只需为专家宇航员超声波添加人工智能

超声波设备在现代轨道医疗包中很常见，有助于快速诊断宇航员的疾病或身体变化。然而，需要现场专家的实时指导才能获取医学上有用的超声图像。一旦宇航员前往月球或更深入的太阳系，由于涉及时间延迟，这种引导将不再实用。欧洲航天局领导的一个新项目旨在利用人工智能和机器学习，使宇航员能够自行进行接近专家质量的超声检查。

“载人探索的成功取决于宇航员的健康和安全，”负责监督该项目的欧空局生物医学工程师阿诺·龙格解释道。“随着任务进一步深入太空，这变得更难确保，因为机组人员的数量和技能将受到限制。因此，我们需要技术援助来使未来的机组人员越来越少地依赖地球专业知识”

生活在持续缺乏重力的有限空间中，同时暴露在高水平的辐射下，会影响许多重要器官，并导致平衡障碍、体液变化、视觉功能改变、心血管功能失调、免疫功能下降、肌肉萎缩和骨质流失。此外，未来的行星任务可能会导致地面操作期间受伤。

好消息是，大多数这些情况都可以使用超声波成像来监测，超声波成像依靠超出我们耳朵听觉范围的声音回声来打开进入人体软组织的窗口。坏消息是，需要多年的培训才能使某人熟练地进行超声检查。

“超声波成像已经成为国际空间站工作人员的重要诊断工具，”西班牙GMV公司(该公司是欧空局项目联盟的领导者)的卡洛斯·伊拉纳(CarlosIllana)评论道。“但在国际空间站目前的实践中，为宇航员使用超声波设备的宇航员要么接受地面经验丰富的超声波操作员的实时指导，要么根据任务前接受的有限训练进行调查”。

阿诺补充道：“为了克服这一挑战，欧空局此前曾研究过机器人远程超声的概念，地球上的放射专家在国际空间站上远程遥控超声探头。然而，虽然在国际空间站上使用也很有趣至于地面应用，这种方法也有局限性：事实上，一旦载人任务超出地球轨道进入深空，这种引导将不再可行，因为距地球的距离越远，通信时滞越大，而带宽也会受到限制。”

因此，需要一种为船员提供更多自主权的解决方案。为此，欧空局的自主超声图像改进系统ALISSE在人工智能和机器学习的帮助下，为宇航员提供了现场捕获诊断质量超声图像的能力，就像他们是放射科医生一样。

与该项目合作，马德里康普顿斯大学的核物理小组设计了超声模拟和图像合成的新技术，而马德里拉巴斯医院的紧急和紧急放射科提供了超声检查和病理学方面的指导，以及提供和标记数十万个匿名超声扫描，用于训练ALISSE系统底层的深度学习神经网络。

Arnaud补充道：“拉巴斯是西班牙最大的医院，每年仅在紧急服务部门就使用40多种不同的设备型号进行超过50万次超声检查。我们使用主动学习机制来过滤掉不感兴趣的图像，剩下不到2%的放射科选择并标记为我们的神经网络训练子系统进行训练。”

这相当于每个器官超过50,000名患者的大量精选图像，其中包括大量“病理”(或患病)病例的例子。对于最初的ALISSE原型，该联盟探索了肾脏和膀胱，它们是非常具有代表性的腹部器官，但不易扫描，与常见的宇航员疾病(如结石形成和尿潴留)相关。

GMV的DavidMirault表示：“在我们开发该系统时，ESA飞行外科医生为我们提供了重要的反馈和指导。我们的目标是使用户界面尽可能直观，因此我们让一群完全未经训练的物理学生尝试使用它.超声图像噪声大、模糊，并且包含大量阴影和散斑噪声等伪影，而且每个人的身体都不同。因此医疗专业人员需要多年的特定课程和培训来学习这种针对单个器官的诊断技术。这意味着未经训练的新手成功进行超声检查的几率基本上为零。”

然而，ALISSE用户会收到关于在体内放置超声波棒的详细指导，并提供目标器官的示例图像，并给出所看到的物体是正确目标的百分比可能性。该系统还能够区分器官的具有临床价值的长距离“平面检测模式”和不太有用的“横向”侧视图。

支持欧洲宇航员中心项目的乔恩·斯科特(JonScott)评论道：“最终结果非常令人鼓舞;在ALISSE协助下的学生图像中，十分之九是临床上可接受的肾脏和膀胱超声标准平面，接近于训练有素的放射科医生。作为一个额外的好处，ALISSE还可以与多个超声设备配合使用，最大限度地提高其灵活性并减少实施障碍。

“其结果是一个系统，允许宇航员对自己的医疗保健承担更多责任，这是未来太空医学的一个基本特征，并且还应该使超声成像在地球上的使用民主化。随着这项技术的不断发展，我们可以期待有一天，一线医疗隔离人员可以像今天收集血液样本一样熟练地使用人工智能引导的超声设备。”

ALISSE项目得到了ESA技术开发部门的支持，培育了有前景的太空新技术。下一步，该联盟计划增加系统对其他器官的支持，并改进引导指令，使ALISSE更加直观。ESA也有兴趣让ALISSE系统在连接到超声波探头的平板电脑上运行。

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