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，全面重塑實時處理、預測與可視化醫(yī)療數據等細分應用領域。如今，AI已經入駐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)本增效貢獻力量。

Kimberly Powell

英偉達醫(yī)療保健副總裁Kimberly Powell在采訪中表示，“現在，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技術為操作者提供超聲圖像的指導與解釋建議。這些寶貴的指導意見，成功讓超聲檢查不再是少數專業(yè)醫(yī)師的專利，而成為更多醫(yī)護人員可以直接使用的普適性工具。只要選定相應掃描類型，系統(tǒng)就會引導操作者獲取高質量圖像，包括使用方向鍵控制探頭的移動方向。

Powell表示，“只要持續(xù)利用計算機視覺技術處理傳入的探測數據，我們就能生成準確可靠的指導建議。人體的解剖結構有著很強的規(guī)律性，所以探頭在特定區(qū)域內接近需要測量的目標時，就能自動完成測量工作?！?/p>

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

Caption Haelth的引導超聲系統(tǒng)以AI技術為基礎，采用一套包含750萬個參數的卷積神經網絡。

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

Powell指出，“我們現在已經擁有強大的計算架構，完全可以在這款醫(yī)療設備內部執(zhí)行大量AI任務，借此完善用戶體驗、幫助他們從數據中捕捉準確可靠的信息洞見?！?/p>

AI還有助于核磁共振（MRI）與CT掃描設備的小型化改造。目前的MRI設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，能夠在醫(yī)院內靈活移動，甚至直接前往病人的床邊或手術室。這套名為Swoop同樣獲得了FDA批準，并已用于為加拿大偏遠地區(qū)的患者提供服務。

Hyperfine Swoop便攜式MRI掃描儀在患者床邊運行。

在這套系統(tǒng)中，AI技術可以校正噪聲圖像，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，較低的場景強與傳感器質量也能給出可靠的診斷結論。在Powell看來，這項技術跟手機上的美顏濾鏡頗有相似之處。手機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)學影像看起來更清晰。

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

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

患者隱私

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

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

“從質量保證和監(jiān)管的角度來看，這些設備都需要經歷同樣的盡職調查、經歷臨床試驗階段，并提供能夠安全參與治療的證據。FDA及其他監(jiān)管機構一直非常嚴厲，要求方案必須完全按照預期方式執(zhí)行每一步操作。”

目前，FDA已經批準超過350種搭載有AI功能的醫(yī)療設備。Powell提到，還有更多應用程序雖然游離于監(jiān)管路徑之外，但同樣能夠幫助醫(yī)療機構提高運營效率，而且已經有數千種得到實際使用。

在她看來，“如果完全依靠人工操作，那么醫(yī)學圖像從捕捉到獲取的整個流程將對應巨大的工作量，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。這項工作的本質，就是為醫(yī)師提供信息，再由對方判斷是否接受?！?/p>

與現有計算機視覺技術一樣，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，就是在設備內部執(zhí)行AI，而無需將圖像傳輸至云端處理。

Powell指出，“事實上，患者數據的數字化進程已經持續(xù)了20年。所以問題可以歸結為，數據是如何流動的、又有哪些人可以訪問這些數據？要想保障萬全，必須制定適當法規(guī)，同時嚴格關注業(yè)務數據協議等制度，嚴守從數據供應方到數據接收方的各個環(huán)節(jié)?！?/p>

Powell認為，對于AI輔助機器人手術這類場景，體內拍攝的圖像其實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@類圖像在機器人醫(yī)生手中并不存在被濫用的可能性。

AI能夠在微創(chuàng)手術中為外科醫(yī)生提供指導和建議。

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

開發(fā)限制

那么，在如今的醫(yī)療設備中使用AI技術還面臨著哪些限制？Powell提出了三大關鍵領域，其一是功能強大的計算平臺。只有具備這樣的平臺，才能實時處理復雜的AI模型，而無需將數據發(fā)送至云端。也正因為如此，英偉達才著力開發(fā)出Clara Holoscan系統(tǒng)。

Clara Holoscan是英偉達的三大機器人平臺之一（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)境下運行機器人的Isaac）。它采用英偉達Jetson AGX Orin硬件，并配合專為醫(yī)療設備量身定制的軟件。

Powell表示，“之所以稱其為機器人平臺，是因為它的目標就是創(chuàng)造出實時智能食品?！蔽磥淼臋C器人也許能夠無需任何幫助就進行手術，甚至以后的X光機或醫(yī)用顯微鏡也將具備一定智能，進而被歸入機器人行列。所以沒準會出現專職機器人放射科醫(yī)師或科學家，負責查看醫(yī)學影像中是否存在體征異常。

英偉達的Clara Holoscan平臺可用于設計任何帶有傳感器的AI醫(yī)療設備，包括內窺鏡、MRI設備等。

Clara Holoscan能夠對接任何類型的醫(yī)療傳感器——包括超聲波、內窺鏡乃至CT機，并實時完成強大的AI計算。其他醫(yī)療專屬功能還包括高速I/O，醫(yī)學物理、醫(yī)學影像與醫(yī)學數據的AI處理，以及3D圖形渲染加速。

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

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

Powell解釋道，“現在他們相當于擁有一套計算平臺，不僅具備很強的AI執(zhí)行能力，還可以運行各類實時應用、實現遠程更新。這就像是把云功能引入了醫(yī)療設備，降低新應用的部署門檻，而且這些傳感器的功能每一周都在增強。從經濟效益的角度看，這無疑代表著令人振奮的光明前景。”

訓練數據

阻礙AI在醫(yī)療設備中馳騁的另一大難題，就是可用于訓練醫(yī)療AI的數據集實在有限。這個問題在罕見病領域體現得尤其明顯。為了攻克難關，英偉達與倫敦國王學院最近宣布將使用

Cambridge-1超級計算機創(chuàng)建一套包含10萬份大腦合成圖像的數據集，借此訓練AI應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。研究團隊還打算進一步將覆蓋范圍延伸至人體解剖學中的一切醫(yī)學成像領域（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，英偉達構建起一套名為MONAI的醫(yī)療專用AI框架。MONAI中包含標記數據、創(chuàng)建合成數據、訓練模型、在現實世界中驗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)學影像的特殊格式、分辨率及元數據進行了優(yōu)化。

Powell表示，“以往，只有那些財力雄厚、聲名顯赫的AI實驗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?！泵慨斢行碌尼t(yī)學論文發(fā)表，相關成果都會被快速納入MONAI當中。

“我們把學術成果直接納入這套開源科學框架，希望加快相關病癥的攻克速度。也正因為如此，我們的創(chuàng)新步伐才如此之快。正是由于AI社區(qū)始終堅持建設一個開放、科學、創(chuàng)新的世界，AI技術才得以踏上大眾化進程，以更安全、更富有成效的方式回報整個社會。