【AI浪潮席捲醫療業】透視5大類醫療影像辨識的AI應用場景
常見的醫療影像包括了X光、超音波、CT、MRI，以及近年興起的數位病理。由於拍攝技術不同，決定了影像性質和張數多寡，更影響了AI模型訓練的難易度和應用場景
文/王若樸 | 2019-04-16發表
醫療影像一直是窺視人體內部結構與組成的方法，其種類包括了X光攝影、超音波影像、電腦斷層掃描（Computed Tomography，CT）、核磁共振造影（Magnetic Resonance Imaging，MRI）、心血管造影和伽瑪射線等等。
其中，X光攝影、超音波攝影、CT、MRI，以及近來興起的數位病理，都是目前用來打造醫療影像AI常見的類型。這幾種影像因為拍攝技術不同，決定了影像性質和張數多寡，也影響了打造AI模型的難易度和應用場景。
就影像性質來說，臺北榮總放射線部主任郭萬祐表示，X光片、CT、MRI等影像的切片厚度（即每隔多少身體厚度拍攝1張斷層影像的距離）分別是0.16毫米、0.625毫米以及1～2毫米，與數位病理切片的0.11微米相比，解析度相對低，因此從硬體需求角度來看，是醫療影像AI的入門首選。
常見醫療影像AI的類型與應用場景
在這些醫學影像中，「X光和超音波屬於初階檢查，」中國附醫人工智慧醫學診斷中心主任黃宗祺表示，這兩類檢查的拍攝門檻不高，因此累積出大量、各式各樣的影像資料，滿足訓練AI模型的先決條件。
X光攝影是利用X光對不同密度物質的穿透性來成像，密度越高，X光穿透性就越低，在底片上的成像就越白，反之越黑。不過，臺大生醫電資研究所所長張瑞峰指出，「X光攝影將原本立體的多張橫切面影像疊壓為一張平面影像，」因此，一張X光影像中涵蓋了龐雜的訊息，不僅病灶可能會被組織、器官重疊處擋住，小於1公分的腫瘤也難以檢測出，得靠CT進一步檢查才行。
而超音波攝影，則是利用超高頻率的聲波來穿透人體，將不同組織反射回來的聲波轉換為畫面，來呈現體內組織或器官構造。超音波的好處是沒有輻射，但黃宗祺指出，超音波影像雜訊高，難以偵測初期病徵。就乳房腫瘤檢測來說，需要不斷追蹤，才能確定疾病狀況，但也可能因此錯過即早治療的時機。
因此，就X光和超音波來說，AI的應用場景，主要是協助醫生快速從訊息含量大的影像中，找出肉眼難以發現或容易忽略的初期病徵。在2年前，AI權威吳恩達的團隊所設計的CheXNet模型，以121層卷積神經網路（CNN）架構和美國國衛院釋出的胸腔X光資料集訓練而成，就可以做到早期偵測來輔助醫生診斷。
或像中國附醫所開發的乳癌超音波AI輔助分類系統，利用4萬多筆超音波影像和深度學習Xception架構打造而成，能在人眼難以判斷的初期階段，就偵測出腫瘤，「甚至早3、5年就發現了。」黃宗祺強調。
至於CT和MRI，「屬於進階檢查。」黃宗祺表示，兩者專門用來檢查腦、心、肺、腹部臟器等重要器官，門檻較X光和超音波高，成像也較清晰、細緻。但有別於X光片和超音波影像，CT屬於3D影像，透過X光來掃描人體，經電腦重組，以多張橫切面影像來呈現立體的檢查部位，並根據每張橫切面影像的間隔，分為厚切與細切，間隔越小，越能呈現完整的器官。單一次CT掃描可產生數百張影像，也才有機會能夠發現1公分以下的小型腫瘤。
