AI 大未來:Google 怎用機器學習,幫助醫療診斷更有效率、準確?

機器學習幫助人類的潛力無窮,某種角度來說,Google 向台灣大眾的這次分享會非常的「經典」,深入淺出為大家演繹了深度學習科技到底如何與人類協作,進而讓醫生診斷得更精準、有效!
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今天 Google 台灣招開第二場機器學習媒體聚會,找來矽谷總部的彭浩怡醫學博士,為大家介紹她與團隊如何透過卷積神經網為底的圖像辨識技術,幫助醫生檢測糖尿病視網膜病變,與淋巴結中的乳腺癌轉移瘤等臨床應用實例。機器學習幫助人類的潛力無窮,某種角度來說這次分享非常的「經典」,深入淺出為大家演繹了深度學習科技到底如何與人類協作,進而讓醫生診斷得更精準、有效。

美籍華裔的彭浩怡博士先從很基本的概念為大家介紹人工智慧與深度學習。簡言之,深度學習是一組可以讓機器自我訓練的演算法,它有許多部分並不是晚近才新興發明的新科技,而是因爲運算能力與真實世界資料量在過去五年皆有飛躍性提升,才讓這項技術得以實用化。其中模擬人類神經運作原理發展的神經網絡,是目前所有人工智慧派流中最被廣泛應用的技術,只要把模型妥善設計調教,就能獲得非常好的分析結果。

▲值得一提的是今天主講者彭浩怡博士同時擁有醫學博士 (M.D)、生物工程博士 (Ph.D) 雙學位

圖像辨識就是深度學習技術最具突破性的領域之一。彭浩怡舉例在運用深度學習之前,如果想爲傳統電腦視覺建構一組「熊貓分類器」,那就必須透過分類費時、成效卻不高的「特徵工程」(feature engineering)一個一個把熊貓特徵輸入到淺分類。但多虧了卷積神經網路,只要喂給電腦大量「熊貓」與「非熊貓」的圖像,電腦就會自己針對圖像進行優化、透過網路來處理特徵工程,大大提升辨別效率。其辨識精準度已是在 2015 達與人類辨識相同水準,而且現在資料量也不用太大,彭浩怡說目前演算法已經進步到只需「熊貓」與「非熊貓」各 5000 張,就可建立起有效的模型。

既然圖像辨識目前發展已相當先進,那 Google 所做的,就是把它用在醫療影像識別上。彭浩怡與她的團隊透過「Google 20% 專案」,使用開源機器學習系統 TensorFlow 在糖尿病視網膜病變、淋巴結中的乳腺癌轉移瘤兩個計畫裡。彭浩怡解釋,糖尿病視網膜病變是全球失明人數攀升最主要的原因之一,全球現有約 4.15 億的糖尿病患者。為預防失明,糖尿病患者每年都應進行一次篩檢,而最常見的檢測法就是檢查眼底圖像。

因此 Google 在急需 12.7 萬名眼科醫生的印度進行了這項計畫,他們與美國 EyePACS,以及印度的 3 家眼科醫院 Aravind Eye Hospital、Sankara Nethralaya、 Narayana Nethralaya 進行合作,收集了 128,000 張視網膜照片,並請來 54 名專業眼科醫師,每張照片都會由 3-7 名醫生進行評估,建立起糖尿病視網膜病變的深度學習模型。最終在兩個臨床實驗中用深度學習模型辨識約 12,000 照片,再與 8 名美國眼科醫師判斷結果相互比照,以驗證診斷的靈敏度。最終實驗結果顯示演算法表現與 54 名專業眼科醫生的辨別結果達高度一致性。在下圖的數據集中,演算法的 F-Score 值 (結合靈敏度和特異性的度量,最大值為 1) 為 0.95 分,稍微高於眼科醫生的 F-Score 中位數 0.91 分。而接下來使用 3D 成像技術、光學相干斷層掃描對視網膜各個層面進行檢查的部分,就會交給 DeepMind 執行。

