基于HTML的早期阿爾茲海默癥智能輔助診斷平臺開發(fā)

劉倩玉 周澤楚

（中南大學(xué) 湖南省長沙市 410083）

1 引言

同時，阿爾茨海默的死亡率已經(jīng)上升了55%。來自國家老年疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心（宣武醫(yī)院）、北京認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)學(xué)會、首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院的神經(jīng)內(nèi)科主任醫(yī)師韓瓔教授指出，中國已經(jīng)成為世界上AD患者人數(shù)最多的國家，目前已高達(dá)800多萬，65歲以上老年人AD發(fā)病率在4%～6%，并且呈不斷上升趨勢。研究表明輕度認(rèn)知功能障礙（Mild Cognitive Impairment,MCI）發(fā)展為老年癡呆的風(fēng)險非常之大，然而這個過程是可以由臨床治療來加以阻止的。隨著近年來AD生物標(biāo)志物的識別,本團(tuán)隊對這個疾病的認(rèn)識已經(jīng)從基于癥狀轉(zhuǎn)移到大腦變化。而磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）用于發(fā)現(xiàn)其特異性影像學(xué)表現(xiàn)。早期診斷AD對個人和經(jīng)濟(jì)利益都非常重要。因此，MRI的診斷對于預(yù)防老年癡呆癥有非常大的意義。而開發(fā)一個將MRI融合與智能輔助平臺的處理與可視化的平臺，一方面具有普適性，以擴(kuò)大社會對阿爾茨海默的關(guān)注、參與并給予資助，另一方面給醫(yī)務(wù)人員提供便捷的輔助分析手段，使其能夠把病灶區(qū)域找出并進(jìn)行科學(xué)合理的診斷分析，對于防止臨床疾病的誤診漏診、提高疾病診斷的準(zhǔn)確性具有重要的醫(yī)學(xué)意義。

2 基于HTML的早期阿爾茲海默癥智能輔助診斷平臺開發(fā)

2.1 構(gòu)建平臺的重要性

在調(diào)研參考了2019年全球失智癥報告后，可以看出整個社會對阿爾茲海默癥的關(guān)注還不夠全面，無論從認(rèn)知、就診、治療等方面都存在認(rèn)識問題。因此平臺應(yīng)該更多考慮社會實際——比如阿爾茲海默癥的科普、對阿爾茲海默癥患者的防走失幫助等，而不是單一的智能輔助診斷。因為智能輔助需要患者進(jìn)行核磁共振的醫(yī)療接入，而一些患者可能不會有要做核磁共振的意識，這直接影響了平臺是否會受到正確的使用。在2019年全球失智癥報告中，四人中有一人認(rèn)為人們對失智癥無計可施，三人中有二人認(rèn)為失智癥是正常老化的結(jié)果；同時，超過85%受訪的失智者表示他們的意見不受重視，約40%的大眾認(rèn)為醫(yī)師與護(hù)理師忽視失智者。這樣的結(jié)果意味著普適性是智能輔助診斷平臺的重點之一。

因此，智能輔助診斷模塊僅是該平臺的一部分。平臺開發(fā)從患者、患者家屬、醫(yī)生等方面入手，分為四個模塊，分別是科普模塊、論壇模塊、實用工具模塊、個人信息模塊。科普模塊的主要目的是為了讓人們對阿爾茲海默癥有更充分的認(rèn)識，這不僅在于普及阿爾茲海默癥，更在于提高大眾對阿爾茲海默癥的重視程度，以及如何對早期阿爾茲海默患者進(jìn)行干預(yù)等等。論壇模塊以發(fā)帖回帖的形式交流，促進(jìn)各類人群探討問題，這可以讓更多的人通過他人（尤其是醫(yī)生）的經(jīng)驗解決一定的問題，從而提供更好的幫助。實用工具模塊通過在線問診、即時尋人、智能診斷、預(yù)約服務(wù)等方面，為阿爾茲海默癥患者家庭提供幫助。個人信息模塊則是對用戶信息、位置等的登錄記錄等。由小程序設(shè)計的平臺，將充分實現(xiàn)其輕量級要求，具有普適性和方便性。