MRI同樣也是一種3D影像，其原理是利用強大的磁場與人體內的氫質子產生共振，再透過電腦處理共振訊號後成像，可以清楚呈現出軟組織和重要器官的結構，像是腦、心、腹部臟器和骨骼關節等部位。MRI掃描一次可產生數百甚至數千張影像，畫質比CT更好。
要進行CT影像和MRI的影像辨識時，雖然醫生容易從清晰的影像中找到病灶，但這兩者每次掃描動輒就產生數百張影像，要從中尋找病灶，不管是標註還是診斷病情，都相當耗時。
臺北醫學大學副校長暨北醫附醫影像部主任陳震宇以肺結節CT掃描來說明，一次拍攝會產生500張影像，而醫生至少得花20分鐘，才能找出肺結節的位置。病人數量一多，醫生不僅要花更多時間來檢驗，準確率也會因長時間作業而下降。
不過，也因為人工判別CT和MRI相當費時，正是醫療影像AI擅長的的應用場景。這也是為何北醫附醫正計畫建置一套肺結節AI輔助偵測系統的緣故，就是為了縮短看片時間，讓醫生有更多時間在病人身上。
吳恩達研究團隊利用美國國衛院釋出的胸部X光資料集，打造出CheXNet模型，可辨別肺部14種疾病，並以熱成像圖來顯示病灶位置。
醫療影像AI新挑戰：數位病理切片
數位病理是醫界近幾年的新浪潮，可以將原本只能在顯微鏡下察看的病理切片，改成直接在電腦上進行。它的出現，是醫療影像AI的新方向，卻也是一個高難度的挑戰，因為數位病理的製作複雜，需經過組織處理、染色切片，以顯微鏡觀察、再掃描至電腦儲存，仰賴醫生專業經驗與時間。
不只如此，數位病理的檔案容量還相當大。與CT、MRI不同，數位病理和X光片一樣都是平面影像，但單一張影像的解析度卻比X光片、CT和MRI高上1,000倍，可達1GB至2GB。因此要拿來訓練AI，不只資料儲存是一大挑戰，訓練模型的時間也需要更久。以數位病理起家的臺灣AI醫療影像新創雲象科技就提到，曾有一次要用一個100層的殘差網路ResNet來訓練每張解析度高達1萬×1萬的影像，得靠GPU搭配600GB系統記憶體才能運算。
不過，臺灣在數位病理的AI應用已經起步了，林口長庚醫院就找來雲象科技開發了一套準確率高達97％的鼻咽癌偵測模組。北醫附醫已經開始將上千片肺癌數位病理交由放射科醫生，要展開部分標註的工作。臺北榮總今年也計畫投資數位病理。
然而，不管是哪種影像類型，在打造AI系統時，都會面臨資料收集的挑戰。也因此，科技部2年前特別發起醫療影像計畫，聯合國內3家大型醫學中心，要利用國人的醫療影像資料，來建置一個大型AI醫療影像資料庫，推動醫療影像AI的發展。
臺北醫學大學附設醫院自去年起，找來了10名擁有2年經驗以上的主治醫生，著手建置肺結節AI醫療影像資料庫，目前已完成1,500例的影像標註和語意標註，今年還要再新增2,000例。
附圖：【超音波影像AI實例】中國附醫旗下子公司長佳智能，開發一套乳癌超音波AI輔助分類系統，可以辨識乳房腫瘤及其良、惡性程度。目前，腫瘤辨識率達9成以上，而腫瘤良、惡性辨識率則約7成左右。（攝影／李宗翰）
X光影像AI實例
MR影像AI實例
臺北榮總與臺灣人工智慧實驗室以6個月的時間，打造出一套能在30秒內就揪出腦轉移瘤的AI系統DeepMets。今年4月份最新結果顯示，DeepMets準確率已達95％。 （攝影／洪政偉）
CT影像AI實例
數位病理影像AI實例
林口長庚醫院與雲象科技共同打造一套鼻咽癌AI偵測系統，由醫院提供數位病理切片資料，雲象負責進行模型訓練，經過2年優化，目前準確率達97％。 （圖片來源／雲象科技）
