將深度學習用在心臟上:新創公司使用人工智慧來提升心臟病的診斷結果

作者 Isha Salian

車輛要進行廢氣排放檢測、橋樑要檢查其品質,人類則是要進行健康檢查,特別是對心臟進行檢查。

原因在於心臟病為全球第一名的死因,光是在美國每年約有 25% 的人死於心臟病。

深度學習技術讓醫師們能更輕鬆診斷出心臟病,也讓更多人能獲得這項服務,進而獲得更好的治療方式,患者也能享受到更好的治療結果。

心臟超音波(echocardiogram)是一項產生出心臟影像的超音波檢查項目,用於檢測和管理心臟病病例。通常稱為「echo」的心臟超音波也用來對化療患者等特定人群進行評估,這類患者有著較高出現心臟衰竭情況的風險。

在美國每年進行千萬件以上的心臟超音波檢查活動,通常由持有證照的診斷心臟超音波檢驗師進行,這些檢驗師在兩年制的學位課程裡學習如何進行檢查。

Bay Labs 期望其深度學習工具 EchoGPS 能讓護士或其他非專業人員,在接受短短幾天訓練活動後,也能執行達到診斷品質的心臟超音波檢驗活動。

「我們明白並不容易獲得優質的心臟超音波檢驗結果,有不少機會要更多次進行這些檢查。要是我們能讓更多的臨床團隊成員有能力進行心臟超音波檢查活動,便能提高照顧患者的品質。」Bay Labs 產品部門主管 Shara Senior 說。

Bay Labs 自2015年成立以來獲得超過九百萬美元的融資。2017年在 NVIDIA 年度GPU 技術大會上獲得 Inception 競賽的12.5萬美元獎金。

改變心臟超音波的拍攝和分析活動

進行超音波掃描時,超音波檢驗師把稱為換能器(transducer)的探頭放在患者身上,以拍攝各種心臟影像。EchoGPS 軟體內的深度學習技術可指導非專業醫療保健服務提供者如何操作換能器,以拍攝出最佳畫質的影像,供日後進行診斷。


EchoGPS 軟體幫助醫療專業人員進行優質的心臟超音
波檢查活動,以獲得更佳的心臟病診斷結果(圖片由
Bay Labs 提供)。

讓更多人接受優質心臟超音波檢查服務,以在傳統醫療保健體系及服務不足環境裡,獲得更佳的心臟病診斷結果及治療方式,患者也能享受到更優質的治療效果,也能為醫療服務提供者節省成本。

Bay Labs 也開發出一款心臟超音波分析軟體套件 EchoMD,會自動從心臟超音波影像裡選擇畫質最高的影像,並且提供射血分數的評估結果。射血分數(ejection fraction)是醫師在臨床上用於做出判斷的心臟功能指標之一。

Bay Labs 使用卷積神經網路,使用取自各臨床合作夥伴提供之一百萬件心臟超音波影像資料庫來訓練自家的深度學習模型。這些合作單位包括明尼亞波利斯心臟研究所(Minneapolis Heart Institute)。

在 Bay Labs 技術裡,其中一項關鍵功能便是在拍攝超音波影像的同時,即時便處理好這些影像。「真的少了 NVIDIA 的技術,我們便做不到這一點。我們甚至還跟硬體供應商連絡,說服他們在以後的裝置裡嵌入 GPU,這樣我們就能利用 GPU 的處理能力。」Senior 說。

這間新創公司使用 NVIDIA GPU 來訓練 EchoGPS 和 EchoMD 的神經網路。EchoGPS 軟體在嵌入超音波機器的 NVIDIA Quadro P3000 GPU 上運行,以便即時進行推論。

現場的深度學習心臟超音波檢驗活動

EchoMD 在六月時已獲得 FDA 的許可。目前則是 EchoGPS 在準備申請 FDA 的許可,這項工具目前僅供研究使用,且正在進行一項重要的臨床試驗。

Bay Labs 日前在芝加哥與 Northwestern Medicine 合作展開了一項臨床研究,以判斷過去無掃描經驗的認證醫療助理,是否可以使用 EchoGPS 來拍攝優質的心臟超音波影像。該研究有1200名年齡逾65歲的患者參加,還將測試 EchoMD 分析套件偵測特定心臟病類型的能力。

這個月底該公司還將與盧安達當地的非營利性醫療機構 Team Heart 合作,讓盧安達的兩處地區醫院使用 EchoGPS,以擴大該國的永續心臟照護服務。

Bay Labs 將在東非國家展示其超音波軟體,包括用於偵測風濕性心臟病的研究演算法。全球有3200萬名兒童和青少年罹患風濕性心臟病。

在無法充分治療鏈球菌性咽喉炎的情況下,風濕性心臟病會對人體造成嚴重損傷,有著極高的死亡率,估算全球每年有27.5萬人死於風濕性心臟病。

Senior 說:「在已開發國家裡很少見到風濕性心臟病的病例,它又被稱為窮人的疾病。」過度擁擠、營養不良及極差的衛生條件,是引發風濕性心臟病的因素。

若是能早期發現,便可輕鬆治療風濕性心臟病。