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隔空看???ET可以,AI也可以!

2022-08-24 15:05 我是科學(xué)家iScientist
關(guān)鍵詞:AI醫(yī)療癌癥診斷

導(dǎo)讀:韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院(Korea Institute of Science and Technology,KIST)開(kāi)發(fā)的一種人工觸覺(jué)神經(jīng)元裝置,可快速準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換物質(zhì)的硬度。

韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院(Korea Institute of Science and Technology,KIST)開(kāi)發(fā)的一種人工觸覺(jué)神經(jīng)元裝置,可快速準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換物質(zhì)的硬度。結(jié)合人工智能技術(shù),可以了解腫瘤的硬度水平和分布,為癌癥診斷提供參考。研究結(jié)果在期刊前沿材料(Advanced Materials)的內(nèi)頁(yè)封面出版。

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使用人工觸覺(jué)神經(jīng)元進(jìn)行快速準(zhǔn)確的診斷 | 參考文獻(xiàn)[1]

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論文截圖

關(guān)注生物材料的硬化程度和分布情況,有助于推測(cè)細(xì)胞組織的情況。例如,惡性乳腺腫瘤通常比良性乳腺腫瘤更硬,且形狀更不規(guī)則。超聲彈性成像(Ultrasound elastography)成本低廉,可以無(wú)創(chuàng)地確定組織硬化程度和形狀,常被用于診斷乳腺癌。然而,如何解讀超聲彈性成像圖像至關(guān)重要,但解讀報(bào)告的準(zhǔn)確性往往取決于專家的經(jīng)驗(yàn)。

KIST院長(zhǎng)宣布,該院的自旋收斂研究中心(Spin Convergence Research Center)和神經(jīng)形態(tài)工程中心(Center for Neuromorphic Engineering)合作,開(kāi)發(fā)了一種精簡(jiǎn)又精確的疾病診斷技術(shù),技術(shù)結(jié)合觸覺(jué)神經(jīng)元設(shè)備與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)裝置通過(guò)按壓確定物體的硬度。

神經(jīng)形態(tài)技術(shù)是一個(gè)旨在模仿人腦信息處理方法的研究領(lǐng)域,該方法的特點(diǎn)是能耗低而功能強(qiáng)。神經(jīng)形態(tài)技術(shù)適用于人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和自動(dòng)駕駛的數(shù)據(jù)分析,可實(shí)時(shí)處理復(fù)雜而龐大的信息。感覺(jué)神經(jīng)元通過(guò)感覺(jué)受體接收外部刺激后,能將其轉(zhuǎn)化為電子脈沖信號(hào)。隨后,生成的脈沖尖峰模式根據(jù)外部刺激信息而變化,較高的刺激強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生更高的脈沖頻率。

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人工觸覺(jué)神經(jīng)元裝置感知硬度診斷疾病示意圖 | 參考文獻(xiàn)[1]

研究小組開(kāi)發(fā)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的人工觸覺(jué)神經(jīng)元裝置,它包含壓力傳感器(piezoresistive sensor,PRS)和雙向閾值開(kāi)關(guān)(ovonic threshold switch,OTS)裝置。向壓力傳感器施加壓力會(huì)導(dǎo)致傳感器的電阻降低,連接的雙向開(kāi)關(guān)元件的電脈沖頻率會(huì)發(fā)生變化。這種人工觸覺(jué)神經(jīng)元裝置是一種高響應(yīng)、高靈敏度的裝置,可以讓壓力產(chǎn)生電脈沖頻率,提高靈敏度

人工觸覺(jué)神經(jīng)元裝置產(chǎn)生的電脈沖持續(xù)時(shí)間小于0.00001秒,這比按壓物體幾秒鐘快100,000倍以上。之前的設(shè)備可以檢測(cè)到脈沖頻率變化為20至40 Hz 的低壓(約 20 kPa,類似于輕壓),而這個(gè)新設(shè)備可以檢測(cè)尖峰頻率變化為1.2 MHz的低壓,能精確地捕捉壓力變化。

為將人工觸覺(jué)神經(jīng)元裝置應(yīng)用到實(shí)際的疾病診斷中,研究團(tuán)隊(duì)使用惡性和良性乳腺腫瘤的彈性成像圖像,利用脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)方法來(lái)訓(xùn)練人工智能。在學(xué)習(xí)過(guò)程中,相關(guān)彩色編碼超聲彈性成像圖像的每個(gè)像素都被轉(zhuǎn)換為尖峰頻率變化值。結(jié)果表明,這套裝置能以高達(dá)95.8%的準(zhǔn)確率確定乳腺腫瘤的惡性程度。

KIST研究小組表示“開(kāi)發(fā)的人工觸覺(jué)神經(jīng)元技術(shù)能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和方法檢測(cè)和學(xué)習(xí)。通過(guò)后續(xù)研究,如果人工觸覺(jué)神經(jīng)元可以收集物體的彈性成像圖像,將有可能解決噪聲反射問(wèn)題,這是超聲彈性成像的一個(gè)缺點(diǎn)。” 該團(tuán)隊(duì)希望人工觸覺(jué)神經(jīng)元設(shè)備在未來(lái)能應(yīng)用于疾病診斷還可應(yīng)用于人手無(wú)法直接進(jìn)行操作的手術(shù)中,幫助快速確定手術(shù)部位。


參考文獻(xiàn)

[1] Lee, J., Kim, S., Park, S., Lee, J., Hwang, W., Cho, S. W., ... & Yi, H. (2022). An Artificial Tactile Neuron Enabling Spiking Representation of Stiffness and Disease Diagnosis. Advanced Materials, 2201608.

[2] https://www.eurekalert.org/news-releases/958262