大吐一口氣:使用深度學習技術和行動電話來檢查肺部健康情況

作者 Jamie Beckett

想要診斷氣喘、囊狀纖維化、肺氣腫這一類慢性肺病,還有測量肺部健康情況的唯一辦法,就是看醫生;但在開發中國家裡,許多人與醫師之間相距遙遠,或是無力負擔看診費用。

這些開發中國家裡的肺疾病患最常使用的方法就是通過手機,只是他們用的更可能是掀蓋式手機,而非最新的智慧型手機。那正是華盛頓大學研究團隊開發出「SpiroCall」服務的原因,病患只要對手中的行動電話吹一口氣,便能檢查肺部的健康情況。

無需使用智慧型手機

SpiroCall 以團隊開發出的「SpiroSmart」app 為基礎,在智慧型手機上提供相同服務。為了研發 SpiroSmart,研究團隊採用一種稱為「深度學習」的人工智慧技術,將電話那頭傳來的聲音,變成測量肺部功能的資料來源。

Mayank Goel 是5月12日在聖荷西召開之計算機協會(ACM)CHI 2016 大會上發表的研究報告第一作者,也是華盛頓大學博士候選人。他說:「人們不用等到必須擁有智慧型手機才可擁有這項服務是我們開發 SpiroCall 的原因。」

世衛組織指出開發中國家的人們更迫切需要更佳的疾病檢測服務,因為慢性肺病所造成的死亡人數佔總人數的九成。

在醫師的診間裡,病患深吸一口氣,再快速用力地呼氣,直到吐光肺中的空氣為止,此時肺活量計會測量病患肺部功能的健全與否。

一名使用者測試使用手機來檢查肺部健康情況的 SpiroCall 程式。照片提供:華盛頓大學。
一名使用者測試使用手機來檢查肺部健
康情況的 SpiroCall 程式。照片提供:
華盛頓大學。

SpiroCall 會進行類似的測量活動,使用者只要撥打免付費電話,向手機吐一口氣就行了;而 SpiroSmart 的用戶則會在手機上錄製一個聲音檔。

無論使用 SpiroCall 或 SpiroSmart,手機上的麥克風都會感應吐氣時的聲音和壓力,接著傳送資料至中央伺服器,再轉成測量肺部功能的結果。

這裡運用深度學習技術來訓練人腦裡的人造神經元網路,將病患吐氣的聲音變成肺部功能測量結果。GPU(在本例裡是 NVIDIA GeForce GTX TITAN X)是推動深度學習的重要因素,提供了投入海量資料來訓練神經網路所需的速度(請見《透過 GPU 加快人工智慧運算速度:嶄新的運算模型Accelerating AI with GPUs: A New Computing Model》一文)。

在家測試肺部功能,對於病患來說是一項利多

開發 SpiroCall 與 SpiroSmart ,不是為了取代醫師的診療檢測,而是要讓病患能在家中更輕鬆進行檢測、更密切追蹤自己的身體狀況,以及更快偵查出問題。家用肺活量計雖易於取得,卻不便使用,而且得花數百美元購買,保險還不給付。

研究團隊希望病患能儘早使用到這項技術。過去四年,他們在美國、印度和孟加拉的四千餘名病患身上測試 SpiroSmart,現在研究團隊準備好向美國食品藥物管理局提出申請,要是 FDA 批准這個 app,任何一個擁有智慧型手機的用戶便能使用 SpiroSmart。

Goel 表示下一步就是展開 SpiroCall 的臨床試驗活動。

Goel 說:「等到我們的技術實際用到全世界,人們便能更妥善對待自己身上的疾病。這項技術會帶來無窮的影響力,對我們全體也帶來莫大的鼓勵。」