但作为一个涉及多门学科的难题,任何一方都无法全面地阐发医学影像AI。
在日前结束的图像打算与数字医学国际研讨会(ISICDM2017)上,430多位来自傲息科学(含打算机与电子工程等学科)、数学与医学等领域的专家学者与临床年夜夫聚首成都,环绕人工智能+医疗、医学图像剖析这类话题展开深入的互换与磋商。
纽约州立大学的打算机科学与运用数学家顾险峰教授首先深入浅出地先容了几何方法在医学影像剖析中的深刻运用,斯坦福大学医学物理中央主任邢磊教授居高临下地综述了放疗技能的历史与现状、寻衅与机遇。
随后,江苏省公民医院放射科唐立钧博士做了一期以“影像科年夜夫的思维办法”为题目的精彩报告,意在让算法研究者们理解影像科年夜夫做的事情。与此同时,唐立钧博士也分享了自己对当前医疗AI的意见,引发听众的强烈反响,报告之后许多理工科专业职员与唐立钧博士开展了长达近一个小时的互换,气氛十分热烈。
唐立钧博士认为,虽然目前市场上有这么多AI医学影像产品,但它们给放射科年夜夫带来的帮助仍旧十分有限,更别说代替影像科年夜夫。
之以是会涌现这样的反差,根本缘故原由在于外界人士和AI医疗企业并不清楚影像科年夜夫到底是如何思考和事情的。影像科年夜夫要做的事情实在非常繁芜,并非外界所想像的那样“光看电影就行了”。
以下是唐立钧博士的报告内容,雷锋网对其做了不改变原意的编辑:
最近很多人都在说,随着AI技能的发展,十年后影像科年夜夫将不复存在。但事实上,他们并不知道影像科年夜夫是干什么的。不仅医院表面的人不知道,很多医院里面的人也不清楚,他们连影像科有哪些组成部分、详细做哪些事情都不太理解。下面我就来大略先容一下。
医学影像的诊断原则
医学影像的诊断原则紧张有四点:
首先是熟习正常。
影像科年夜夫须要熟习各种不同的影像检讨技能。影像技能分很多种,医院里常规利用的就有超声、CT、磁共振、PET和核医学等。影像科年夜夫在做诊断之前,必须熟习所有这些技能,以及各种检讨方法的正常影像表现。
其次,影像科年夜夫还要熟习人体各个部位的解剖学变异。由于人跟人之间的差异是巨大的,双胞胎乃至同卵双胞胎之间都存在差异,这也正是我们为什么要用深度学习和各种数学模型对人体进行剖析的缘故原由。
此外,影像科年夜夫还要熟习不同性别和年事组的器官和构造之间的差异。比如,一样平常情形下,男性比女性更加高大,但也有例外的情形,有些女性长得也很高大,反而有些男性长得很娇小。以是要熟习不同性别之间的差异。
其余,人类的发展过程中,从孩子到青年、中年、老年,各个器官和系统也在不断发生变革。影像科年夜夫要知道这是正常的影像表现。
末了,还要熟习图像上的伪影。如果你是搞CT和磁共振的,就知道CT和磁共振是根据loaddata重修出来的影像。重修的过程中有可能产生各种各样的伪影,这是由机器物理特性造成的伪影。
再比如,从前做胸CT扫描和拍胸片的时候,年夜夫会叫病人屏住呼吸,这是为了减少器官运动产生的伪影。作为一个影像科年夜夫,你须要熟习正常的扫描和拍片过程,并在此根本上解读伪影。否则就会把伪影当成真实的影像,把它算作病变。
其次,影像科年夜夫还要能辨认非常,即能够创造受检器官和构造的形态变革。
比如,做CT扫描,你要知道器官和组织的密度有没有发生变革;做超声扫描,你要能创造反应有没有变革;做磁共振,要懂得不雅观察细胞的强度有没有发生改变。创造非常后,你还须要判断这些非常是否代表了病变。要做到这些,就必须对疾病的病理和生理变革有足够的理解。
接下来还要剖析归纳。
