呼吸变革:使用深度学习和手机检查肺部健康状况

诊断哮喘、囊性纤维化、肺气肿等慢性肺病及了解肺部健康状况的唯一选择就是看医生。但在发展中国家,很多人无法就近就医或承担不起就诊费用。

虽然发展中国家/地区的人们基本上都有手机,但这些手机通常是翻盖手机,而不是最新款的智能手机。这就是美国华盛顿大学的研究人员开发 SpiroCall 的原因,这项服务可以检查患者肺部的健康状况,患者只需对着手机呼气即可。

无需智能手机

SpiroCall 在该团队名为 SpiroSmart 应用的基础上构建,SpiroSmart 可在智能手机上提供相同的服务。为开发 SpiroSmart,研究人员运用了一种名为深度学习的人工智能技术,通过手机接收到的呼气声诊断肺部功能。

Mayank Goel 于 5 月 12 日在美国计算机协会在圣何塞举办的 CHI 2016 大会上发表了一篇论文,他是本文的主要作者,同时还是华盛顿大学博士生。他说:“我们之所以开发 SpiroCall,是因为不想等人们都用上智能手机后再检测肺功能。”

在发展中国家,找到更简单的检查方法是一个急需解决的问题,根据世界卫生组织提供的数据,因检查方法不易实施导致的死亡率占所有慢性肺病死亡率的 90%。

在医生的办公室里,患者深呼吸,然后尽可能快速用力地呼出气体,直至全部呼出肺中的气体。此时肺活量计可以检测出病患肺部的健康状况。

一位用户在测试  SpiroCall,这是一种可以使用任何手机检测肺部健康状况的方式。图像由华盛顿大学提供。
一位用户在测试 SpiroCall,这是一种可以使用任
何手机检测肺部健康状况的方式。
图像由华盛顿大学提供。

SpiroCall 采用了类似的检测方法,用户只需拨打一个免费的电话号码,然后对着手机呼气即可。而对于 SpiroSmart,用户则是在他们的手机上录制声音文件。

在上述两种情况下,手机麦克风感应到呼气所产生的声音和压力,然后将数据发送给中心服务器,中心服务器将这些数据转化成肺功能检测值。

这一过程利用深度学习训练模仿人脑的人工神经网络,将患者呼气的声音转换为肺功能检测值。GPU(在本例中是 NVIDIA GeForce GTX TITAN X)为深度学习提供重要技术支持,因为它们可提供针对大量数据训练神经网络所需的速度(请参阅“使用 GPU 加速人工智能发展:新型计算模型”)。

辅助患者在家检查肺功能

无论 SpiroCall 还是 SpiroSmart 都无法取代在医生办公室所做的检查。但它们可以简化居家检查,让患者可以更加密切地跟踪自己的健康状况并及早发现问题。虽然家庭肺活量计在市场上有售,但却难以使用。这种设备售价至少几百美元,而且通常无法通过保险报销。

该团队希望患者可以尽快用上这种技术。在过去四年中,该团队在美国、印度和孟加拉国使用 SpiroSmart 检查过 4000 余名患者。目前,研究人员正准备向美国食品药品监督管理局 (FDA) 提交研究成果。如果 FDA 批准了该应用,那么使用智能手机的任何人都可以使用这款应用。

Goel 说,下一步将开展 SpiroCall 的临床试验。

他说:“一旦这项技术在现实世界推广应用,那么人们就可以更好地管理自己的疾病状况。使用这项技术将产生巨大影响力,这会激励我们每一个人。”

Similar Stories