智慧醫療怎麼做？專案成果大解密
智慧醫療應用大爆發，需要科技與醫療人才的積極投入與跨域合作。人工智慧科技基金會在過去二、三年除了辦理台灣人工智慧學校培育AI人才，也同時與多家醫學中心攜手，開展許多AI醫療應用專案研究，例如分析病患病情惡化的預警系統、以AI模型估計心臟/胸廓比作為心室肥大的判斷依據，以及利用心電圖判斷罹患心臟疾病的風險。
成果一》以AI模型自動化估計心臟/胸廓比（Cardiothoracic ratio, CTR）
現代人生活忙碌壓力大，各式文明病紛紛找上門。其中各式壓力、肥胖、飲酒過量等問題，是造成心室肥大的元兇之一，患有心室肥大的患者，有較高機率發生心肌梗塞、心臟衰竭、腦中風、心率不整等問題。因此在臨床上，多會以心臟/胸廓比的數值，作為判斷病情是否持續惡化的依據。
既然如此，CTR如何測量以保持準確性就至關重要。本專案即在解決因為測量不準確而導致誤判的問題，希望透過導入人工智慧工具，協助醫護人員更精準評估病症。
痛點：一般在胸腔X光影像上估計CTR，臨床上主要是作為判斷心室肥大的依據，然而在醫療現場經常發生的狀況是，醫生以手動的方式估計與測量CTR相對耗時耗力，而且每位醫生的衡量標準不同，可能因此導致病狀誤判。
方法：首先使用深度學習分類模型對胸腔X光影像進行分類，只挑選適合估計CTR的PA-view（poster-anterior，即X光影像由後往前拍）影像，並且使用深度學習中的卷積神經網路（Residual U-Net）進行語義分割（Semantic Segementation），得到心臟與胸腔的位置後，即可計算出心臟/胸廓比。
成果：第一階段分類作業precision 92%（即用AI判斷心室肥大的患者，有92%的比例真的心室肥大 ）recall 95%；（真的心室肥大的患者，有95%被AI判斷出有心室肥大），第二階段估計CTR誤差3%以內的命中率達99%，目前已開始嘗試導入現有系統作為醫療輔助參考之用。
負責本次專案的工程師提到，透過AI模型實現自動化估計心臟/胸廓比，可應用範圍除了心室肥大診斷，也可以用來監測病人從過去到現在的CTR變化，幫助醫生看出變化趨勢（例如，即使沒被診斷出心室肥大但CTR卻持續上升），或者用以探討CTR是否會跟其他疾病有關聯。
對醫生而言，本專案成果將能輔助醫生快速且縱貫性的做出評估，例如結合病患的其他病史，更全面地了解病患情況；從病人的角度來看，則可以受到更即時且良好的照顧，甚至將來相關的應用也可以在醫療資源相對不足的偏鄉地區來使用。
成果二》病情惡化預警系統（Early Warning System）
過去常見的廣泛性評估檢核表為NEWS (National Early Warning System)，然而其雖然能以量化數值描述病患大致上的狀況，但對未來病情的評估仍然需要臨床專業醫護人員的判斷。另外過去雖然也有使用統計方法進行預測，但相對而言成效並不顯著。
痛點：住院病患與醫護人員的人數比過高，無法以人力全面監測每一位住院病患的健康狀況與病情變化。此外，新進醫護人員的經驗不同，導致評估內容也可能產生落差，導致無法在第一時間對高風險患者進行適當的處置。
目標：以目前人工智慧技術發展一套自動化病情預警系統，可廣泛地針對一般住院病患進行監測，並且提前偵測病患病情惡化的情況。
方法：使用遞迴神經網路(Recurrent Neural Network, RNN)進行預測。專案團隊輸入4萬個患者，過去10年，共10萬次的住院資料與生命徵象，如血壓、血氧、心跳、體溫、意識狀況等資訊(為時間序列資料，例如這半天量測的體溫或血壓)，讓模型判斷患者未來是否有可能發生病情惡化的狀況，例如心跳過快、 血壓下降幅度過大，或是停止呼吸等，統計出病人的病情惡化風險係數預測規則。同時結合物聯網概念，即時收集病人的最新資料。
成果：以AI方法建立的模型可提早三小時進行預警且 Recall 為 93%，且比起傳統統計模型與機器學習模型表現都來得佳，以此醫院病患數量做估計，預計每年能嘉惠900位患者，讓他們能在早期就受到較好的治療與處置。
此外，醫院也串聯這些資訊，建立一套風險儀表板供現場人員參考，讓醫護人員可以即時看到最近48小時的風險分數變化趨勢，並且根據風險分數掌握未來6至12小時病況惡化風險度，如此一來更能清楚掌握病患情況，輔助醫護團隊提供即時、合適的醫療照護，最終使得醫生省心，病患安心。
或許會問，資料這麼多，該如何選擇或是採用適合的資料？專案團隊提到，當初對於挑選的資料區間以及決定病患類型花了許多時間討論。首先，不同疾病的病患表現狀況會有很大的差異，因此需要事先定義本次專案要針對的疾病類型。
其次，資料區間的選取也決定模型的準確度。在最一開始團隊採用病患最近12次歷史資料來建立模型，但是問題在於，如果只固定12筆歷史記錄的，會因為看病頻率不一而產生影響，例如有些病患可能會取到3年的資料，有些則可能會取到過去14天的資料。因此團隊最終決定只取某個區間的歷史記錄，以確保每個人的資料區間一致。