什么叫做剖析呢?便是要不雅观察病变的位置和分布等信息。为什么要不雅观察这些?由于有些病变,其特色便是发生在特定的位置,具有特定的分布形态和病变数目。其余,不同病变的形状也不尽相同,有圆形的、片状的、不规则的等等。病变的边缘也有所差异,比如肿瘤。不同肿瘤的成长办法是不一样的,有些肿瘤长得慢,边缘就比较光滑;有些肿瘤长得快,边缘就会产生毛刺;这可以作为区分良性和恶性肿瘤的依据。
接下来还要看病变的密度。密度紧张是针对CT和X线而言的,指它产生的density。与之对应的还有超声技能的超声回波和磁共振技能的旗子暗记强度。
末了还要剖析器官的功能变革。比如剖析心脏的厚度有没有变革,紧缩和舒张功能分别是若何的。心脏又分为四个腔室,右心房、右心室、左心房、左心室,它们的功能分别发生了哪些变革,也须要逐一剖析。
附近组织和器官的变革也值得把稳。如果病人的肝脏上长了一颗肿瘤,那么年夜夫就要看看他周围的胃和胰腺有没有发生变革。这些都会对年夜夫的诊断起到提示浸染。
那么,什么叫做归纳呢?便是把前面不雅观察到的各类影像特色归纳到一起,进行对照、剖析和评估,判断其背后的病理意义和病理根本,得出初步的诊断结果。
末了,影像科年夜夫还要进行综合诊断。
有时候仅靠影像特色无法终极判断病人的病情,这时就须要结合他的临床资料进行综合诊断。比如,我们根据影像判断出某个病人可能患了肺癌或肺结核,同时临床资料显示,该病人有低烧、潮热、瘦削等症状,我们就能判断这个病人患的是肺结核而非肺癌。
影像学诊断有两大难点——异病同影和同病异影。 异病同影是指不同的疾病在影像表现上是同等的,这时候就须要通过其他方法来鉴别。同病异影则是指,同一种疾病在不同阶段的影像表现是不同的。比如常见的肺结核可以分为四期:原发综合征期间,肺门部会涌现一个哑铃状的淋巴结肿大;逐步变成急性肺结核后,肺部可能会产生一个直立状的急性扩散型构造;到了慢性阶段和经由治疗后,则又有可能涌现一个空洞型的肺结核。
此外,并非所有的疾病都有非常的影像表现,有些疾病通过某一种检讨手段是辨别不出来的,须要借助其他手段加以鉴别。
影像学表现紧张还是大体的病理表现,如果疾病没有形成大体的病理表现,影像科年夜夫是看不出来的。这便是影像学和病理学的差异。影像科看到的是森林和树木,病理科看到的则是树叶。两者可以是干系和相邻的,也可以是不干系和不相邻的。
医学影像的诊断步骤
前面先容了影像科年夜夫的诊断原则,下面再讲讲医学影像诊断的步骤。医学影像诊断的步骤可以分为四个方面:
一.理解影像学检讨的目的。
一个病人到影像科和放射科做检讨肯定是有目的的,影像科的年夜夫要知道,病人究竟是带着什么目的来做检讨的。
如果病人是初诊,那么他的目的可能是诊断疾病或者打消疾病。如果病人是治疗后来做检讨,那么他很可能是要不雅观察治疗的效果,比如肿瘤经由治疗后究竟是假的增长,还是真的增长了。
还有一种情形,临床诊断已经明确后再来做影像学检讨,那么它的目的是什么呢?不雅观察疾病的分期情形,这对治疗起着决定性的浸染。比如结肠癌的治疗,如果是早期治疗,可能在内镜下做一个套切就没事了;但如果病变已经侵害到了基层,治疗方法就不同了,须要开腹将肿瘤切除。乃至暂时不能手术切除,要先做化疗,等病灶缩小后再进行手术。
其余,临床诊断还不完备清楚的情形下也须要做影像检讨,为诊断供应帮助。
二.选择得当的影像检讨手段。
针对不同的检讨目的,年夜夫选择的影像检讨手段是不一样的。年夜夫必须明确每种影像检讨手段的成像技能和检讨方法。
有的病人会抱怨,我到医院看病,年夜夫连看都不看我,就让我又做超声,又做CT。做CT已经这么贵了,为什么还要做磁共振?问这种问题的绝对是生手。如果CT能办理所有问题,还发明磁共振干嘛?如果发明了磁共振就能办理所有问题,还要发明PET干什么?
