人工智能在醫(yī)學(xué)影像中的應(yīng)用

燕衛(wèi)國

人工智能（AI）是一門將理論、方法和應(yīng)用研究相結(jié)合的新技術(shù)，旨在模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能。目前，在學(xué)術(shù)界和工業(yè)界，人工智能都是一個熱門話題。近年來，隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，它已在圖像、視頻、語音識別等傳統(tǒng)應(yīng)用中得到應(yīng)用，并快速向文字處理、自然語言理解、人機(jī)對話等方向發(fā)展。不僅如此，它在安全、物流、無人駕駛等領(lǐng)域中也同樣扮演著舉足輕重的角色。其實(shí)，隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，醫(yī)學(xué)影像的分析和處理技術(shù)已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)研究的熱點(diǎn)?，F(xiàn)階段的醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域，人工智能的核心技術(shù)已經(jīng)發(fā)揮了重要作用。

人工智能對醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的影響

隨著人民對健康日益增長的需求，現(xiàn)有的醫(yī)療資源和醫(yī)療技術(shù)都面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。醫(yī)學(xué)急需新的技術(shù)來適應(yīng)人民的這種需要。同時，國內(nèi)外的醫(yī)學(xué)人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，科技創(chuàng)新項(xiàng)目層出不窮，為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的各種挑戰(zhàn)帶來了新的機(jī)會。計(jì)算機(jī)輔助診斷、智能專家系統(tǒng)、手術(shù)機(jī)器人等是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的技術(shù)，被應(yīng)用于醫(yī)藥的開發(fā)和醫(yī)療保健等。

在眾多的醫(yī)學(xué)資訊中，影像資料是最重要的資訊來源，也是診斷與治療的重要資訊。醫(yī)學(xué)影像的診斷與處理是一個具有代表性的、長鏈條的專業(yè)化領(lǐng)域，涉及醫(yī)學(xué)影像的影像處理與分析、影像的可視化。除此之外，還包括疾病的早期篩查，風(fēng)險預(yù)測，輔助檢測和診斷，制定手術(shù)計(jì)劃，術(shù)中輔助導(dǎo)航，追蹤隨訪和分析一系列的指導(dǎo)方針（如復(fù)原方案的制訂）。

目前，90%以上的醫(yī)院都儲存著影像信息，其儲存的影像信息是海量的數(shù)據(jù)。因此，如何發(fā)展以醫(yī)療圖像數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的人工智能技術(shù)和應(yīng)用成為醫(yī)療機(jī)構(gòu)、科研機(jī)構(gòu)、工業(yè)界和政府共同關(guān)心的問題。因?yàn)獒t(yī)療影像是影像資料的來源，影像的品質(zhì)將直接影響到后續(xù)疾病的診斷與治療。AI技術(shù)能夠有效地改善醫(yī)學(xué)圖像的圖像質(zhì)量，通過 AI優(yōu)化的掃描工作流程，能夠有效地改善圖像的掃描效率，并將圖像質(zhì)量向規(guī)范化方向發(fā)展，進(jìn)而對整個醫(yī)療衛(wèi)生系統(tǒng)產(chǎn)生深刻的影響，因此在臨床和科學(xué)研究中都有很大的應(yīng)用價值。

人工智能在醫(yī)學(xué)影像分析中的主要應(yīng)用

輔助治療

人工智能在腫瘤治療中的應(yīng)用，可以幫助醫(yī)師對腫瘤和正常器官進(jìn)行鑒別、繪制、指導(dǎo)放射治療方案的設(shè)計(jì)，并能有效地改善放療效果，降低不良反應(yīng)，對腫瘤的檢測、診斷、精準(zhǔn)的治療有重要作用，從而推動腫瘤的整體發(fā)展。目前，國內(nèi)對放療病人的治療有很大的需求，在有限的資源條件下，利用人工智能可以解決更多的腫瘤病人的放療需求，進(jìn)行高品質(zhì)的精準(zhǔn)放療。除此之外，人工智能結(jié)合了無數(shù)年的醫(yī)學(xué)知識，特別是頂尖的醫(yī)學(xué)院校和專家們，通過深度學(xué)習(xí)的方式，將這些信息進(jìn)行了分享。將來，經(jīng)濟(jì)落后的地方，也可以得到頂級專家的問診，從而解決國內(nèi)醫(yī)療資源分配不平衡的問題。

