AI硬件與軟件的最新發(fā)展，正在徹底改變醫(yī)療器械的開發(fā)思路，全面重塑實(shí)時處理、預(yù)測與可視化醫(yī)療數(shù)據(jù)等細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域。如今，AI已經(jīng)入駐350多種FDA獲批醫(yī)療器械，并在更多醫(yī)療保健場景中為節(jié)本增效貢獻(xiàn)力量。

Kimberly Powell

英偉達(dá)醫(yī)療保健副總裁Kimberly Powell在采訪中表示，“現(xiàn)在，我們可以將AI引入醫(yī)療器械，「魔法」的火花也由此迸發(fā)?！?/p>

例如，Caption Health開發(fā)出一款超聲系統(tǒng)，能夠使用AI技術(shù)為操作者提供超聲圖像的指導(dǎo)與解釋建議。這些寶貴的指導(dǎo)意見，成功讓超聲檢查不再是少數(shù)專業(yè)醫(yī)師的專利，而成為更多醫(yī)護(hù)人員可以直接使用的普適性工具。只要選定相應(yīng)掃描類型，系統(tǒng)就會引導(dǎo)操作者獲取高質(zhì)量圖像，包括使用方向鍵控制探頭的移動方向。

Powell表示，“只要持續(xù)利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)處理傳入的探測數(shù)據(jù)，我們就能生成準(zhǔn)確可靠的指導(dǎo)建議。人體的解剖結(jié)構(gòu)有著很強(qiáng)的規(guī)律性，所以探頭在特定區(qū)域內(nèi)接近需要測量的目標(biāo)時，就能自動完成測量工作。”

Caption Health的超聲系統(tǒng)引導(dǎo)系統(tǒng)讓那些非醫(yī)學(xué)影像專業(yè)出身的醫(yī)護(hù)人員，也能了解該讓探頭移動到哪里、如何拍攝最佳照片。

Caption Haelth的引導(dǎo)超聲系統(tǒng)以AI技術(shù)為基礎(chǔ)，采用一套包含750萬個參數(shù)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

這也是首款獲得FDA批準(zhǔn)的同類系統(tǒng)。更重要的是，它的物體尺寸很小，可以隨意在醫(yī)院之內(nèi)移來挪去。而且由于使用門檻更低，它能在特定醫(yī)療現(xiàn)場或超聲科醫(yī)師人手不足的場景下，及時為病患提供幫助。

Powell指出，“我們現(xiàn)在已經(jīng)擁有強(qiáng)大的計(jì)算架構(gòu)，完全可以在這款醫(yī)療設(shè)備內(nèi)部執(zhí)行大量AI任務(wù)，借此完善用戶體驗(yàn)、幫助他們從數(shù)據(jù)中捕捉準(zhǔn)確可靠的信息洞見。”

AI還有助于核磁共振（MRI）與CT掃描設(shè)備的小型化改造。目前的MRI設(shè)備往往需要塞滿整個房間，而Hyperfine則開發(fā)出一款由AI支持的便攜式MRI機(jī)，能夠在醫(yī)院內(nèi)靈活移動，甚至直接前往病人的床邊或手術(shù)室。這套名為Swoop同樣獲得了FDA批準(zhǔn)，并已用于為加拿大偏遠(yuǎn)地區(qū)的患者提供服務(wù)。

Hyperfine Swoop便攜式MRI掃描儀在患者床邊運(yùn)行。

在這套系統(tǒng)中，AI技術(shù)可以校正噪聲圖像，確保便攜式MRI掃描儀也能提供令人滿意的檢測結(jié)果。換言之，憑借著AI對于圖像保真度的有力支持，較低的場景強(qiáng)與傳感器質(zhì)量也能給出可靠的診斷結(jié)論。在Powell看來，這項(xiàng)技術(shù)跟手機(jī)上的美顏濾鏡頗有相似之處。手機(jī)美顏可以讓照片中的皮膚看起來更順滑，而Swoop則能通過噪聲校正讓醫(yī)學(xué)影像看起來更清晰。

Powell還提到，AI正在徹底改變外科手術(shù)的方式，扭轉(zhuǎn)外科醫(yī)師只能通過攝像頭觀察人體的傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)操作。

她強(qiáng)調(diào)，“我們可以在相機(jī)視圖上添加很多強(qiáng)大的信息——比如不要切斷這根血管，那里的解剖結(jié)構(gòu)如何等等。這些提示信息將幫助醫(yī)師確定手術(shù)方位，并通過模擬環(huán)境為醫(yī)師提供訓(xùn)練支持，讓他們快速理解自己需要執(zhí)行哪些操作、怎樣選擇施術(shù)路線?！?/p>