資料來源：https://ithome.com.tw/news/129973…
林口長庚超音波室 在 [懷孕] 林口長庚產檢經驗(詹耀龍醫師) - 看板BabyMother 的推薦與評價
自從知道懷孕後
便開始考慮要在哪裡產檢與生產的問題
當時列入選擇的有四間
1、惠生保安(離家最近、環境舒適)
2、聖保祿(離家次近、產科受好評)
3、林口長庚(離家較遠、技術強大)
4、禾馨怡仁(同樣離家較遠、環境舒適&無痛打好打滿)
因為住八德的關係
12週前是在新開的惠生保安檢查
掛黃彥華醫師的門診
黃醫師人還滿親切
加上當時他才剛到惠生保安
掛他門診的人還沒有很多
所以很有時間可以回答孕婦的問題
最終考量到生產安全、萬一新生兒有狀況的前提下
(產檢時曾跟一位孕婦聊天，她的大寶28週就出生，從別的醫院轉到林口長庚保住的，
當時我看大寶就是個嘰嘰呱呱的健康小孩XD)
雖然林口長庚離家遠了點
環境也不如惠生保安、禾馨怡仁舒適
但應該是桃園地區最有能力處理問題的醫院
決定在12週時轉到林口長庚產檢
在網路爬過文之後
我掛了詹耀龍醫師的門診
事後證明我的運氣非常好
因為在懷孕中後期時被確診為前置胎盤
詹醫師正好對前置胎盤很有研究
省了轉診去別間醫院的時間
林口長庚產檢的流程是：
1、初診先到婦產科門診旁的報到櫃台寫資料卡
2、在櫃台旁抽號碼牌等候叫號量血壓、體重、發驗尿試紙
3、去廁所驗尿後將試紙交由櫃台檢查
4、檢查完後護理師會將血壓、體重、驗尿結果寫在卡上
5、完成後至診間外插健保卡報到
6、等候診間叫號進行產檢
林口長庚的孕婦很多
儘管預約單上註明預計看診時間
可是準確度有點低
(APP即時看號碼比較準)
每次看詹醫師的門診都需要耐心等候
(一次門診大概有80~90人左右)
詹醫師雖不多話
不過態度滿不錯
有問題都是簡單扼要地回答重點
偶爾還會爆出幽默之語
基本上超音波看過沒問題就結束
頗有快狠準的氣勢
如果是玻璃心或是很多問題的孕婦
可能就不太適合
我自己是粗線條型的人
且很多資訊網路或書籍查得到
就不太問詹醫師問題
印象中問最多次的應該是胎盤有往上移動嗎？
但每次的答案都是沒有~
除了門診人數眾多外
林口長庚診間的超音波或許也比不上坊間診所
(至少跟惠生保安比真的差很大)
看過幾次都是黑糊糊一團
給的照片通常都是頭圍、肚圍、腿骨各一張
實在很難想像小孩的樣子
真佩服醫師能夠判斷這樣的影像
我在林口長庚進行了10次產檢
分別是：12週、16週、20週、24週、28週、30週、32週、34週、36週、37週
這裡只要是健保補助的10次產檢
都收100元而已
比惠生保安還便宜一點
以下是產檢的內容
提供未來要去的人參考
12週時做了SMA跟脆折的抽血檢驗
費用是6600元
16週產檢時報告出爐
16週時除例行產檢外
另外安排羊膜穿刺與羊水晶片
我大概是在快滿17週時進行檢查
正好詹醫師當時跟某公司有研究計畫
針對做羊穿的產婦再額外抽母血做NIPT檢驗
會對照二者間的檢驗結果
感覺像是更精進NIPT的準確度？
願意參加計畫的人可以得到4000元車馬費
加上政府補助高齡產婦羊穿5000元及桃園市額外的2000元
基本上等於羊穿完全免費了
羊水晶片費用為20000元
是我自己表示要加做
詹醫師沒有特別提
後來發現林口長庚好像很不愛提自費項目
都要自己問了才會說明
