【云驻共创】新冠肺炎AI辅助筛查与定量分析

极道无名 发表于 2022/02/21 17:26:33 2022/02/21
【摘要】 展望未来,华为云将基于全栈全场景创新技术服务,为医疗行业提供数字化转型“黑土地”,打造更多的医疗行业智能化升级样本,华为云也将成为千行百业智能升级的黑土地,将希望之种播撒到包括医疗行业在内的千行百业。

前言


随着智能社会的加速到来,云成为企业数字化转型的必然选择。未来十年,在云2.0时代,企业将成为云化主角华为作为全球领先的ICT解决方案供应商,人工智能和云计算上都有着深厚积累,多年技术与经验的积累汇聚成了华为云。现已服务世界500强企业178家,世界百强企业43家,是一个有技术,有未来,值得信赖的平台。


今天,各行各业都在拥抱和探索人工智能,但AI算力贵,开发难限制了AI的发展。华为的全站全场景AI战略,通过领先的芯片技术,Atlas开发套件和普惠AI开发平台ModelArts,给用户提供了一个更快的普惠AI开发平台,ModelArts为数据专家、数据工程师、IT工程师和各种商业应用提供最先进的AI技术,极快、极简单的使用体验,即使零基础、零开发经验的开发者都能用ModelArts,为构建万物互联的智能世界贡献一份力量。当云+AI遇上行业,华为云EI智能体应运而生,帮助各行各业完成智能化升级。在数据保护上,华为云从“芯”出发构筑安全提供体系化的安全解决方案,并在全球获得了四十家各类权威安全合规认证和牌照。华为坚持开放、合作、共赢的生态,做未来智能社会的土壤和能量,促进行业和社会持续进步,构建万物互联的智能世界,与华为云共同成长。


一、新冠肺炎AI辅助系统及服务方案的原因和背景


1.1 CT影像检查是新冠肺炎诊断的重要手段

面对来势汹汹的新型冠状病毒肺炎(简称新冠肺炎,NCP)疫情,2月4日发布的《新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案(试行第五版)》,已将“疑似病例具有肺炎影像学特征者”作为湖北省新冠病毒临床诊断标准。作为新冠肺炎重要的诊疗决策依据手段之一,CT作为快速诊断有特有优势,既是专业手段,也是循证工具;既是诊断者,也是评价者。但是,由于患者肺内病灶多、变化快,短时间内需要多次复查、图像多等情况,造成影像医生工作负荷显著增加,加上可精准诊断、量化分析新冠肺炎的影像医生紧缺,诊断效率难以大幅提升。   


现在疫情情况很严重,确诊时间很慢,是因为确诊需要核酸试剂但是核酸试剂产能不够,然后一难求。国家对新冠肺炎医学诊断指南里面,把CT检查做一个推荐手段。

大家去医院拍片的时候,大部分情况下拍的都是X光。CT是什么呢就是一个方舱机器,把人躺在里面把它送进去,瞬间给你成百上千张照片。还有一种更高精度叫做MR检查要增强扫描。新冠肺炎医学诊断指南里面已经将CT检查作为一个强推荐手段,它是区别X普通X光存在漏诊,所以推荐度弱但是CT检查是强推荐手段,这是第一个原因,就是为什么要用CT检查来做新冠肺炎诊断。第二个原因就是对一些早期患者,他不发热,潜伏期内它是不发热的,你用测温仪、测箱是测不出来。实际上情况下,当你用CT检查时,他肺部已经病变了,所以就是CT检查可以有效地去发现和甄别这些早期患者。这就是我们为什么要用CT数据进行AI新冠肺炎辅助诊断重要原因。


1.2 AI医学影像诊断极大提高医学影像诊断水平与效率

AI之后,它能达到什么效果?

