智能手機 人工智慧：隨時隨地檢測腦震蕩！

導讀

最近，美國華盛頓大學研究人員開發出首個智能手機應用程序（app），只需一部智能手機，就可以隨時隨地檢測腦震蕩和腦損傷。

關鍵字

醫療、智能手機、人工智慧

背景

體育運動不僅可以健身健體，而且足球、籃球、橄欖球等運動項目還可以培養我們的團隊合作精神。但是由於激烈的運動與身體對抗，像橄欖球和足球這樣的運動，運動員遭受腦損傷和腦震蕩的風險也相對較大。

在一些業餘運動比賽中，如果某個運動員被懷疑在比賽中發生腦震蕩，通常會被送到場邊。教練和家長最常使用的方法，就是詢問他們這是什麼地方，讓他們重複說一組單詞，用手觸摸自己的鼻子，以判斷其腦功能是否正常，但是這種評估基本上都是主觀的。

美國疾病控制與預防中心的評估稱，單由休閑性體育運動損傷引起的腦震蕩病例每年達380萬，其中一半仍未得到確診。數百萬年輕運動員和成人未來將會有腦損傷和永久性認識缺陷的風險。不僅是運動員，戰場中的士兵以及家中的老人，也非常容易受到腦震蕩和腦損傷的侵害。

（圖片來源：華盛頓大學）

創新

很長時間以來，人們一直利用瞳孔的光線反射評估病人是否患有嚴重的創傷性腦損傷。近期研究發現，它也可以用於檢測輕微腦震蕩，這將開闢一條全新的腦震蕩和腦損傷篩選途徑。

（圖片來源：華盛頓大學）

最近，美國華盛頓大學研究人員開發出首個智能手機應用程序（app），只需一部智能手機，就可以實地檢測腦震蕩和腦損傷。9月13日，相關研究論文將在2017年度普適計算大會上發表。

（圖片來源：Dennis Wise / 華盛頓大學）

技術

這款應用程序稱為「PupilScreen」，它使用智能手機攝像頭檢測瞳孔的對光反射，以及人工智慧深度學習工具量化人眼無法察到的變化。

如論文中所描述，PupilScreen 像瞳孔計一樣，可以評估患者瞳孔的對光反射。然而，瞳孔計是一種昂貴且很少使用的儀器，只有醫院才有。

PupilScreen 採用智能手機的閃光燈刺激病人眼睛，然後用視頻攝像頭記錄下一個三秒鐘的視頻。然後，深度學習演算法處理視頻，檢測每一幀視頻中哪個像素與瞳孔相關，通過這些幀測量瞳孔尺寸變化。

在一個小規模試點研究中，臨床醫生從來自創傷性腦損傷的患者和健康人的48個案例中，只依靠app的輸出，就幾乎完全精準地診斷出腦部損傷。

（圖片來源：華盛頓大學）

華盛頓大學的團隊還通過一個3D列印的盒子，控制眼睛接收的光線量，對於 PupilScreen 進行測試。研究人員現在正在訓練他們的機器學習神經網路，僅憑智能手機攝像頭就可以產生可靠的結果。

（圖片來源：Dennis Wise / 華盛頓大學）

開發PupilScreen 所遇到的挑戰之一就是，訓練機器學習工具識別眼球的瞳孔和虹膜，這需要手工註解約4000張眼球圖像。計算機的優勢就是能夠量化瞳孔對光反射的微小變化，而人眼卻無法察覺到這些微小變化。

華盛頓大學的醫學生、生理學和生物物理學方面的博士生、論文的合著者 Jacob Baudin 表示：

「我們並沒有設計演算法來解決測量瞳孔反應的具體問題，而是採用了機器學習方法，採集許多數據，並且編寫一個讓計算機可以自己進行學習的演算法。」

價值

相對於主觀判斷而言，PupilScreen 能為有腦震蕩風險的運動員，生成客觀的臨床數據，以判斷他們是否需要進一步的腦震蕩或者其他腦部損傷評估。這樣有利於及時診斷腦震蕩，儘早採取相關醫療措施。在華盛頓大學的團隊已經演示的一些案例中，PupilScreen可檢測到嚴重的創傷性腦損傷。

華盛頓大學計算機科學與工程教授系教授 Shwetak Patel 表示：

「在比賽場地邊，教練、家長、其他任何人都可以通過客觀測量篩查腦震蕩，這將真正地改變遊戲規則。現在，我們擁有的最佳篩查協議仍然是主觀的，一個運動員真正想回到比賽場的運動，會想辦法鑽空子。」

McGrath 表示：

「PupilScreen 旨在填補這一空白，給我們首個實地客觀測量腦震蕩生物標記物的能力。通過進一步的測試，我們相信這種設備能夠讓從小聯盟的教練，到全美橄欖球聯盟的醫生，再到急診科的醫師，每個人都可以快速檢測顱腦損傷。」

Paul G. Allen計算機科學與工程學院的博士研究生、論文領導作者 Alex Mariakakis 表示：

「我們追求的目標是讓人們只需簡單地握住手機並使用閃光燈。我們想要每個擔心顱腦損傷的人，例如家長、教練、護工或者擔內科急救專家（EMT），能在現場使用它，而且無需使用額外的硬體。」

與這款app相似，前幾天筆者也介紹過一款華盛頓大學開發的用於胰腺癌檢測的智能手機app：BiliScreen。現在，隨著與人工智慧、智能手機技術的融合，醫療診斷設備將進一步朝著低成本、小型化、攜帶型，簡單易用的目標邁進。

未來

目前，PupilScreen 的研究人員正在考察感興趣的合作夥伴，希望在10月份利用app進行更多實地研究。今年秋天，更廣泛的臨床研究會讓教練、急救醫師、醫生以其他人可以使用PupilScreen，採集更多關於瞳孔反應的特徵數據。這些數據對於判斷模稜兩可的腦震蕩病例非常有幫助。

研究人員希望可以在兩年內發布PupilScreen 的商用版本。

參考資料

【1】http://www.washington.edu/news/2017/09/06/pupilscreen-aims-to-allow-parents-coaches-medics-to-detect-concussion-brain-injuries-with-a-smartphone/

【2】https://ubicomplab.cs.washington.edu/pdfs/pupilscreen.pdf

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！