圖1：系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計

2.2 技術(shù)儲備

本研究借助ADDL開源項目（AD指阿爾茲海默癥，DL指深度學(xué)習(xí)）進(jìn)行智能輔助診斷。其中包含了預(yù)處理、格式轉(zhuǎn)換、訓(xùn)練和推理這四個過程。預(yù)處理過程從ADNI（開源數(shù)據(jù)庫）核磁共振影像數(shù)據(jù)中分割提取灰質(zhì)，并對研究組所有數(shù)據(jù)進(jìn)行灰質(zhì)注冊——FSL-VBM作為預(yù)處理工具，將MNI-152標(biāo)準(zhǔn)模板的大腦掩碼參考各個ADNI核磁共振影像數(shù)據(jù)使用仿射和非線性空間變換注冊，然后利用大腦掩碼進(jìn)行提取。格式轉(zhuǎn)換過程將圖片由NIFTI格式轉(zhuǎn)為PNG格式，并將所有圖片分成訓(xùn)練集和驗證集。這是因為它服務(wù)于深度學(xué)習(xí)模型，深度學(xué)習(xí)模型需要輸入2D圖像數(shù)據(jù)。訓(xùn)練過程將訓(xùn)練集圖片和對應(yīng)的標(biāo)簽打包成二進(jìn)制文件，并將二進(jìn)制文件輸入到ResNet模型（當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的CNN特征提取網(wǎng)絡(luò)）進(jìn)行訓(xùn)練，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)收斂時得到ResNet模型參數(shù)。推理過程將驗證集圖片按照被試主體打包為二進(jìn)制文件，并將二進(jìn)制文件傳入給經(jīng)過訓(xùn)練的ResNet模型，然后根據(jù)診斷算法得到阿爾茲海默癥的診斷結(jié)果。ResNet模型推理過程的輸出是沿Z軸圖片的AD或NL的分類標(biāo)簽，一個主體的一個核磁共振三維影像數(shù)據(jù)包含大約60個標(biāo)簽。診斷算法根據(jù)沿Z軸的圖像的AD預(yù)測標(biāo)簽給出診斷結(jié)果。從參考文獻(xiàn)中可以看出，考慮到灰質(zhì)位置或組織連接可能關(guān)聯(lián)阿爾茲海默癥的特征，為了更高的準(zhǔn)確性，將每個標(biāo)簽矢量加權(quán)做為診斷量。

基于AD和NL之間的數(shù)量比較是一種直接的方法，AD結(jié)果越多，反應(yīng)主體的AD特征就越多。這是所有策略的基準(zhǔn)。偽代碼如下所示。

考慮到3D空間中的特征應(yīng)該是連續(xù)的，為了減少單個PNG結(jié)果的影響，我們使用連續(xù)方法。偽代碼如下所示。

該策略在不同的研究組中有不同的N，并且僅在序號1研究組中整體準(zhǔn)確性優(yōu)于基準(zhǔn)策略。

通過資產(chǎn)證券化的方式將風(fēng)險資產(chǎn)通過證券化的形式轉(zhuǎn)化為現(xiàn)金，有助于降低風(fēng)險資產(chǎn)占總資產(chǎn)的比率和改善各種財務(wù)比率，提高資產(chǎn)的運(yùn)用效率，滿足風(fēng)險資產(chǎn)所占總資產(chǎn)的要求。例如：根據(jù)我國根據(jù)《商業(yè)銀行法》規(guī)定，平穩(wěn)運(yùn)營的商業(yè)銀行，資本凈額占總資產(chǎn)的比例應(yīng)不小于8%，核心資本不小于4%，通過資產(chǎn)證券化，增加了資產(chǎn)的流動性，提高了資本金充足率。

根據(jù)醫(yī)學(xué)研究，阿爾茨海默病中海馬體為萎縮最早最快的組織。只檢查底部的N個圖像文件，而不檢查基準(zhǔn)策略中的所有的圖像。偽代碼如下所示。

該策略在不同的研究組中使用共同的N。雖然并不是所有的研究組都能在這個N下獲得最好的精確度，但所有研究組的精度都好于基準(zhǔn)策略。

最終結(jié)論的為診斷方法“低Z軸位置”的精度較高，指向海馬體組織含有較多的AD特征[2]。

2.3 系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計

為了實現(xiàn)整個平臺的便利化使用，我們利用微信開發(fā)者工具，以HTML語言模塊化開發(fā)了“勿忘歸家路——阿爾茲海默癥智能平臺”微信小程序，實現(xiàn)平臺輕量化、普及性較高等特點，系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計如圖1。

2.3.1 科普模塊

科普模塊包括阿爾茲海默癥基本概念、危險因素、臨床表現(xiàn)以及常見的診療方法等方面，旨在向廣大患者及患者家屬普及阿爾茲海默癥的相關(guān)知識。由于民眾對于阿爾茲海默癥及認(rèn)知障礙存在認(rèn)識程度不夠等問題，這也是導(dǎo)致阿爾茲海默癥患者早期治療干預(yù)效果不足的重要原因。希望通過小程序的推廣，提高全社會對于阿爾茲海默癥的基本認(rèn)識。