人躺进方舱进行医学影像检查设备拍CT,之后把数据上到PACS系统。PACS系统就是影像管理系统。在传统方式下影像管理系统医学影像医生进行筛查诊断,全过程下来至少要12分钟然后才能有手工报告上千张片子,工作量特别大,需要不停的翻。有了AI方式之后基于我们CT影像,数据拿到华为AI服务,进行AI辅助诊断我们能实现秒级返回,在10秒到20秒之间,我们就能把这个诊断结果给返回诊断。再加上医学影院医生进行确认,我们就可以把结果给输出,全流程大概只有两分钟。华为AI做的只是辅助诊断,包括业界AI也是一样,只是做辅助诊断,不能做替代诊断。


新型冠状病毒肺炎AI辅助医学影像量化分析服务

该服务基于华为云领先的计算机视觉与医学影像分析等AI技术,可全自动、快速、准确地为影像及临床医生提供CT量化结果,缓解可精准诊断新冠肺炎影像医生紧缺的局面及隔离防控压力,减轻医生诊断工作负荷。同时,基于华为自研Ascend(昇腾)系列AI芯片强大算力,该服务可实现单病例量化结果秒级输出,AI+医生复核的总体效率是纯人工量化评估速度的数十倍,可大幅提升诊断效率。新冠肺炎患者肺内病灶多、变化快,短时间内需要多次复查,图像工作量很大,与庞大的确诊数量乘数叠加,使得 CT 影像的工作压力几何式增长,这时候如果有 AI 辅助,将有效减轻医生工作复核,提升诊断效率。



1.3 新冠肺炎疑似人群AI筛查方案应用场景


华为云运用计算机视觉与医学影像分析技术,对患者肺部CT多发磨玻璃密度影(GGO)以及肺实变进行分割以及量化评价,并结合临床信息和实验室结果,辅助医生更高效、精准地区分早期、进展期与重症期,有利于新冠肺炎的早期筛查和早期防控。对于院内收治确诊新冠肺炎的病人,该AI服务可以对短时间内多次复查的4D动态数据进行配准以及量化分析,帮助医生有效评估病人病情进展以及用药疗效等。


二、 新冠肺炎AI辅助诊断应用


2.1 具体案例分析


当前痛点:

1. 影像医生对CT进行阅片时,需要查看大量的二维CT医学影像,工作量非常大;

2. 评估病情,医生需要精准的测量病灶体积,需对大量的二维影像进行病灶区域勾勒,耗费大量的精力(时间以小时级别计数) 。



方案优势:

1. 病灶的智能识别与分割;

2. 病灶体积的自动精准测量,并与解剖学位置对应;

3. 对分析结果自动三维重建,直观呈现,方便指导病人用药治疗;

4. 单病例量化结果秒级输出,Al+医生复核总体效率是纯人工最化评估速度的数十倍;

5. 病灶区域分割DICE (预测病灶和真实病灶的重合度)及AVD (预测病灶体积与真实病灶体积误差)指标业界领先,与医生用手工精准勾勒的结果高度一致;


1、 患者CT影像检查,随即将医学影像数据上传到蓝网医学影像信息系统。

2、 利用Al智能诊断,AI辅助诊断服务平台秒级判断,随后返回辅助诊断结果。

3、 医学影像报告生成,医学影像诊断中心的医学影像中心专家进行初诊,审核,会诊。

4、 医学影像诊断报告调阅,主治医生调阅医学影像及报告。


通过对数百例新冠肺炎案例以及正常案例进行分析,结果显示,华为云AI量化辅助诊断服务实现病灶区域分割DICE(预测病灶和真实病灶的重合度)及AVD(预测病灶体积与真实病灶体积误差)指标业界领先,与医生用手工精准勾勒的结果高度一致。同时,基于华为昇腾AI系列芯片,该服务可以实现CT量化结果秒级输出,相较于医生手工勾画ROI进行量化评估的传统方式,极大地提升了诊断效率。


