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人工智能可使MRI核磁共振与CT扫描操作更加精确 | 智能技术
时间:2020-02-15 来源:章鱼通

由于人们躺下后无法保持完全静止的状态,基于MRI(核磁共振)或CT扫描的操作变得更加难以处理。准博士生科恩·埃彭霍夫(Koen Eppenhof)已证明,基于深度学习的算法可用于纠正不可避免的动作。



为了尽可能准确地进行放射治疗或手术,医生首先将待治疗区域绘制到扫描图(MRI或CT)上。此区域为肿瘤的位置, 然后用新的扫描定位在手术台上。这绝非易事:两次扫描中患者的位置永远不会完全相同,然后由于呼吸,器官不可避免地发生移动和变形。针对这些困难,出现了一个完整的专业——医学图像配准,这是生物医学工程系医学图像分析小组工作的一个方面。


医学图像分析的博士候选人Koen Eppenhof说,医生们已经有了智能软件,能够将扫描仪中的人与早期制作并仔细分析的图像进行匹配。“然而,计算机运行计算需要几分钟,而理想情况下,您希望能够实时匹配两次扫描。”


当埃潘霍夫(Eppenhof)在不到5年前开始了他的博士研究时,深度学习的原理才刚刚起步;这是一种能够更快地完成这项任务的人工智能。这位博士生认为, 这项技术似乎已经实现了它的希望。“最初,在会议上,我是少数几个致力于深度学习的人之一,而现在几乎所有医学图像分析领域的人都在使用它。”


埃潘霍夫(Eppenhof)解释说,挑战在于将原始图像中的每个像素与新扫描中的相应像素耦合起来。为此,他“训练”了一种所谓的深度神经网络,该网络运行于图形处理单元(GPU),与游戏计算机中的处理器类似。“我们的团队将这些GPU集群保存在高科技园区的一个冷却室中,我们可以登录它们。”


这种GPU的神经网络能通过引用成千上万的例子来自学如何完成任务。但培训材料短缺。以肺部照片为例:不同呼吸阶段肺部的“配准”图像太少。因此,埃潘霍夫(Eppenhof)决定以无数种不同的方式操纵一个现存的图像,并利用这个来训练神经网络。“接下来,我将经过训练的网络放到一组几十个真实的CT扫描上,由多个专家根据数百个公认的解剖标志(例如血管分裂或交叉的位置)进行记录。”


事实证明,埃潘霍夫(Eppenhof)的训练网络表现几乎和个别专家一样出色。“由此可以看出,你可以利用模拟数据而非真实医学图像来训练深度神经网络。事实上,它运行得非常好,我认为这是我研究的最重要的结果。他的神经网络还证明,它能够在不到一秒钟的时间内分析图像,这与目前医院使用的计算方法所需的分钟数相比,有明显的改善。


这使他的工作引起UMC Utrecht(荷兰最大的大学医疗中心之一)的兴趣,那里的前列腺癌患者目前正接受核磁共振扫描仪的辐射。这有助于医生在进行治疗之前立即确定前列腺的确切位置。“事实上,前列腺在辐射时动作也很慢;当膀胱充满尿液时,它被推到一边。原理上,我的方法能足够快地追踪这个运动。”


他的深度学习理论能否在不久的将来进入医院还存在争议。这是因为尚不清楚该神经网络如何精确地工作,这是许多AI应用程序都在努力解决的问题。埃潘霍夫(Eppenhof )解释说,这是一个黑匣子,这妨碍了负责安全事务的权威当局对它的评估。"无论如何,绝不允许这种技术完全自动运行。必须始终有人监视,以确保计算机不会破坏整个系统。"


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