2.3.2 論壇模塊

論壇模塊，包括患者、家屬、醫(yī)生及其他感興趣的人群共四個板塊，用戶可以在對應(yīng)平臺進(jìn)行溝通，分享各自觀點，包括但不限于不同治療方案的討論、分析等。鑒于阿爾茲海默癥患者群體的特殊性，我們希望，在整個病癥發(fā)現(xiàn)、診斷、治療的過程中，醫(yī)患家屬三方能夠積極溝通，相互配合，達(dá)到最佳的治療效果。同時，為了防止出現(xiàn)惡意言論，采取了關(guān)鍵詞屏蔽等功能，旨在創(chuàng)造一個和諧良好的論壇環(huán)境。

2.3.3 實用工具模塊

實用工具模塊主要以服務(wù)患者及家屬為主，包括在線問診、開啟微信后即時尋人、預(yù)約服務(wù)和智能診斷功能。

（1）在線問診。在線問診頁面，存儲了部分醫(yī)生等的聯(lián)系方式，方便用戶與醫(yī)生進(jìn)行溝通交流。

（2）即時尋人。阿爾茲海默癥患者的典型癥狀就是遺忘、走失等情況，為患者家庭帶來很大傷害。用戶可以事先綁定相應(yīng)患者賬號，患者開啟小程序權(quán)限，同意獲得位置信息，接入微信位置API，利用騰訊地圖，向患者家屬實時顯示患者位置。

（3）預(yù)約服務(wù)。作為一個全方位智能平臺，利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行預(yù)約護(hù)理也是一個重要方面。與傳統(tǒng)預(yù)約軟件不同，由于本軟件是非盈利性質(zhì)，在整個預(yù)約過程中，不涉及任何支付過程，平臺僅記錄服務(wù)雙方基本信息及預(yù)約訂單信息。在預(yù)約項目詳情頁，用戶核實確認(rèn)服務(wù)項目及收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)后，填寫必要個人信息，即可預(yù)約。用戶位置由微信小程序?qū)崟r獲得，無需用戶填寫。

（4）智能診斷。智能診斷是本次項目的核心，通過接口實現(xiàn)。用戶進(jìn)入診斷頁面后，添加本地的腦部核磁共振影像，軟件將圖像傳輸至服務(wù)器端，由服務(wù)器端進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)診斷，并反饋診斷結(jié)果至平臺，完成診斷輔助，針對疑似病例，平臺會征求用戶的同意下進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄與后續(xù)跟蹤。

2.3.4 個人信息模塊

個人信息模塊中，在授權(quán)后，主要以微信號為登錄依據(jù)。個人信息中，平臺保存了訂單信息鏈接至數(shù)據(jù)庫，包括支付情況和訂單處理情況。此外，為了適應(yīng)平臺的諸多功能，個人位置信息及電話號碼也將保存并顯示。但是由此也出現(xiàn)了信息安全問題，需要完善以保證用戶信息的私密性。

3 結(jié)語

人工智能醫(yī)療，以互聯(lián)網(wǎng)為依托，通過基礎(chǔ)設(shè)施的搭建及數(shù)據(jù)的收集，將人工智能技術(shù)及大數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用于醫(yī)療行業(yè)中，提升醫(yī)療行業(yè)的診斷效率及服務(wù)質(zhì)量，更好的解決醫(yī)療資源短缺、人口老齡化的問題。我們采用互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療概念。代表了醫(yī)療行業(yè)新的發(fā)展方向，有利于緩解中國醫(yī)療資源不平衡和人們?nèi)找嬖黾拥慕】滇t(yī)療需求之間的矛盾，是衛(wèi)生部積極引導(dǎo)和支持的醫(yī)療發(fā)展模式。是互聯(lián)網(wǎng)與傳統(tǒng)行業(yè)融合發(fā)展的新形態(tài)，可以充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在生產(chǎn)要素配置中的優(yōu)化和集成作用。

目前智能醫(yī)療、醫(yī)學(xué)圖像分析領(lǐng)域的人工智能以及機(jī)器學(xué)習(xí)算法等知識是研究人員關(guān)注的熱點，醫(yī)療環(huán)境不斷改善。但是受制于經(jīng)濟(jì)因素及受教育程度，部分老年人出現(xiàn)早期認(rèn)知功能障礙，卻未重視這些早期癥狀，導(dǎo)致病情惡化，甚至造成不可逆的損害。本研究不斷汲取前沿知識，以基于機(jī)器學(xué)習(xí)的醫(yī)學(xué)影像識別處理系統(tǒng)為主，且重在實施推廣，方便無相關(guān)知識儲備的患者自查，便于其認(rèn)識病情，積極配合治療。雖然目前阿爾茲海默癥無法治愈，但輕度認(rèn)知功能損害可以得到控制，能夠做到早發(fā)現(xiàn)早控制早治療。本研究通過機(jī)器學(xué)習(xí)和“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)療”，做到“零門檻”使用，通過醫(yī)學(xué)影像，為早期診斷提供快速高效的診斷依據(jù)，便于醫(yī)學(xué)手段早日介入治療，盡早控制，保護(hù)老年人身體健康。