2.2 高效准确的AI系统

一个高效准确的AI系统,能够真正缓解一线医生的压力,帮助医生以更高的效率实现诊断、评价。于是AI影像系统部署后,通过AI图像算法,实现了对新型冠状病毒性肺炎CT影像的智能化诊断与定量评价,并对局部性病灶、弥漫性病变、全肺受累的各类肺炎疾病严重程度进行分级。利用这个新AI系统,医院实现了病变区域的自动检测,在2-3秒之内就能完成定量分析——极大提升了精准定量分析的效率 。也就是说,AI不仅能做定量分析,并且在病人做完CT的第一时间,AI系统就能判断出病患是否有肺炎可能,及时反馈给医生。


如此一来,还避免了病人在医院内活动造成的交叉感染,有利于疫情防控。另一个显著的优势是,在实际治疗当中,新冠肺炎患者2-4天就需要接受一次CT检查,并进行前后CT图像的比对,判断病情发展。


对于医生而言,这也就意味着要把全肺每一个病变进行前后对比,非常耗时费力。而AI,则能在很短的时间内完成精准定量,判断总体病变变化情况。



第一步:病灶分割与定量分析

1. 检出磨玻璃密度影(GGO)、实变密度影等病灶及其影像位置;

2. 自动测量病灶的体积。


第二步:3D重建

1. 输出病灶的解剖定位,具体到左右肺;

2. 自动进行三维立体重建,直观呈现结果。


第三步:对比分析

1. 清晰对比初诊及经过治疗后的复查情况,方便指导病人用药治疗。



2.3 新冠肺炎的AI+CT医学影像分析服务


依托于华为云医疗智能体-医学影像分析平台开发构建。该平台基于华为云AI昇腾集群服务、ModelArts一站式AI开发与管理平台,能提供一站式医学影像数据治理、数据标注、模型训练、模型评估、可视化渲染等能力,为高校、医院等提供海量AI算力、平台以及算法的强有力支持。

华为云积极联合各界力量,合作开展针对新型冠状病毒肺炎的多项人工智能相关科研工作,已联合多家科研机构发布了超大规模计算机辅助药物筛选成果,并联合一知智能面向各类机构免费提供智能语音疫情回访系统。

在疫情结束之前,华为云将免费对定点收治医院开放新型冠状病毒肺炎AI辅助医学影像量化分析服务。未来,华为云还将持续升级肺部全病种(包括肺炎、肺结节、肺癌等)辅诊系统,实现肺部疾病早筛早治。



三、方案部署方式


3.1 边缘式部署模式1

场景:适用于大型医院、指定医院;医院使用蓝网PACS系统;

优点:本地化部署,数据不上云,满足院方管控要求;

缺点:系统需要单独部署,部署时间和要求较高;需要医院IT维护团队负责系统的日常管理、维护等;

华为AI专属推理一体机

本地化部署,保证数据安全,ModelArts模型理,模型部署、更新方便快捷;AI专属推理一体机与前置机功能合设, 硬件投入更低。


3.2 云服务部署模式1

场景:适用于各种医院、医联体、移动化场景;医院使用蓝网PACS服务;

优点:不改变医院原有PACS,通过前医学影像网关服务器,实现医学医学影像人工智能辅助诊断服务;依托华为云强大算力,AI诊断速度快;院方无需负责系统的日常管理、维护,技能要求低,尤其适合基层医院;

缺点: CT数据需要上公有云,可能不满足与院方数据管控要求;

华为云高阶AI推理服务

基于通用RESTful API,对外部提供精准肺部CT诊断算法服务

依托华为云深厚技术积淀,实现高安全、专属舁腾算法推理集群,加速推理

7*24小时自动化运维监控体系,确保服务高可用


3.3 部署方式差异分析

关于使用Al影像辅助筛查防控疫情的说明:

