npj Digital Medicine
醫(yī)工學(xué)人評論
創(chuàng)新性地結(jié)合智能手機成像與人工智能分析,實現(xiàn)了無創(chuàng)、低成本的瘧疾風(fēng)險篩查,雖精度仍待優(yōu)化,但在資源有限地區(qū)具有重要的公共衛(wèi)生應(yīng)用潛力。
瘧疾,一種由寄生蟲引起的傳染病,每年仍在全球范圍內(nèi)威脅數(shù)百萬人的生命,尤其是在撒哈拉以南非洲地區(qū)。傳統(tǒng)的瘧疾檢測手段大多依賴血液檢測,如快速診斷測試(RDTs)或顯微鏡觀察,但這些方法往往成本高、依賴專業(yè)設(shè)備和人員、難以在資源匱乏地區(qū)大規(guī)模推廣。
如今,一項最新研究帶來了新的可能:僅用智能手機拍攝眼瞼結(jié)膜圖像,就能預(yù)測兒童是否感染瘧疾!這項創(chuàng)新技術(shù)結(jié)合放射組學(xué)(Radiomics)和深度學(xué)習(xí)(Deep Learning),為全球瘧疾篩查提供了一種無創(chuàng)、低成本的新方案。該研究由美國普渡大學(xué)主導(dǎo),3月10日發(fā)表在npj Digital Medicine.
圖1 瘧疾風(fēng)險分層或預(yù)篩查的 mHealth 影像組學(xué)
瘧疾放射組學(xué)檢測的流程圖包括三個主要步驟:前端處理(照片采集、眼瞼劃定和白平衡)、特征提取和選擇以及分類。放射組學(xué)分析是使用機載智能手機攝像頭拍攝的易于接近的外周組織(內(nèi)眼瞼)的照片進行的。
創(chuàng)新突破:用智能手機“看”瘧疾!
這項研究的核心創(chuàng)新點在于,利用普通智能手機拍攝眼瞼結(jié)膜圖像,并結(jié)合人工智能(AI)算法分析,預(yù)測瘧疾感染風(fēng)險。研究人員在盧旺達高瘧疾流行區(qū)收集了405 名 5-15 歲兒童的 4302 張眼瞼結(jié)膜照片,并通過以下技術(shù)步驟實現(xiàn)風(fēng)險預(yù)測:
圖像采集:
研究人員使用三星 Galaxy S22 和 Google Pixel 6 等普通智能手機,在自然光下拍攝兒童**內(nèi)眼瞼(結(jié)膜)**的照片。
眼瞼結(jié)膜是微血管豐富的區(qū)域,可以反映體內(nèi)血液變化,成為非侵入式檢測的重要窗口。
智能圖像處理與特征提?。?/strong>
采用Mask R-CNN 深度學(xué)習(xí)模型自動分割眼瞼區(qū)域,并進行白平衡處理,標準化圖像質(zhì)量。
通過放射組學(xué)分析(Radiomics)提取圖像的顏色、紋理、微血管特征等關(guān)鍵信息,這些信息人眼無法直接察覺,但 AI 訓(xùn)練模型可以識別其中的變化模式。
AI 瘧疾風(fēng)險預(yù)測模型:
研究團隊構(gòu)建了基于深度學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,用于學(xué)習(xí)和分類不同圖像特征,并預(yù)測瘧疾感染風(fēng)險。
該模型在獨立測試集上的ROC 曲線下面積(AUC)達 0.76,表明其對瘧疾感染者與非感染者的區(qū)分能力具有一定可行性。
圖2 瘧疾和非瘧疾參與者內(nèi)眼瞼代表性照片
臨床應(yīng)用潛力:智能手機篩查能否改變游戲規(guī)則?
這項技術(shù)的最大亮點在于無創(chuàng)、便捷、低成本,特別適用于醫(yī)療資源有限的地區(qū)。那么,它是否具備現(xiàn)實的臨床應(yīng)用價值呢?
? 適用于大規(guī)模瘧疾預(yù)篩查
傳統(tǒng)的瘧疾篩查主要依賴 RDTs,但受限于檢測成本和醫(yī)療資源。智能手機+AI 方法可以作為第一步風(fēng)險評估工具,提高檢測效率。
未來如果結(jié)合手機 App,社區(qū)衛(wèi)生工作者甚至普通用戶都能快速進行初步篩查。
? 降低檢測成本,提高可及性
該方法無需專門設(shè)備,僅依賴智能手機攝像頭即可完成檢測,極大降低了篩查成本。
適用于農(nóng)村診所、學(xué)校和公共衛(wèi)生項目,幫助早期發(fā)現(xiàn)瘧疾感染者。
? 促進 AI 在全球健康領(lǐng)域的應(yīng)用
這項研究展示了 AI 在移動健康(mHealth)和計算機視覺領(lǐng)域的新應(yīng)用,未來可拓展至其他血液相關(guān)疾病(如貧血、登革熱)篩查。
然而,該方法也存在一些限制:? 精度仍需提高:AUC 僅為 0.76,仍低于 RDTs(通常 0.85)和 PCR 診斷(0.9)。未來需要更多數(shù)據(jù)優(yōu)化 AI 模型,提高靈敏度和特異性。
? 未能替代金標準檢測:目前,該方法仍不能完全替代 RDTs 或顯微鏡血涂片檢查,但可以作為早期篩查工具,與現(xiàn)有檢測手段互補。
? 適用范圍尚需驗證:研究僅針對 5-15 歲兒童,尚未驗證成人或其他人群的檢測效果。未來需要更大規(guī)模、多中心研究進行驗證。
圖3 使用選定特征對瘧疾進行放射組學(xué)預(yù)測的性能。
智能手機+AI,開啟無創(chuàng)瘧疾篩查新時代
這項研究為全球瘧疾防控帶來了新的可能性:智能手機結(jié)合 AI,可用于無創(chuàng)、低成本的早期風(fēng)險篩查,尤其適用于醫(yī)療資源有限的地區(qū)。盡管該技術(shù)仍需優(yōu)化和驗證,但其潛在的臨床應(yīng)用價值不容忽視。
未來,隨著 AI 技術(shù)的進步和數(shù)據(jù)積累,該方法有望發(fā)展為一款智能手機 App,讓普通用戶和基層醫(yī)務(wù)人員能夠隨時隨地進行瘧疾風(fēng)險評估,為全球瘧疾防控提供新的工具。
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Understanding Chinese medicine terminology
medicine and medical treatment
Sports Medicine
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