彭浩怡也介紹他們透過深度學習 Inception 技術訓練病理切片圖像識別,提高判斷乳腺癌轉移瘤的時間效率與診斷一致性。過去乳腺癌切片的誤判機率甚高(約 1/12),但 Google 演算法的病理預測熱圖能產生很大改善,其定位分數 (FROC) 達到 89%,大幅超越了在沒有時間限制下,病理學家對腫瘤定位的正確率 (73%)。而其他使用相同數據集的團體也獲得高達 81% 的分數;此外彭浩怡也透露,母公司 Alphabet 旗下的生技子公司也正努力運用深度學習在基因治療上。而史丹佛大學自身也使用 TensorFlow,將其用在診斷皮膚癌中。

不過彭浩怡強調,這些研究都還處在早期實驗階段,除了精進演算法增加判別率以外,統整各醫療組織數據格式,讓數據標準化將會是未來挑戰之一,Google 希望透過醫療開放數據標準,讓深度學習技術將此過程自動化,使得臨床醫師和研究人員更容易使用這些數據;另外也將跟許多廠商合作,串連各種醫療器材,讓醫師在使用器材能更無縫接軌,增進診斷效率。

最後 Google 台灣董事總經理簡立峰補充,醫療 AI 出現並不會搶了醫生的就業機會,從上面幾個案例來看,醫生判診相對準確但涵蓋率不夠,AI 則是反過來,因此應該通力合作,會是發展人機協作非常好的領域。而台灣不論在醫療領域還是資通訊領域都有穩健基礎,特別是因健保關係,醫療資料非常完善,若能充分利用在地圖像資料與既有技術,十分具機器學習於醫療領域的發展潛力。如果礙於法規無法大規模推動,那也可考慮在各醫院體系內部先行。而面臨台灣少子化、高齡化而衍伸出的長期照護問題,也會機器學習可延伸發展的好機會,像自駕車技術就有機會衍生出自動輪椅等更細緻的服務。


精準媒合,成為企業 100% 留用的 5G 新星

「大家最為關心的,就是人才缺口」經濟部工業局呂正華局長點出產業問題缺口,與資策會教研所、學界攜手合作,自去年起,已超過 600 名新星參與 5G 產業媒合。
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經濟部工業局呂正華局長洞察產業痛點,積極培養新興人才。 Photo Credit: 5G+ 產業新星揚帆啟航計畫團隊
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「大家最為關心的,就是人才缺口」經濟部工業局呂正華局長點出產業問題缺口,與資策會教研所、學界攜手合作,自去年起,已超過 600 名新星參與 5G 產業媒合。


第一次工業革命催生了現今的製造業,而 5G 將驅動世界又一次進化。 5G 網路具備超大頻寬、海量連結、超低延遲等特性,網速比 4G 快 10 倍以上,透過專網覆蓋,能承載各種需要龐大資料流量的智慧化服務,讓過去只存在於科幻小說中的場景有望逐一實現。

根據全球行動通信協會( GSMA )統計,至今( 2021 )年 6 月已有 69 個國家、 166 家電信廠商推出 5G 服務,顯見各國都強力聚焦發展 5G 通訊科技,預計 2025 年可達 18 億用戶規模。臺灣也於去年 2 月完成國內首波 5G 頻段競標,各大電信業者積極建設基地台,不落於美、日、韓等國之後。

雖然在疫情肆虐下不免打亂既有布局,但正因我們的食衣住行育樂都被迫數位化,反而讓 5G 在數位醫療、虛擬娛樂、擴增實境、加密裝置等跨領域的應用,因為需求而產生更多可能性。企業趁疫情之際加強練兵,加快轉型升級腳步,也需要更多新血加入。

首重跨領域 企業樂於從頭培養人才

經濟部工業局長呂正華表示,臺灣資通訊產業發展成熟,政府也全力扶植,「大家最為關心的,就是缺人才」。儘管商機潛力無窮,許多致力於商品化的企業都還是頻喊找不到人。

為此,工業局去年開始推動「 5G+ 產業新星揚帆啟航計畫」(以下簡稱 5G+  新星計畫),以「產業出題,人才實戰」模式媒合產學研發,目前已收穫相當成果;兩屆推動下來,已有上百家企業及大專校院參與,超過 600 名學生及應屆畢業生參與企業實戰活動。