每一种检讨设备或检讨手段都有其优缺陷。影像科年夜夫必须理解各种检讨手段的技能、事理和优缺陷。
三.确定图像质量是否符合诊断哀求。
前面提到过,病人来做检讨一定是带有目的的,这个图像是否能达到病人的目的呢?如果达不到,就须要再做其他检讨,或者结合临床资料。
四.全面不雅观察,负责剖析。
所谓全面不雅观察,是指要不雅观察所有体位的图像。年夜夫给病人拍胸部、足部或者膝枢纽关头的X片,每每不会只拍一个位置,而是会拍正斜位、正侧位,乃至第三个位置。通过各个体位的图像来不雅观察其解剖构造和解剖构造的变革。对付CT和磁共振技能,则须要对所有层面进行不雅观察。
此外,还须要进行比拟不雅观察。比如,比拟不同检讨手段的图像,不雅观察CT拍出来的图像是什么样的,磁共振拍出来的图像又是什么样的。再比如,比拟影像的动态变革。有时候年夜夫会见告病人,过三个月来复查,为什么要复查呢?由于随着韶光流逝,年夜夫可以不雅观察到疾病的变革。比如,在没有经由活检的情形下,如何诊断肺癌呢?方法之一便是动态不雅观察,通过三个月或者半年的随访复查来比拟它有没有增长或缩小。肺癌有特定的倍增韶光,这里须要用图像分割技能来准确判断它的倍增韶光,从而诊断它到底是不是肺癌。
全面不雅观察非常的大小、数目和范围,并初步剖析其是否属于同一种疾病的病理表现后,年夜夫还须要结合临床资料做进一步判断。什么是临床资料呢?临床资料包含病人的年事、性别、职业史、打仗史、成长和居住地、家族史、症状、体征、检讨结果等信息。
我们知道,不同年事和性别的人群,其好发疾病类型是不一样的。比方说,年夜夫在病人的肺门部分创造了肿块,首先要看病人的年事,如果病人是个小孩,那么他患的可能是肺结核、白血病或者淋巴瘤;如果病人是老年人,年夜夫就该当当心这是不是肺癌。再比如,干细胞癌好发于男性,干细胞腺癌——尤其是胆管癌,则好发于女性。
职业史和打仗史是如何影响诊断结果的呢?
职业史。如果一个矿工——尤其是矽矿的矿工,肺部涌现了小结节,年夜夫就须要考虑到这可能是职业病的表现。
打仗史。如果一个病人从非洲的埃博拉病毒盛行区域回来后发热了,年夜夫首先就要想到,病人可能传染了埃博拉病毒。
成长地和居住地。西北牧区是包虫病的多发地带。如果某个居住在牧区里的病人涌现了肝脏肿块,年夜夫就须要考虑他是不是可能患了包虫病。
家族史对疾病的诊断也非常主要。我们都知道,很多疾病是天生的,和基因有关。虽然并非你携带了某种基因就一定会发病,由于遗传病还涉及显性遗传和多个基因协同浸染,但年夜夫在做诊断时常常要考虑这方面的成分。比如某个患有多囊肾的家族,其后代的肾脏上涌现了多个囊性的改变,年夜夫就须要考虑他患有多囊肾的可能性。多囊肾很恐怖,没法治,是天生的。
临床的症状体征和随时检讨,是年夜夫进行影像诊断的紧张参考依据。这些资料可以支持也可以否定年夜夫的影像学诊断。
比如年夜夫给病人做CT或者胸部X线检讨,创造了亚断或者肺亚断这样的渗出性病变,根据影像诊断,年夜夫判断这个病人很可能得了肺炎。但他临床上并没有急性炎症的表现,体温和血象都没有升高,年夜夫就不能做出“这个病人患了肺炎”的终极诊断。相反的,由于这个病人有突发的胸部病史和下肢的身体血栓,年夜夫须要考虑,是不是病人下肢深静脉的血栓脱落跑到了肺动脉里,引起了肺栓塞。
肺炎和肺栓塞的治疗是完备不同的。肺部传染只须要抗传染就可以了,肺栓塞则凶险得多,急性肺栓塞严重时可能导致病人猝去世。
医学影像究竟可以做哪些诊断?
前面先容了影像学诊断的步骤,接下来讲讲影像学究竟可以做哪些诊断。
大家千万不要以为,到影像科出一个报告,就能知道是什么病,这是不可能的。
影像学诊断分为三种,第一种是肯定性诊断。可以做肯定性诊断的疾病,每每在影像表现上具有特色性。根据临床资料、体征和实验室检讨,影像检讨不仅可以做出准确的定位诊断,也能做出定量和定性的诊断。
第二种是否定性诊断。比如某个病人有心绞痛,疑惑患了胆结石和胆囊炎。病人可以去做超声检讨,如果胆囊里没有创造石头,胆囊壁没有增厚,那么就可以打消胆囊炎的诊断。打消之后,年夜夫还要想到,这个病人是不是患有冠心病,由于冠心病也会产生心绞痛。
末了一种是可能性诊断。近二三十年,影像学发展得非常快,涌现了不同种类的CT、磁共振,扫描速率越来越快,分辨率也越来越高。我们可以对疾病做定位或者定量的诊断,但是很可惜,我们每每无法做出定性诊断,只能推断出疾病有哪几种可能性。
当然,我希望随着技能的发展,未来我们可以做的更多。(雷锋网雷锋网)