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# 健康科学# 医療情報学

AIと機械学習が医療画像を変えてるよ

AI技術が病院での診断や治療を変えてるよ。

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医療画像におけるAI医療画像におけるAI先進技術で診断と治療を革新する。
目次

最近、医療画像分野では、機械学習(ML)や人工知能(AI)を使って、患者の結果を予測する新しいツールを作ることが始まってるんだ。この技術は、医者が患者を診断したり治療したりする方法を変える可能性がある。データ収集や画像の改善、病院の全体的なワークフローをスムーズにするのに役立つんだけど、これらのツールを日常的に利用できるようにするには、いくつかの重要なステップを踏む必要があるんだ。

AIモデルのテストの重要性

AIツールを病院で使う前に、予測的検証というプロセスを経なきゃいけない。これは、モデルが実際の臨床環境でどれだけうまく機能するか、医者の仕事を助けるかをテストすることを意味する。このテスト段階で医者からのフィードバックを得ることは超大事。これによって、結果がどれだけ使いやすくて分かりやすいかを開発者が把握できて、病院のシステムに潜む技術的問題を修正できるんだ。

初期テストから日常的な臨床用にAIモデルを移行することは重要なんだ。初期テストは過去のデータに基づいてるけど、リアルタイムで現在の患者に使うことが本当に大事なんだよね。

統合の課題

これらの先進的なモデルを病院に統合するには、多くのインフラやソフトウェアシステムが必要で、これが結構複雑で高コストになることもあるんだ。既製の商用ソフトウェアからカスタムビルドのアプリケーションまでいろんな選択肢があって、それぞれに利点と欠点がある。この論文では、臨床環境でのMLモデルの検証と展開のための一般的なフレームワークを紹介するよ。これは無料のオープンソースツールから作られているんだ。

データの流れ

臨床環境では、スキャンからの画像が特別なルーターに送られて、適切なシステムに振り分けられるんだ。これらの画像は、PACSなどのストレージシステムに送られる。一方で、画像はAIモデルを実行しているサーバーにも送信される。処理後、結果は医師が簡単に確認できる画像管理プラットフォームであるXNATに送られるんだ。

画像ルーティングと取り込み

臨床画像が撮影されると、それが適切な目的地に届くようにするシステムを通じてルーティングされるんだ。このルーティングルールは画像データの特定の詳細に基づいている。この設定によって、画像が自動的でも手動でも効率よく処理されることが可能になるんだ。

AI推論サーバー

システムは、AIモデルを通じて画像を処理するための仮想マシンで構成されているんだ。それぞれのマシンには、AIアプリケーションに必要な計算タスクを処理するための専用のグラフィックス処理ユニット(GPU)がある。サーバーはAIワークフローを管理するための特定のソフトウェアを実行しているよ。

AI推論の仕組み

AI推論は、医療画像を分析するための一連のステップを含むんだ。最初に、システムは入ってきたデータを処理して関連部分を見つける。次に、さまざまな前処理タスクを実行する。その後、AIモデルが分析を行うんだけど、追加の計算が必要な場合もある。最後に、結果が指定されたストレージシステムに送信されるんだ。

結果の管理

AIが結果を生成したら、それを適切に保存しなきゃいけない。XNATはストレージプラットフォームとしてだけじゃなく、結果を管理・表示するためのカスタムプラグインも許可しているんだ。この双方向のコミュニケーションによって、医者はAI生成の結果を従来のデータと一緒に確認できて、仕事のプロセスに統合しやすくなるんだ。

パイプラインの開発と展開

AIモデルの開発とその効果的な展開は、エンジニア、データサイエンティスト、臨床ユーザーとの協力が必要だ。テストとフィードバックを通じて、チームはパイプラインが使いやすく、すべての要件を満たしていることを確認するために必要な調整を行っているよ。

概念実証プロジェクト

これらのAIモデルが実際の環境でどれだけうまく機能するかをテストするために、3つの異なるプロジェクトが始まったんだ。それぞれのプロジェクトは異なる医療部門に関わっていて、AIが臨床ケアに役立つかどうかを判断するための特定の目標があったんだ。

  1. 脳腫瘍のセグメンテーション:このプロジェクトは、特定の脳腫瘍を持つ患者のMRIスキャンをAIで分析することに焦点を当てていた。目的は、腫瘍の変化を追跡することだった。

