【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…

【哪種海扶刀比較好?】

目前市面上的海扶刀大概分成兩種。一種是以超音波為導引，另一種則是用核磁共振做導引。

台灣的婦產科醫師有著一個先天優勢，就是我們從住院醫師時代就開始練習超音波的使用。所以當「超音波導引海扶刀」一進來台中中山、林口長庚、和高雄高醫之後，短短不到一年就累積了將近500個案例。而有些使用「核磁導航海扶刀」的醫院，一年下來只有約20幾位左右的患者，因為主要操作者為放射科醫師，而不是婦產科醫師。不管製造技術，只要使用熟悉的工具，就可以發揮最大的效果，加上子宮肌瘤的患者本來就是看婦產科為主。

這15年來，筆者開了無數台的肌瘤手術，每次幫患者做超音波時，腫瘤的3D位置已經在我心中繪製完畢。所以肌瘤除了用影像看的到之外，實際傳統手術經驗也是十分重要。

為何北監安排阿扁到北榮而不是台北馬偕這原是立意良善的轉診卻被阿扁與家屬排斥檢查~真是的~對你好還要懷疑!
引用新聞>
功能性磁振造影　揪出早期腦中風
作者： 華人健康網 記者黃曼瑩／台北報導 | 華人健康網 – 2012年9月21日 下午2:12
磁振造影MRI已是現代醫學不可或缺的診斷利器！而新型的功能性磁振造影（functional MRI），也在前總統陳水扁轉診至台北榮總醫院而再度顯現其精密，以及扮演揪出早期的腦中風的重要角色。

MRI在臨床醫療運用上非常廣泛，從頭到腳、從癌症到心血管疾病、從診斷到追蹤，都無所不能。而目前更有新型的功能性磁振造影（functional MRI），能表現出組織間液體的擴散現象、及微血管與組織之間的灌流情況，簡單的說就是能偵測出水分子的擴散，可診斷出早期的腦中風，幫助醫師掌握救命的黃金時間。

根據了解，目前台北榮總醫院即擁有這一台先進的功能性磁振造影儀器，雖然馬偕醫院也有，但是卻僅限用於研究使用，即使陳水扁非常屬意到馬偕檢查，但是卻因此而無法為陳水扁提供服務。

人體70%是由水組成，所以氫原子含量豐富，氫原子在不同的臟器環境下會有不同的訊號與強度，有此功能性磁振造影，可以顯現出包括脂肪、肝臟、病變組織、腫瘤、出血、囊腫等之中，水分子的訊號，以及微血管與組織之間的灌流情況。之後再利用磁場的三度空間定位，找出病變的位置，提供醫師診斷及治療的參考。

MRI是三度空間的斷層影像，對於軟組織的對比有最好的成像。功能性MRI（fMRI）可利用組織中含氧血、缺氧血所產生的訊號差異性為原理，提供腦內各區域生理功能的偵測。例如運動功能區、視覺感覺區等的訊號變化，如果某一區域的功能受損，就能利用此原理偵測出來。

扁轉診北榮 因台北馬偕...等多家醫院拒絕
中央社 – 2012年9月21日 下午2:26
（中央社記者龍瑞雲台北21日電）台北監獄副典獄長蘇清俊今天說，前總統陳水扁戒護轉診過程，曾諮詢馬偕等多家醫院，考量醫療儀器及專業才決定到台北榮總。

陳水扁今天戒護轉診台北榮民總醫院，陳水扁兒子陳致中在醫院大廳受訪時表示，北榮政治味道濃厚，希望轉到南部醫院或台北馬偕醫院就醫。

陳水扁在戒護抵北榮後，蘇清俊在台北榮總記者會中表示，署立桃園醫院17日表示，陳水扁需要在神經內科與精神科進一步檢查，建議赴有「功能性核磁共振檢查(Functional MRI)」及「小栓子偵測檢查」儀器的醫院檢查。

蘇清俊表示，在辦理戒護外醫轉診過程中，曾諮詢過亞東醫院、林口長庚醫院、台大醫院與台北馬偕醫院。
蘇清俊說，亞東醫院拒絕的理由是「儀器故障」；林口長庚醫院表示「無小栓子偵測檢查儀器」；台大醫院考量基於院區戒護安全及民眾就診權益等因素表示，希望「能夠不轉進來(台大)就不轉進來」。

台北馬偕醫院的回應是醫院的「功能性核磁共振檢查」僅供研究使用，用於臨床經驗仍不足。
蘇清俊說，考量前總統李登輝也是由台北榮總照顧，且醫師郭正典也是陳水扁的醫師友人。17日陳水扁的醫師友人陳順勝、林信男及陳喬琪製作「陳水扁前總統神經科與精神科聯合會診報告摘要」也一併送到北榮參考。
蘇清俊說，基於戒護安全、儀器檢查設備、科別專業等因素，選擇台北榮總，未來將積極配合台北榮總醫療團隊的建議，辦理後續陳水扁診療檢查事宜。1010921