患者隱私

有朋友可能會問，AI會不會反而增強(qiáng)了圖像中的噪聲，顯現(xiàn)出某些實(shí)際上并不存在的東西？

Powell坦言，發(fā)生誤報(bào)的可能性雖然存在，但新型AI設(shè)備與任何其他醫(yī)療器械一樣，都需要經(jīng)歷嚴(yán)格的監(jiān)管流程（包括臨床試驗(yàn)）。

“從質(zhì)量保證和監(jiān)管的角度來看，這些設(shè)備都需要經(jīng)歷同樣的盡職調(diào)查、經(jīng)歷臨床試驗(yàn)階段，并提供能夠安全參與治療的證據(jù)。FDA及其他監(jiān)管機(jī)構(gòu)一直非常嚴(yán)厲，要求方案必須完全按照預(yù)期方式執(zhí)行每一步操作?！?/p>

目前，F(xiàn)DA已經(jīng)批準(zhǔn)超過350種搭載有AI功能的醫(yī)療設(shè)備。Powell提到，還有更多應(yīng)用程序雖然游離于監(jiān)管路徑之外，但同樣能夠幫助醫(yī)療機(jī)構(gòu)提高運(yùn)營效率，而且已經(jīng)有數(shù)千種得到實(shí)際使用。

在她看來，“如果完全依靠人工操作，那么醫(yī)學(xué)圖像從捕捉到獲取的整個流程將對應(yīng)巨大的工作量，不僅非常耗時、也很可能帶來潛在錯誤。但從另一個角度看，其中的效率提升空間也同樣巨大。這項(xiàng)工作的本質(zhì)，就是為醫(yī)師提供信息，再由對方判斷是否接受?！?/p>

與現(xiàn)有計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)一樣，無論從哪里捕捉患者圖像，隱私問題都必須得到解決。相對較好的方法，就是在設(shè)備內(nèi)部執(zhí)行AI，而無需將圖像傳輸至云端處理。

Powell指出，“事實(shí)上，患者數(shù)據(jù)的數(shù)字化進(jìn)程已經(jīng)持續(xù)了20年。所以問題可以歸結(jié)為，數(shù)據(jù)是如何流動的、又有哪些人可以訪問這些數(shù)據(jù)？要想保障萬全，必須制定適當(dāng)法規(guī)，同時嚴(yán)格關(guān)注業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)協(xié)議等制度，嚴(yán)守從數(shù)據(jù)供應(yīng)方到數(shù)據(jù)接收方的各個環(huán)節(jié)?！?/p>

Powell認(rèn)為，對于AI輔助機(jī)器人手術(shù)這類場景，體內(nèi)拍攝的圖像其實(shí)無法用于識別患者身份。Clara Holoscan的系統(tǒng)中還包含去身份步驟，例如自動刪除包含皮膚與毛發(fā)的圖像（可能被用于識別患者身份）?？傊?，這類圖像在機(jī)器人醫(yī)生手中并不存在被濫用的可能性。

AI能夠在微創(chuàng)手術(shù)中為外科醫(yī)生提供指導(dǎo)和建議。

“這當(dāng)然需要患者們給予信任，但我認(rèn)為大家最終會逐漸習(xí)慣攝像機(jī)在診療過程中的陪伴?！盤owell還補(bǔ)充道，就連現(xiàn)在的智能門鈴都在使用云端AI處理視頻片段，“而且根據(jù)我對各企業(yè)合作方的了解，去身份化已經(jīng)是他們開發(fā)AI方案時的首要考量事項(xiàng)?！?/p>

開發(fā)限制

那么，在如今的醫(yī)療設(shè)備中使用AI技術(shù)還面臨著哪些限制？Powell提出了三大關(guān)鍵領(lǐng)域，其一是功能強(qiáng)大的計(jì)算平臺。只有具備這樣的平臺，才能實(shí)時處理復(fù)雜的AI模型，而無需將數(shù)據(jù)發(fā)送至云端。也正因?yàn)槿绱?，英偉達(dá)才著力開發(fā)出Clara Holoscan系統(tǒng)。

Clara Holoscan是英偉達(dá)的三大機(jī)器人平臺之一（另外兩種分別是用于自動駕駛汽車的Drive，和用于在人類環(huán)境下運(yùn)行機(jī)器人的Isaac）。它采用英偉達(dá)Jetson AGX Orin硬件，并配合專為醫(yī)療設(shè)備量身定制的軟件。

Powell表示，“之所以稱其為機(jī)器人平臺，是因?yàn)樗哪繕?biāo)就是創(chuàng)造出實(shí)時智能食品?！蔽磥淼臋C(jī)器人也許能夠無需任何幫助就進(jìn)行手術(shù)，甚至以后的X光機(jī)或醫(yī)用顯微鏡也將具備一定智能，進(jìn)而被歸入機(jī)器人行列。所以沒準(zhǔn)會出現(xiàn)專職機(jī)器人放射科醫(yī)師或科學(xué)家，負(fù)責(zé)查看醫(yī)學(xué)影像中是否存在體征異常。

