把 CT 掃描當影片看:用追蹤演算法偵測腦出血

放射科醫師看 CT 的時候,不是盯著一張固定的圖片——他們會滑過每一層切片,在腦海中「追蹤」病灶的連續性。伊朗 K.N. