“智醫(yī)慧影”——面向基層醫(yī)療的多功能輔助診斷平臺(tái)

吉林大學(xué)

安海寧，唐雄風(fēng)，曹彥龍，呂文博，宋逍怡

1 作品介紹

“智醫(yī)慧影”—面向基層醫(yī)療的多功能輔助診斷平臺(tái)針對(duì)基層醫(yī)院提供關(guān)于醫(yī)學(xué)影像的遠(yuǎn)程醫(yī)療和輔助診斷服務(wù)，可實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)骨科疾?。ü钦鄣龋┑淖詣?dòng)識(shí)別、檢測(cè)及診斷，并將拓展至皮膚病，尤其是皮膚癌自動(dòng)篩查等應(yīng)用。相比目前市面上的智能輔助診療軟件，本產(chǎn)品搭載集成化的一體式診斷系統(tǒng)，可同步完成醫(yī)學(xué)圖像采取、智能識(shí)圖、自動(dòng)分析等操作。對(duì)比國(guó)內(nèi)醫(yī)療成像設(shè)備廠商配套的智能診斷平臺(tái)，本產(chǎn)品具有外接拓展功能、便攜性及高性價(jià)比。

“智醫(yī)慧影”診斷儀如圖1所示

圖1 “智醫(yī)慧影”診斷儀

本產(chǎn)品由本地端和云端兩部分組成，本地端包含硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)，可完成采集信息并提供智能輔助診斷的任務(wù)。

硬件主要由顯示屏、輸入設(shè)備和Jetson TX2嵌入式人工智能開(kāi)發(fā)模塊構(gòu)成。本團(tuán)隊(duì)在Jetson TX2模塊基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)影像、數(shù)據(jù)分析等功能。在實(shí)際使用中，醫(yī)生可以使用手機(jī)電腦或輸入設(shè)備將患者信息輸入產(chǎn)品中，如CT、X光片或其他醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，“智醫(yī)慧影”使用人工智能算法對(duì)輸入的信息進(jìn)行處理與分析，并通過(guò)顯示屏反饋給醫(yī)生。

邊緣計(jì)算模塊Jetson TX2實(shí)物如圖2所示，

圖2 邊緣計(jì)算模塊Jetson TX2

在軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上本產(chǎn)品追求簡(jiǎn)單易用、方便快捷，凸顯產(chǎn)品的主要功能，次要功能通過(guò)下拉菜單等方式進(jìn)行隱藏處理。

系統(tǒng)主頁(yè)有醫(yī)學(xué)影像分析、遠(yuǎn)程醫(yī)療和醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)分析三個(gè)功能選項(xiàng)?！爸轻t(yī)慧影”結(jié)果顯示界面如圖3所示。

圖3 “智醫(yī)慧影”結(jié)果顯示界面

2 技術(shù)原理

本產(chǎn)品使用人工智能方法自動(dòng)分析和處理醫(yī)學(xué)圖像，集成了多種AI算法，其中醫(yī)學(xué)圖像語(yǔ)義分割技術(shù)可以根據(jù)圖像的形狀、顏色、紋理等特征將醫(yī)學(xué)圖像中感興趣的區(qū)內(nèi)結(jié)構(gòu)自動(dòng)提取處理；病灶目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)可以自動(dòng)從醫(yī)學(xué)圖像中把患者病變的區(qū)域檢測(cè)出來(lái)，從而幫助醫(yī)生快速獲取關(guān)鍵信息，從而提高診斷效率和準(zhǔn)確率?！爸轻t(yī)慧影”技術(shù)方案流程如圖4所示。

圖4 “智醫(yī)慧影”技術(shù)方案流程

2.1 醫(yī)學(xué)影像語(yǔ)義分割

醫(yī)學(xué)影像語(yǔ)義分割技術(shù)可以自動(dòng)將醫(yī)學(xué)圖像感興趣區(qū)（ROI）標(biāo)注出來(lái)，在醫(yī)學(xué)圖像處理和計(jì)算機(jī)輔助診斷領(lǐng)域起著關(guān)鍵的作用。目前該方法被廣泛應(yīng)用到輔助醫(yī)療和自動(dòng)化診斷領(lǐng)域。

語(yǔ)義分割結(jié)果展示如圖5所示。

圖5 語(yǔ)義分割結(jié)果展示

2.2 病灶目標(biāo)檢測(cè)

使用YOLOv3算法實(shí)現(xiàn)對(duì)肺結(jié)節(jié)的檢測(cè)。針對(duì)病灶檢測(cè)算法普遍存在的運(yùn)算速度慢等缺點(diǎn)，使用YOLO的one-stage方法，將物體分類和物體定位在一個(gè)步驟中完成。YOLO在輸出層回歸bounding box的位置和bounding box所屬類別，從而實(shí)現(xiàn)one-stage。通過(guò)這種方式，YOLO可實(shí)現(xiàn)45 FPS的運(yùn)算速度，完全滿足實(shí)時(shí)性要求。

YOLOv3檢測(cè)肺結(jié)節(jié)結(jié)果如圖6所示。

圖6 YOLOv3檢測(cè)肺結(jié)節(jié)結(jié)果展示

3 創(chuàng)新點(diǎn)

醫(yī)學(xué)影像診斷是重要的醫(yī)療基礎(chǔ)支撐，然而目前基層醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像診斷等待時(shí)間較長(zhǎng)，影像醫(yī)生負(fù)荷嚴(yán)重，而本產(chǎn)品針對(duì)性地解決了以上問(wèn)題，具有三大創(chuàng)新點(diǎn)（圖7）。

圖7 “智醫(yī)慧影”三大創(chuàng)新點(diǎn)

3.1 系統(tǒng)化診斷平臺(tái)

本產(chǎn)品采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，集成了多種AI算法，可滿足不同醫(yī)學(xué)場(chǎng)景的需求，醫(yī)生可以根據(jù)不同醫(yī)學(xué)影像的特征，自主選擇多種輔助診斷方法。

3.2 熱圖輔助技術(shù)

本產(chǎn)品創(chuàng)新性地將熱圖分析應(yīng)用到醫(yī)學(xué)診斷預(yù)測(cè)中，使用自主研發(fā)的熱圖輔助技術(shù)能夠精準(zhǔn)定位病灶（醫(yī)學(xué)影像用不同熱度表示病灶出現(xiàn)的概率，同時(shí)給出可能的病因），有效提高醫(yī)生的診斷效率。

3.3 邊緣端隱私保護(hù)技術(shù)

目前主流的醫(yī)學(xué)輔助產(chǎn)品均采用云計(jì)算方案，涉及大量數(shù)據(jù)傳輸，容易泄露患者隱私，而本產(chǎn)品針對(duì)基層醫(yī)療現(xiàn)狀，采用邊緣端隱私保護(hù)技術(shù)，醫(yī)療數(shù)據(jù)在本地計(jì)算，大大降低了泄露患者隱私的風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，在遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，使用聯(lián)邦學(xué)習(xí)技術(shù)，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)脫敏和加密后再行傳輸，具有極高的安全性。

4 應(yīng)用前景

我國(guó)“十三五”規(guī)劃健康中國(guó)戰(zhàn)略已經(jīng)將智慧醫(yī)學(xué)及提高分級(jí)診療衛(wèi)生服務(wù)能力作為重要建設(shè)內(nèi)容，本產(chǎn)品結(jié)合現(xiàn)有人工智能技術(shù)、5G通信技術(shù)進(jìn)行軟硬件集成化處理，目標(biāo)用戶群體是基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)及個(gè)人，市場(chǎng)容量大、潛力大。