英偉達(dá)的Clara Holoscan平臺可用于設(shè)計(jì)任何帶有傳感器的AI醫(yī)療設(shè)備，包括內(nèi)窺鏡、MRI設(shè)備等。

Clara Holoscan能夠?qū)尤魏晤愋偷尼t(yī)療傳感器——包括超聲波、內(nèi)窺鏡乃至CT機(jī)，并實(shí)時完成強(qiáng)大的AI計(jì)算。其他醫(yī)療專屬功能還包括高速I/O，醫(yī)學(xué)物理、醫(yī)學(xué)影像與醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的AI處理，以及3D圖形渲染加速。

Powell強(qiáng)調(diào)，“在這類場景下，實(shí)時的最大意義其實(shí)是幫助人機(jī)回圈中的「人」更好地完成工作。不僅如此，Clara Holoscan還為醫(yī)療設(shè)備真正開啟了新時代的大門?！?/p>

Powell提到，以往醫(yī)療設(shè)備的質(zhì)保期可能長達(dá)10年。借助英偉達(dá)平臺，醫(yī)院可以根據(jù)需求創(chuàng)建并上傳新的AI算法，讓設(shè)備始終保持高智能水平。再配合空中更新模式，結(jié)果就是醫(yī)療設(shè)備制造商有望將商業(yè)模式轉(zhuǎn)向“軟件即服務(wù)”的新層次。

Powell解釋道，“現(xiàn)在他們相當(dāng)于擁有一套計(jì)算平臺，不僅具備很強(qiáng)的AI執(zhí)行能力，還可以運(yùn)行各類實(shí)時應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程更新。這就像是把云功能引入了醫(yī)療設(shè)備，降低新應(yīng)用的部署門檻，而且這些傳感器的功能每一周都在增強(qiáng)。從經(jīng)濟(jì)效益的角度看，這無疑代表著令人振奮的光明前景。”

訓(xùn)練數(shù)據(jù)

阻礙AI在醫(yī)療設(shè)備中馳騁的另一大難題，就是可用于訓(xùn)練醫(yī)療AI的數(shù)據(jù)集實(shí)在有限。這個問題在罕見病領(lǐng)域體現(xiàn)得尤其明顯。為了攻克難關(guān)，英偉達(dá)與倫敦國王學(xué)院最近宣布將使用

Cambridge-1超級計(jì)算機(jī)創(chuàng)建一套包含10萬份大腦合成圖像的數(shù)據(jù)集，借此訓(xùn)練AI應(yīng)用以加快對于癡呆癥、帕金森氏癥及其他腦部疾病的理解。所謂合成圖像，就是由AI生成的圖像素材，相當(dāng)于利用更多AI解決素材短缺問題。

無論是女性、年輕群體還是患有特定疾病的人群，AI都能為這些代表性不足的受眾創(chuàng)建大腦圖像。研究團(tuán)隊(duì)還打算進(jìn)一步將覆蓋范圍延伸至人體解剖學(xué)中的一切醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域（包括MRI、PET掃描、X光片等）。

最后一個限制因素，則是醫(yī)療AI算法的開發(fā)。為此，英偉達(dá)構(gòu)建起一套名為MONAI的醫(yī)療專用AI框架。MONAI中包含標(biāo)記數(shù)據(jù)、創(chuàng)建合成數(shù)據(jù)、訓(xùn)練模型、在現(xiàn)實(shí)世界中驗(yàn)證模型所需要的全部工具，可以對接Clara Holoscan平臺以完成部署。這套開源平臺還專門針對醫(yī)學(xué)影像的特殊格式、分辨率及元數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化。

Powell表示，“以往，只有那些財(cái)力雄厚、聲名顯赫的AI實(shí)驗(yàn)室才能從事這方面研究。而我們希望推動這種能力的大眾化普及?！泵慨?dāng)有新的醫(yī)學(xué)論文發(fā)表，相關(guān)成果都會被快速納入MONAI當(dāng)中。

“我們把學(xué)術(shù)成果直接納入這套開源科學(xué)框架，希望加快相關(guān)病癥的攻克速度。也正因?yàn)槿绱?，我們的?chuàng)新步伐才如此之快。正是由于AI社區(qū)始終堅(jiān)持建設(shè)一個開放、科學(xué)、創(chuàng)新的世界，AI技術(shù)才得以踏上大眾化進(jìn)程，以更安全、更富有成效的方式回報(bào)整個社會。