疾病篩查

人工智能在肺結(jié)節(jié)，冠狀動脈斑塊，乳腺癌，糖網(wǎng)疾病的篩選方面，人工智能已經(jīng)有了不少的進(jìn)展。通過對影像學(xué)檢查，可以準(zhǔn)確判斷出病變的位置，并通過醫(yī)生的檢查，從而合理、高效地安排患者的時間和精力。肺結(jié)節(jié)是一種常見的結(jié)節(jié)，常侵犯肺、雙側(cè)肺門淋巴結(jié)等器官和組織，肺結(jié)節(jié)是肺癌的早期預(yù)警，利于早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防、早診斷肺癌，早期治療肺結(jié)節(jié)可以極大地減少肺癌的發(fā)生。傳統(tǒng)的CT胸片影像一般為300余幅，若使用人工閱片，一位受過專業(yè)培訓(xùn)的醫(yī)師，一般只需3～5分鐘，而且容易出現(xiàn)疏漏。通過胸部 CT和人工智能的輔助，可以對肺部的結(jié)節(jié)進(jìn)行全面的掃描，在3～5秒的時間里，就能看到每個結(jié)節(jié)的位置、大小、成分等基本信息。

病理分析

機(jī)器學(xué)習(xí)是一種基于人工智能的方法，它能夠從圖像中抽取出特征信息，并將其特征信息結(jié)合起來，具有較高的抽象層次特征，從而使其更完整、更客觀。利用人工智能、醫(yī)學(xué)圖像和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將特征提取、病理診斷、預(yù)后等多種功能有機(jī)結(jié)合起來，并與病理學(xué)知識相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對疾病的診斷、預(yù)后、病理結(jié)果的綜合分析。這種跨領(lǐng)域的研究，不僅可以提高診斷的準(zhǔn)確性，而且可以充分利用現(xiàn)有的醫(yī)療資源，節(jié)省研究費(fèi)用，促進(jìn)醫(yī)學(xué)的發(fā)展。

衍生學(xué)科的產(chǎn)生

20世紀(jì)90年代早期的基因組革命促使醫(yī)學(xué)從基因?qū)用嫣剿骷膊〉幕緳C(jī)理，從而達(dá)到精確的醫(yī)療目的。傳統(tǒng)的遺傳分析方法主要依靠穿刺活檢或手術(shù)后的病理組織，存在著一定的危險性和潛在的并發(fā)癥。與此相反，醫(yī)學(xué)影像由于其非侵入性、分辨率高、時空連續(xù)性等特性，在表現(xiàn)復(fù)雜病表型的差異方面有著特殊的優(yōu)越性。因此，科學(xué)家們對圖像和基因組數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)分析和挖掘，從而產(chǎn)生了影像基因組學(xué)這一新的研究領(lǐng)域。

影像基因組學(xué)與成像組學(xué)的細(xì)微差別是，它不僅可以從 CT、 MRI、 PET等圖像資料中提取出反映人體健康狀況的定量圖像，而且還可以利用基因組、轉(zhuǎn)錄組、表觀組學(xué)等生物組學(xué)資料，利用人工智能技術(shù)進(jìn)行基因型特征和量化表型特征的結(jié)合和融合，以達(dá)到無創(chuàng)診斷、預(yù)測預(yù)后及評價效果的目的。

近年來，影像基因組學(xué)在腫瘤、心理等復(fù)雜病癥方面取得了長足的進(jìn)步，并在腦腫瘤、肺癌、乳腺癌等方面進(jìn)行了深入的探討。當(dāng)然，影像基因的資料分析與判斷，仍然是由有經(jīng)驗(yàn)的放射學(xué)家或?qū)I(yè)人士來完成，而人類的智慧是主要因素;電腦可以幫助醫(yī)生進(jìn)行計(jì)算、分析，并為醫(yī)生們提供寶貴的資訊。隨著影像學(xué)的不斷發(fā)展，將會對腫瘤的診斷、治療和預(yù)后產(chǎn)生更大的影響。

目前，深度學(xué)習(xí)技術(shù)在人工智能方面的應(yīng)用，已經(jīng)打破了傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)了人工智能的迅速發(fā)展。相信隨著醫(yī)學(xué)圖像技術(shù)的不斷發(fā)展，以及不斷累積的醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)，人工智能必將推動智能醫(yī)療的發(fā)展。雖然現(xiàn)在的AI醫(yī)學(xué)影像處理技術(shù)還處在較低的人工智能水平，只能替代醫(yī)生做一些簡單的重復(fù)工作，但是隨著科技的發(fā)展，相信會對未來的醫(yī)療技術(shù)產(chǎn)生巨大的影響。