深怕被以為是推銷之類的
有打算做各種自費項目的人最好先做功課再主動問醫師
羊穿跟羊晶是在兒童大樓九樓的胎兒醫學中心進行
當天早上先去抽了四管血提供研究計畫用
接著直奔九樓填寫一堆資料後等候叫號
執行羊穿的是趙安祥醫師
並不是由產檢醫師進行
感覺有點像是當天誰值班就由誰施作
趙醫師就像網路上說的不多話
(反而是技師一直找我聊天)
在等候技師去拿器具的時候
為了避免二人對看無語的尷尬場面
我好奇問了一下趙醫師是否看得出性別？
(上次產檢時詹醫師說可能是男生，想印證一下是否準確)
沒想到她酷酷的回說：「看得出來，但妳拿到報告就知道了」
果然很有自我風格XD
我自己覺得羊穿沒有很痛
大概比打針痛一點
算是可以忍受的範圍
趙醫師一下就抽好了
只是因為上週有出血過
羊水並不是清澈的
後來又再抽了一管血讓研究室做比對
20週時進行健保給付的超音波檢查
在婦產科門診旁的超音波室進行
不是由產檢醫師執行
而是技師來掃描
照了15~20分鐘就完成了
最後技師很可愛的跟我們說她看到小雞雞了
不過她怕看錯
還幫我們去看了一下羊穿報告
意外的在這裡確認了性別
超音波結束後再看門診
詹醫師確認過技師把該照的部位都照清楚後
就把羊穿跟羊晶報告打開看了一下
很快速地跟我們說沒問題
感覺在這裡醫師越少話代表問題越少啊~
至於高層次超音波的部分
當時有問詹醫師是否也在這裡做就好
他一派輕鬆的說：「健保給付的看不滿意再來照高層次啦！」
害我不太好意思繼續往下說
最後我在21週時去台兒診所照高層次
台兒高層次滿不錯的
技師進行內診測量子宮頸長度時幾乎無感覺
我沒有特別指定哪位醫師
診所安排了楊子逸醫師
過程中感覺都很不錯
當天離開診所時就可收到mail寄送的80頁報告
懷孕時偶爾會點開檔案看一下
想像肚子裡的小孩長相XD
28週產檢時開單讓我們去藥局領糖水
30週產檢前自己找空檔再去醫院抽血跟喝糖水
(指定期限前要做完檢查)
這裡是喝75ml的糖水
藥局領到8罐共80ml
剩的5ml我一直鼓吹先生喝喝看
因為真的非常甜
還好喝完後可以喝一點開水沖淡甜味
空腹尚未喝糖水時、喝完一小時、喝完二小時各抽一次血
抽完後就等30週產檢時看報告
另外28週時詹醫師問我想要何時剖腹
我們沒有看時辰
就讓醫師決定
詹醫師很乾脆地說看我的狀況應該可以撐到38週
就安排在滿38週當天剖腹XD
詹醫師判斷很準確
我直到剖腹當天都沒有任何產兆~
34週產檢時發住院通知單
到住院中心辦理手續即可
會填寫希望入住的房型
我的順位是單人房、雙人房、三人房(健保房)
最後入住雙人房
36週時進行乙鏈球菌檢查
本來以為剖腹產應該不需要做
沒想到還是得做
不得不說診間的檯子超窄
很難把腳張得很開
36週時同時還加掛了麻醉前訪視門診
算是剖腹前讓麻醉醫師了解病史
因為我不知道去這門診需要把手術同意書帶著
加上當天人爆多
就被退掛了XD
不過也不用擔心
開刀前還是會詢問過往的麻醉經驗
在林口長庚的產檢經驗其實很普通
醫師看的時間短、診間設備略為老舊、排隊等候人數眾多
跟很多醫院或診所比可能有落差
但我想會選擇林口長庚的人大多是為了生產安全
氣氛裝潢或是醫師是否能撫慰孕婦心情就不是太重要
至少我自己是很能接受在大醫院就是如此~
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