①AI影像筛查技术现阶段是通过CT等医学影像进行预筛的疑似病例的一种技术手段,但也存在一定的漏筛可能,所以使用单位原有的人工审核措施仍然可以照常使用。

②我们会不断更新AI引擎以提升识别疑似病例的筛选能力。同时,根据疫情的最新发展可能存在病毒变异影响Al识别效果的可能性。


Al推理专属一体机硬件资源需求--- X86 + Nvidia GPU

AI推理专属一体机硬件资源需求---鲲鹏+异腾


前置机硬件资源需求

1. 仅当部署模式为“云服务部署模式1"和“云服务部署模式2”时需要独立前置机;

2. 当部署模式为 "边缘式部署模式1"和“边缘式部署模式2"时,必须采购AI专属推理一体机,该一体机与前置机功能合设,无需单独部署;


蓝网云PACS服务器资源需求


网络和存储资源需求


1. 上传到OBS的数据为患者脱敏数据, 不涉及患者隐私;

2. OBS数据默认存储- 个月.如果院方希望做更长周期的治疗效果对比(比如2个月),则需存储周期扩大。


产品开通使用流程

在院方已有PACS系统情况下,蓝网支持不改变原有系统,增加一个“云PACS"服务,分-路CT数据给“云PACS" , 连接后端华为云服务实现新冠肺炎Al筛查;


商业模式及价格策略——已有蓝网PACS系统

为支持医疗行业抗“疫”,疫情期间(5月1日前)华为云服务资源和蓝网部署调测服务均免费, 5月1日后根据疫情情况再定价;



四、客户常见问题


Q:院方已有PACS系统,不希望再部署PACS系统,如何才能支持新冠肺炎Al筛查服务?

A:蓝网支持增加一一个“云PACS"服务,分一路数据给“云PACS”,连接后端华为云服务,实现新冠肺炎AI筛查;或者医院协调要求已有PACS系统直接对接到华为云上,华为提供接口并配合对接。


Q:集成非蓝网的PACS系统,是否一定要第三方系统进行接口对接?

A:如果PACS系统的服务是标准化的,可以直接配置获取数据;也可以从CT设备直接获取标准数据。如果Al筛查服务不需要提供报告,不需要额外的接口对接。


Q:华为方案与合作伙伴的医疗影像方案的区别和不同定位?

A: PACS厂商本身就是对接了很多医院提供影像信息系统解决方案的,存量客户多,我们的云服务作为增值服务对接PACS,直接给医院影像医生用,医生不用改变工作界面,还是用现网PACS,这是和友商最大的不同。友商都是用自己的界面和系统,医生在工作中还需要学习和切换工作界面。影像科医生都很忙,很难有时间再去学习。


Q:除了新冠肺炎AI筛查外,后续华为云还会孵化哪些医疗领域的AI方案?

A:我们会在新管肺炎病灶定量分析和3D可视化基础上,推出更多病种的影像辅助诊断服务,如更多的肺疾病检测,脑动脉瘤检测,骨龄检测等;


Q:方案能否集成进welink?

A:后续规划集成进welink,提供更好的远程会诊服务;



总结


在此次疫情中,病毒无情肆虐,但也让AI技术力量展现出平时鲜被关注的那一面。更多时候,他们是学术的一面、技术的一面,用产品改变世界的那一面。但疫情之下,他们把平时扎实的技术快速部署到医护一线,把社会责任和道义写入每一行代码。

AI作为新的通用目的技术,正在进入千行百业,未来的人工智能将会把知识、数据、算法和算力四要素结合同时发力,才能够构建出更好的AI,让AI落地到各行各业当中。

展望未来,华为云将基于全栈全场景创新技术服务,为医疗行业提供数字化转型“黑土地”,打造更多的医疗行业智能化升级样本,华为云也将成为千行百业智能升级的黑土地,将希望之种播撒到包括医疗行业在内的千行百业。



本文整理自华为云社区【内容共创】活动第13期。
https://bbs.huaweicloud.com/blogs/330939
任务12.新冠肺炎AI辅助筛查与定量分析

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