呂正華說明,「產業出題,人才實戰」的專題都是企業在 5G 商用研發過程中實際遇到的問題,讓學生挑戰解題,為企業發展真正可用的解決方案,進而協助企業從內部「做中學」( OJT )培養切合需求的即戰力,目前參與計畫的企業對於學生留用意願達 100% ;因此「精準媒合,不管是對企業、對人才都能少掉很多碰撞和磨合,節省徵才和求職的成本。」

計畫不僅媒合企業資源,更辦理實戰工作坊,強化數位職能。Photo Credit:  5G+產業新星揚帆啟航計畫團隊
計畫不僅媒合企業資源,更辦理實戰工作坊,強化 5G 職能。Photo Credit:  5G+產業新星揚帆啟航計畫團隊

此外,呂正華也表示,因為 5G 應用是電機、機械、光電、材料等不同領域的結合,極需要跨領域的人才,企業很願意從頭培養,「所以態度比科系更重要」。

呂正華舉例,由交大資工系衍生之研發服務公司詮隼科技,曾面臨年薪 150 萬的職缺無人應徵的窘境,去年加入計畫,成功從內部培養出好幾位優秀人才,其中一位是中興大學中文系畢業的黃予璿,黃同學善用跨領域思考能力,在公司開發資安自動測試服務方面貢獻良多,文組與理組看似交集不多,可是只要有興趣,人人都能從 5G 行業中找到適合自己的工作。

電子五哥之一的仁寶電腦近年積極進行數位轉型,成立 5G 實驗室,鎖定智慧農業、智慧製造、健康醫療、雲端遊戲和終端設備等應用領域,並在去年透過 5G+ 新星計畫成功招募 19 位新血,藉由計畫的加值,培育人才並同步發展 5G 商業應用。

其中臺北教育大學玩具與遊戲設計所的研究生王凱瀚,過去從沒想過自己能加入科技業大公司,藉由計畫才有機會參與仁寶電腦的研發實戰。期間投入「 5G 邊緣運算技術智慧遊戲應用平台」研究,融合本身在數位內容和網頁設計的專業,進行雲端遊戲、虛擬實境解決方案與工具包的開發,最後獲得研發專題冠軍殊榮。

業師、培訓課程系統性帶領,加入 5G 創新研發

同時,「企業常反映學生在學校學的知識實際上沒辦法用,所以我們開的課要符合企業實戰需求。」呂正華說明, 5G+ 新星計畫也提供系統性的線上課程,特別引進諾基亞貝爾實驗室(Nokia Bell Labs)等 5G 專業培訓課程,並規劃包括天線、射頻、晶片封測、關鍵材料、小基站/無線接取、 SDN/ NFV(軟體定義網路/網路虛擬化)等 6 大領域職能地圖。仁寶電腦、雲達科技、亞旭電腦等企業都將其納入內部教育訓練規劃,也採用 5G JUMP 的線上課程強化員工 5G 職能。

計畫也與交大產業加速器( IAPS )、臺科大育成中心等機構合作培育創新應用師資,以帶領新創公司加速 5G 應用服務的開發,目前已成功培育 23 名業師顧問並輔導 12 組新創團隊,更有 2 家新創公司從去年接受輔導的角色,到今年成功商轉並擔任計畫的出題企業,形成正向循環。

呂正華說,5G 跨域應用是非走不可的路,臺灣已擁有完整 5G 生態系的基礎能量,涵蓋半導體、電子零組件、伺服器、網通與終端設備等產業,馬步紮得穩、紮得深,可在國際競爭中站穩腳步。 5G 新星計畫將作為產學培育人才的溝通橋樑,期待未來培養出更多生力軍,加速臺灣邁入 5G 紀元的步伐。

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