新型冠状病毒肺炎三维识别与诊断系统

     

       本文转自 科way 公众号

       

       收到昕健医疗发来的病例数据动态分析结果,武汉、浙江、贵州等多地临床的医生都很惊讶,他们没想到AI+3D打印技术对新冠肺炎诊疗还有这样的价值。


三维AI识别与诊断可以快速定位病灶位置,计算病灶体积、肺内占比,量化组织间的三维关系,并通过3D打印形象展示病变形态,协助临床医生快速对比确型、规划诊疗方案。


昕健医疗创始人表示,这些精确的三维量化数据是传统二维AI诊疗无法实现的。




△双肺三维重建视图


尽管AI诊疗才刚刚进入人们的视野,但从3D视角出发的昕健医疗已经将其称之为传统做法了。疫情爆发后,昕健原本擅长的骨科领域业务受创。


出于企业自救的本能反应,也出于医疗企业共克时艰的强烈责任感,昕健决定将业务领域从骨科拓展到肺部诊断,立足3D打印技术开发针对新冠疫情的三维AI诊断系统,打破了二维AI诊疗的“传统”,也突破了3D打印和昕健自身的业务“传统”。


据了解,目前昕健正全力和武汉中心医院呼吸与危重症医学科胡轶主任合作,为抗击新冠肺炎提供临床危重症AI预测模型。


01
常态业务受创
自救中危、机并存


昕健医疗是一家提供医学精准化3D打印整体解决方案的高新技术企业,其自主研发并拥有独立知识产权的医学3D打印软件、医学3D打印机、个性化3D打印产品及服务,覆盖了除材料以外整个3D打印产业上中下游的产业链。


疫情爆发之前,昕健的业务板块集中在骨科领域。经过多年的积累和探索,无论权威认证,还是销售订单等各个方面来看,公司整体运行都处于“特别好”的上升状态,其分布各地的经销商也摩拳擦掌,准备进一步扩大市场。




△ 应用于骨科的3D打印模型


“突然爆发的疫情打乱了公司原有的研发和销售计划,营业额损失可能占原计划三分之一以上。”

“年前收到的很多订单都处于悬置状态,重大项目往后推迟了,市场也都以新冠肺炎需求为主。对我们公司打击挺重的。”

疫情爆发后,从科研到一线应用市场,整个骨科都处于“半瘫痪”状态。

原本的专一和专注造成了业务范围局限,复工成本和后续的融资也受到前所未有的挑战。生存压力下,该如何自救?


昕健决定,“看看能为疫情做点什么”。然而突破“舒适区”并非易事,虽然公司在骨科领域的实力已经得到业界认可,软件系统建模范围也可扩张到全身的所有软硬组织,但除了骨科,此前其他方面都只有零星的浅尝。对于肺部诊疗,也完全是“门外汉”。“从来没有做过,也不知道会有怎样的结果。”


02
从骨科到肺部诊疗
日夜兼程的跨界修行


从骨科到肺部诊疗,针对区域有所不同,但背后的三维AI重建技术一脉相承。


“2月4号我们做出决定,研发新冠病毒三维识别与诊断系统。公司核心团队全力投入这个新领域,2月5号拿到第一个病例数据,当天就出了第一份报告。”


“随后昕健连线武汉市中心医院、上海市第六人民医院、贵州省骨科医院等医生,在临床需求与指导下,日夜兼程不断优化,约十余天后,呈现的结果已经让临床医生感到“惊讶”。”




△ 病灶细节分叶展示


“基于深度学习数据库建立的分割模型和诊断模型,不但能够观察到整肺的变化,同时可以精准识别肺叶、肺段的局部特征,在肺炎早期就能捕捉到相关特异性征象,为医生提供全方位的病灶信息,辅助完成精确诊断。”


昕健研发团队表示,短时间内能够在这一全新领域有所突破,很大程度上得益于公司在骨科领域积累的三维AI重建技术和一线医生的需求指导。而公司全员也都为此付出了巨大的努力。


“一线医生每天满负荷工作,只有非常短暂的工作空余时间可以和我们沟通,可能是早上三四点,也可能是晚上十二点,所以我们基本上也是24小时待命。”


受一线医护人员的影响,公司全员都深刻感受到“时间和效率就是生命”,因此确认需求后,不分工作日和周末,也不分早九晚五,第一时间展开攻关。


公司管理人员翻出手机里的微信记录,在接受采访的前一天晚上,凌晨1点左右团队处理完最新的病例数据,管理层通过网络连线敲定最后呈现结果,凌晨两点四十分将报告发给临床医生,第二天早上六点多,又继续进一步事务的沟通。“这是我们近期的日常状态。”


截至目前,昕健研发团队已对数十例病例进行了跟踪研究,获得了可喜的阶段性成果,但尚未正式公开,现在正与武汉中心医院进一步沟通,“看临床建议需要多少病例数据来完善我们的模型,以便实现更精确的诊断。”


03
突破传统二维
使命感推动我们去做更多


“基于深度学习数据库中已做分析的大量临床医疗影像数据,进行定量分析和数据挖掘,建立分割模型和诊断模型。然后反复设计、训练、验证,在此过程中不断优化算法,最后研发出来的深度学习模型,可将肺部包括肺叶、肺段的解剖结构精确分割出来。”




昕健透露,目前系统可以实现CT数据三维自动建模分割,并精确识别CT影像数据中的支气管、血管、肺实质和病变区域。整体自动生成详细报告时间不超过3分钟,数据信息量也远远大于传统二维AI诊断。


早期诊断中自动预警,辅助筛查;治疗过程中,自动生成定量分析报告,提示预后效果,弥补当前医生主观判断的不足。生成的三维模型也可直接用于3D打印,有利于医生根据形象直观的模型进行三维手术规划,“是传统二维AI辅助诊断系统无法做到的”。


“疫情把我们逼得很紧,也给我们一个机会。但整个过程中机遇可能大于挑战,一线专家的认可也让我们深受鼓舞。”


据了解,除了助力此次抗击疫情,相关研究建立的肺炎大数据库,也可为进一步研究新冠肺炎特征、未来其他流行性肺炎的筛选和识别建立技术平台和储备。


“一旦未来出现新型未知肺炎疾病,可通过直接使用样本库与数据库实现快速比对分析与病情诊断,从而为后续结合人工智能开发对应的诊断模型降低时间成本。”




△ 昕健为医护人员采集面部三维数据,定制口罩


“在整个过程中,所遇到的每件事、接触到的每个企业、医院各个科室的医生,包括相关政策、各个联盟协会,很多细节都让我们感动。”


回顾投入抗击疫情的一个多月,昕健副总经理王琦也颇为感慨,来自各个领域的人都在行动,有一种自发形成的共克时艰的力量,“让人觉得经济状况是冷的,但每个人的心都很热,好像有一种共同的使命感,推动你去做更多的事情。”