<p>雖然人工智能繼續(xù)改變著醫(yī)療保健，但這項技術(shù)也有一個致命弱點:訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)執(zhí)行特定任務(wù)需要大量帶注釋的數(shù)據(jù)，而工程師有時沒有或無法獲得這些數(shù)據(jù)。在一個完美的世界里，研究人員將能夠在他們需要的時候以數(shù)字方式生成他們需要的確切數(shù)據(jù)，從而釋放人工智能的新功能。</p> <p>&nbsp;</p> <p>然而，在現(xiàn)實中，即使是用數(shù)字方式生成這些數(shù)據(jù)也很棘手，因為現(xiàn)實世界的數(shù)據(jù)，尤其是在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，是復(fù)雜和多方面的。但解決方案正在醞釀之中。懷廷工程學(xué)院計算傳感與機器人實驗室的研究人員開發(fā)了一款軟件，可以逼真地模擬開發(fā)人工智能算法所需的數(shù)據(jù)，這些算法在外科手術(shù)中執(zhí)行重要任務(wù)，如x射線圖像分析。</p> <p>&nbsp;</p> <p>今天發(fā)表在《自然機器智能》雜志上的這項研究發(fā)現(xiàn)，用名為SyntheX的新系統(tǒng)構(gòu)建的算法在多個應(yīng)用中可以表現(xiàn)得和用真實數(shù)據(jù)構(gòu)建的算法一樣好，甚至更好，包括賦予機器人在手術(shù)過程中檢測手術(shù)器械的能力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>博士生本杰明&middot;基林(Benjamin Killeen)正在研究一種名為SyntheX的算法構(gòu)建軟件</p> <p><br />圖片來源:威爾柯克/約翰霍普金斯大學(xué)</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們表明，生成真實的合成數(shù)據(jù)是開發(fā)人工智能模型的可行資源，比收集真實的臨床數(shù)據(jù)要可行得多，而真實的臨床數(shù)據(jù)很難獲得，或者在某些情況下根本不存在。&rdquo;計算機科學(xué)助理教授、該論文的高級作者馬蒂亞斯&middot;昂伯拉斯(Mathias Unberath)說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>以x射線引導(dǎo)手術(shù)為例。假設(shè)你想要開發(fā)一種新的手術(shù)機器人和相關(guān)算法，使其能夠在手術(shù)過程中將器械放置在正確的位置。</p> <p>&nbsp;</p> <p>只有一個問題:所需的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集&mdash;&mdash;在這種情況下，高度特定的x射線圖像&mdash;&mdash;不存在。</p> <p>&nbsp;</p> <p>答案嗎?研究人員說，通過模擬生成所需的數(shù)據(jù)。在研究中，該團(tuán)隊開始模擬x射線圖像，這些圖像將反映真實患者接受機器人輔助手術(shù)時拍攝的圖像。為了做到這一點，研究人員利用了復(fù)雜的計算機模擬的力量，類似于流行的模擬視頻游戲《模擬人生》或《我的世界》。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了準(zhǔn)確評估基于模擬的人工智能算法與基于真實數(shù)據(jù)的算法相比有多好，研究人員進(jìn)行了一項史無前例的研究，他們在現(xiàn)實和仿真平臺上創(chuàng)建了相同的x射線圖像數(shù)據(jù)集。</p> <p>&nbsp;</p> <p>首先，他們進(jìn)行了一系列真正的x光和CT掃描，這些掃描都是通過手術(shù)c臂x光系統(tǒng)從尸體上獲得的。接下來，他們生成了&ldquo;合成&rdquo;x射線圖像，精確地再現(xiàn)了真實世界的實驗。然后，真實和模擬數(shù)據(jù)集都被用于開發(fā)和訓(xùn)練新的人工智能算法，這些算法能夠?qū)φ鎸峹射線圖像進(jìn)行有臨床意義的預(yù)測:髖關(guān)節(jié)成像分析、機器人手術(shù)器械檢測和COVID診斷。當(dāng)一切都說了，做了，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，在模擬數(shù)據(jù)上訓(xùn)練的算法表現(xiàn)得和在真實數(shù)據(jù)上訓(xùn)練的算法一樣好。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Unberath說:&ldquo;傳統(tǒng)上，在合成數(shù)據(jù)上訓(xùn)練的模型在真實的臨床數(shù)據(jù)上效果不佳，但SyntheX并非如此。&rdquo;&ldquo;我們證明，只使用模擬x射線訓(xùn)練的模型可以應(yīng)用于診所的真實x射線，而不會有任何性能損失。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團(tuán)隊說，該系統(tǒng)似乎是第一個證明現(xiàn)實模擬對開發(fā)x射線圖像分析模型既方便又有價值的系統(tǒng)之一，這為各種新型算法鋪平了道路。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;健康數(shù)據(jù)，尤其是手術(shù)數(shù)據(jù)，是一個挑戰(zhàn)，合成數(shù)據(jù)可以產(chǎn)生巨大的影響。與獲取真實的患者數(shù)據(jù)相比，生成大規(guī)模的模擬數(shù)據(jù)更加靈活、高效、便宜，并且避免了隱私問題。&rdquo;該論文的主要作者高叢補充道。高叢曾是Unberath實驗室的研究生，現(xiàn)在是Intuitive Surgical的圖像算法工程師。</p> <p>&nbsp;</p> <p>該團(tuán)隊計劃使SyntheX成為數(shù)據(jù)模擬的開源工具，這樣其他研究人員就可以獲得他們需要的數(shù)據(jù)集。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;如果你需要來自尸體或診所的真實數(shù)據(jù)，世界上只有很少幾所大學(xué)能做這項研究。我們的系統(tǒng)允許研究人員僅使用模擬和模擬數(shù)據(jù)就能開發(fā)出有意義的算法，這意味著更多的人可以在這個領(lǐng)域做出有意義的貢獻(xiàn)和創(chuàng)新。&rdquo;Unberath說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>其他合著者包括John C. Malone計算機科學(xué)教授Russell Taylor;機械工程研究教授Mehran Armand;羅伯特&middot;b&middot;格魯普，LCSR兼職研究科學(xué)家;計算機科學(xué)研究生胡益成和本杰明&middot;d&middot;基林。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點。</p> </blockquote>