(shè)備中使用人工智能有哪些限制？Powell 列出了三個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域：處理性能、AI 訓(xùn)練和 AI 算法。

第一個(gè)是功能強(qiáng)大的計(jì)算平臺(tái)，可以實(shí)時(shí)處理復(fù)雜的人工智能，而無需將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，這就是英偉達(dá)開發(fā) Clara Holoscan 的原因。

Clara Holoscan 是 Nvidia 的三個(gè)機(jī)器人平臺(tái)之一（其他平臺(tái)是 Drive，用于自動(dòng)駕駛汽車，Isaac，用于在人類環(huán)境中運(yùn)行的機(jī)器人）。它包括硬件（基于 Nvidia Jetson AGX Orin）和為醫(yī)療設(shè)備開發(fā)量身定制的軟件。

“我們稱它為機(jī)器人平臺(tái)，因?yàn)樗娴氖菫榱藙?chuàng)造實(shí)時(shí)智能儀器，”鮑威爾說，并補(bǔ)充說，雖然未來機(jī)器人可能會(huì)在沒有幫助的情況下進(jìn)行手術(shù)，但未來的 X 光機(jī)或醫(yī)用顯微鏡也可能被歸類為機(jī)器人，如果他們里面有一個(gè)機(jī)器人放射科醫(yī)生或科學(xué)家，正在查看照片是否有異常。

Clara Holoscan 可以連接任何類型的醫(yī)療傳感器——無論是超聲波、內(nèi)窺鏡還是 CT 機(jī)器——都可以實(shí)時(shí)完成強(qiáng)大的 AI 計(jì)算。其他醫(yī)療特定功能包括高速 I/O、醫(yī)學(xué)物理、醫(yī)學(xué)圖像和數(shù)據(jù)的 AI 處理以及 3D 圖形渲染加速。

“在這種環(huán)境中，實(shí)時(shí)的本質(zhì)是，你實(shí)際上是在幫助循環(huán)中的人類更好地工作，”鮑威爾說?！癈lara Holoscan 不僅如此……它還為醫(yī)療設(shè)備創(chuàng)造了特斯拉時(shí)刻?！?/p>

鮑威爾描述了過去醫(yī)療設(shè)備的保質(zhì)期可能為 10 年。借助 Nvidia 的平臺(tái)，可以根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建和上傳新的 AI 算法，以使機(jī)器更智能。這可以在空中完成。結(jié)果是醫(yī)療設(shè)備制造商將其商業(yè)模式轉(zhuǎn)向軟件即服務(wù)。

“現(xiàn)在他們擁有了一個(gè)計(jì)算平臺(tái)，不僅具有很強(qiáng)的人工智能能力，而且可以運(yùn)行這些實(shí)時(shí)應(yīng)用程序，而且可以遠(yuǎn)程更新，”鮑威爾說。“這幾乎就像為您的醫(yī)療設(shè)備帶來云功能，以便可以部署新的應(yīng)用程序，并且這些傳感器每隔幾周就會(huì)變得越來越好。從經(jīng)濟(jì)角度來看，這對(duì)他們來說非常令人興奮?！?/p>

Nvidia 的 Clara Holoscan 平臺(tái)專為醫(yī)療設(shè)備應(yīng)用中的實(shí)時(shí) AI 而設(shè)計(jì)。（來源：英偉達(dá)公司）

訓(xùn)練數(shù)據(jù)

在醫(yī)療設(shè)備中阻礙人工智能的另一件事是可用于訓(xùn)練醫(yī)療人工智能的訓(xùn)練數(shù)據(jù)數(shù)量有限，特別是那些尋找罕見疾病或病癥的人工智能。這里的解決方案是更多的人工智能，特別是使用人工智能為特定疾病創(chuàng)建合成訓(xùn)練數(shù)據(jù)。

例如，英偉達(dá)和倫敦國王學(xué)院最近宣布，他們使用英偉達(dá)的 Cambridge-1 超級(jí)計(jì)算機(jī)創(chuàng)建了一個(gè)包含 100,000 個(gè)大腦合成圖像的數(shù)據(jù)集，可用于構(gòu)建 AI 以加速對(duì)癡呆癥、帕金森病和其他腦部疾病的理解。人工智能可以為實(shí)際數(shù)據(jù)集中可能服務(wù)不足的特定人群創(chuàng)建大腦圖像，例如女性或年輕人，或患有特定疾病的人。同一團(tuán)隊(duì)希望在任何醫(yī)學(xué)成像模式（MRI、PET 掃描、X 射線等）中將覆蓋范圍擴(kuò)大到人體解剖結(jié)構(gòu)的任何部分。

最后一個(gè)限制因素是醫(yī)療人工智能算法的發(fā)展。為了解決這個(gè)問題，Nvidia 構(gòu)建了一個(gè)名為MONAI的醫(yī)療專用 AI 框架。這個(gè) AI 框架包含標(biāo)記數(shù)據(jù)、創(chuàng)建合成數(shù)據(jù)、訓(xùn)練模型、在現(xiàn)實(shí)世界中驗(yàn)證模型，然后將它們連接到 Clara Holoscan 平臺(tái)進(jìn)行部署所需的所有工具。這個(gè)開源平臺(tái)針對(duì)醫(yī)學(xué)成像的獨(dú)特格式、分辨率和元數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化。

“過去只有在他們的人工智能研究實(shí)驗(yàn)室里非常有錢和有名的人才能做這些事情——我們?cè)噲D讓它變得非?？捎?，”鮑威爾說，并補(bǔ)充說，當(dāng)新的醫(yī)學(xué)論文發(fā)表時(shí)，它們會(huì)盡快被添加到 MONAI盡可能?！拔覀儗⑺苯臃湃脒@個(gè)開源科學(xué)框架中，以便世界可以快速復(fù)制它并以此為基礎(chǔ)。這就是創(chuàng)新步伐如此之快的原因——正是因?yàn)槿斯ぶ悄苌鐓^(qū)真正向世界灌輸了這個(gè)開放科學(xué)、開放創(chuàng)新的世界，這很好。

“我認(rèn)為人工智能應(yīng)該民主化，以使其保持安全和高效，”她補(bǔ)充道。

審核編輯 黃昊宇