  2. 肝移植のセグメンテーション:ここでは、AIを使って外科医がCT画像で肝構造を自動的にアウトラインすることで、肝移植の計画を支援することを目的としていた。

  3. 股関節骨折の検出:このプロジェクトは、医者が股関節のX線で骨折を迅速に特定できるようにすることを目指し、救急部門での治療時間を改善することに取り組んでいた。

それぞれのプロジェクトがAIモデルの性能と既存の臨床ワークフローとの統合の度合いを測るのに役立ったんだ。

臨床ワークフロー

新しいツールが病院で効果的に機能するためには、スタッフの日常のルーチンにシームレスにフィットする必要があるんだ。つまり、開発チームは臨床ユーザーと密接に連携して、混乱を最小限に抑えるプロセスを設計しなきゃいけない。AIが生成する情報が有益で明確で、患者ケアに価値を追加することを確実にする努力が必要なんだ。

ガバナンスと検証

AIの結果が日常の臨床実践で使われる前に、ガバナンスプランが必要なんだ。このプランは、AIツールが正確で信頼できるかどうかを評価するための構造を提供するんだ。このプロセスには、これらのツールが患者ケアに与える影響を評価して、既存のワークフローを強化しつつ不必要なリスクを導入しないことを確保することが含まれるんだ。

結論

臨床環境でAIモデルを展開するための信頼できるフレームワークを作るには、かなりの努力と協力が必要なんだ。整備されたインフラは将来的にさまざまなAIアプリケーションをサポートできるし、柔軟なプラットフォームを提供するんだ。今これらの技術に投資することで、医療施設は患者の結果を改善し、プロセスを効率化できる。オープンソースソフトウェアに焦点を当てることで、適応性と回復力が向上し、医療画像や患者ケアの能力を向上させたい病院にとって賢い選択になるんだ。

オリジナルソース

タイトル: Implementation and prospective real-time evaluation of a generalized system for in-clinic deployment and validation of machine learning models in radiology

概要: The medical imaging community has embraced Machine Learning (ML) as evidenced by the rapid increase in the number of ML models being developed, but validating and deploying these models in the clinic remains a challenge. The engineering involved in integrating and assessing the efficacy of ML models within the clinical workflow is complex. This paper presents a general-purpose, end-to-end, clinically integrated ML model deployment and validation system implemented at UCSF. Engineering and usability challenges and results from 3 use cases are presented. A generalized validation system based on free, open-source software was implemented, connecting clinical imaging modalities, the Picture Archiving and Communication System (PACS), and an ML inference server. ML pipelines were implemented in NVIDIAs Clara Deploy framework with results and clinician feedback stored in a customized XNAT instance, linked within PACS. Prospective clinical validation studies of 3 ML models were conducted, with data routed from multiple clinical imaging modalities and PACS. Completed validation studies provided expert clinical feedback on model performance and usability, plus system reliability and performance metrics. Clinical validation of ML models entails assessing model performance, impact on clinical infrastructure, robustness, and usability. Study results must be easily accessible to participating clinicians but remain outside the clinical record. Building a system that generalizes and scales across multiple ML models takes the concerted effort of software engineers, clinicians, data scientists, and system administrators, and benefits from the use of modular open-source software. The present work provides a template for institutions looking to translate and clinically validate ML models in the clinic, together with required resources and expected challenges. Author summaryAcademic medical centers gather and store vast quantities of digital data, and with the increase in accessibility of Machine Learning (ML) techniques, there has been an explosion of ML model development in the medical imaging community. Most of this work remains in research, though, and connecting ML models to the clinic for testing on live patient data and integration into the clinical workflow remains a challenge and impedes clinical impact. We present a general-purpose system, implemented and deployed at UCSF, for in-clinic validation of ML models and their incorporation into patient care. This work, based on free and open-source software packages, can serve as a template for other institutions looking to solve MLs "last mile" problem and move their models out of research and into the clinic.

著者: James Hawkins, M. P. Olson, A. Harouni, M. M. Qin, C. P. Hess, S. Majumdar, J. C. Crane

最終更新: 2023-03-09 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2023.03.07.23286951

ソースPDF: https://www.medrxiv.org/content/10.1101/2023.03.07.23286951.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた medrxiv に感謝します。

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