首个获FDA批准的AI辅助心脏成像系统,是如何诞生的?

    xiaoxiao2021-04-17  224

    当多数医疗领域的人工智能应用还在实验阶段时,美国的Arterys公司已经获得FDA批准,在云端使用AI辅助心脏成像。

    Arterys开发了一款Cardio DL应用,它使用深度学习来自动完成放射科医生曾经要手动执行的任务,基于常规心脏MRI图像进行自动化的心室分割,精确性可与经验丰富的医生相比。这也是第一个被FDA批准的,在临床中使用云计算和深度学习的应用。

    通过MRI获取心脏图像,是一个复杂且耗时的过程。传统上,放射科医生会使用软件来分割和绘制心室周围的轮廓,以确定心脏的运行状况。而新的AI辅助软件可以用深度生习生成心室内外的轮廓,加速处理过程并提高准确性。

    据雷锋网(公众号:雷锋网)了解,Arterys在开发过程中,挖掘了3000多个心脏病例数据。据称,Cardio DL会生成可编辑的自动轮廓,能在几秒钟内准确提供心脏测量,相比之下,手动处理可能要一个小时。Arterys还有一个独特的临床标注平台,每次用户查看平台上的研究时,它就会收集真实数据。将来,这些收集上来的数据,还可以用来优化深度学习模型。

    该程序在去年12月已经在欧洲获得CE认证,可以在标准的Web浏览器中运行。患者的数据会被发送到云端进行计算分析,只有医院和医生知道患者的身份。

    Arterys公司在2016年3月获得了1200万美元的A轮融资,投资人包括GE Ventures,Stanford-StartX基金和Norwich Ventures和Emergent Medical Partners等。此前的投资人AME Cloud Ventures和Morado Ventures也参与其中。

    而提到GE Ventures,就不得不说其实Arterys的成就,与另一家医疗设备公司GE Healthcare有关。

    当在数年前想把MRI图像转换成多维时,GE Healthcare想解决这样一个问题:

    当一个病人患有心脏病的症状时,心脏病学家推荐病人的心脏瓣膜之一已经磨损或畸形。心脏跳动,让血液从一个腔室流动到下一个腔室时,瓣膜应该完全关闭,防止血液回流。然后瓣膜重新打开,让血液再次涌入。

    当前的成像工具,如超声心动图和MRI,可以帮助医生了解心脏结构,评估瓣膜的状况,但很难显现出瓣膜损坏到了什么程度。这往往意味着医生必须做一个艰难的选择:要么给病人做侵入性的心脏手术,这就存在很大风险;要么通过药物控制病情,但如果情况比想像的更糟糕,也会带来更大风险。

    在现有技术中,医生只能在怀疑有瓣膜损伤的部分,尽力指导MRI技术人员获取心脏平面的2D横截面图像。整个过程可能长达90分钟,而且会对病人带来压力,因为他们需要保持平静,并不断反复呼吸。

    除了花时间指导MRI扫描外,医生还要解读图像,即在扫描图像上描绘出心肌的轮廓。然后他们会用软件计算通过心室、瓣膜和血管的血流量。

    所以,GE Healthcare希望能够提供更完整的三维数据,除了包括心血管结构,还包括血液的流动状况。这种成像又被称为4D Flow,即收集三维的空间数据,以及第四维的时间数据。公司希望加快数据采集速度,节省医生和患者的时间。它预期会将检查时间减少到10分钟,而且患者不需要屏住呼吸。

    结果是它做到了,其中用到的主要技术,是对在MRI扫描中对准胸部的射频脉冲序列进行重新编程。为特定诊断目的而调整医学成像设备时,也常用这种方法。

    GE Healthcare努力的结果是,会对整个胸部(当然也包括心脏)生成许多2D切片(或g平面)的堆栈。但即使如此,医生还是要分析所有这些切片,才能找到可疑的心脏缺陷。

    这时,斯坦福一位临床医生Albert Hsiao出现了。由于出众的软件开发经验,他开发出了一个图形程序原型,可以将所有那些2D切片组装成一个3D图像,并显示跳动的心脏中的血流量。

    正是这个想法,直接导致在2011年,Arterys公司的正式成立,这也注定了它主要的业务是在心脏成像领域。

    而在约五年前,GE Healthcare认识到了MRI的一些局限,并开始与斯坦福大学医生合作下一代MRI技术,以便更好地诊断心脏病。

    这项工作的结果是,新的扫描结果可以显示患者跳动着的心脏的3D动画,而且图像能旋转,从任何角度查看。现在,这些扫描仪仅在斯坦福和其它9个医学中心使用。

    整个工程用到了多种技术,而且也与Arterys有合作。这是因为,调整过的MRI其产生的原始数据过多,医院现有的设备无法将其融合成医生可直观解释的图像。为了解决这个问题,Arterys利用了“超级马里奥3D”这样游戏中用到的技术,将MRI产生的千兆数据传送到云端进行处理。而新的MRI系统就是ViosWorks。

    整套ViosWorks系统的的设置加扫描时间只要30分钟,不像传统MRI那样要90分钟,这样医疗中心每天可以用同一台扫描仪检查更多患者。而且医生不需要花时间指导MRI技术人员,或计算血流,这些工作几 分钟内就能用基于Web的软件生成。

    医院也还能用现有的MRI机器,GE Healthcare就可以调试自家已有15年之久的老仪器。心脏病专家还可以在院外用浏览器查看病人的3D扫描影像。

    去年11月,Arterys获得了FDA 510(k)批准,获批的软件如上面所述的,会连接到MRI机器,可以对通过心脏的血流做非侵入性的精确量化。整套系统已经开始商业化,它安装在GE Healthcare的MRI扫描仪上,通过ViosWorks应用使用。而到今年1月,Arterys又再次获批在云端使用AI辅助心脏成像。

    除了从事用MRI数据构建3D图像这样的工作外,Arterys还开发了用于保护患者隐私的软件。这种软件会在扫描文件上传到云端之前,从中去除个人身份信息。

    GE Healthcare和Arterys两家公司还希望使用机器学习,从不同个人的MRI数据中提取洞见,比如找出 一些可用于预测心脏状况发展的图像特征,或找到某种可能的治疗方式。

    另外,类似的技术还可以用于心脏病以外的疾病,Arterys已经计划将其服务扩展到肿瘤学成像,使用AI来跟踪肿瘤是如何变化的。当然,这需要额外的FDA认证。

    本文参考来源:medcity、Xconomy、PR Newswire

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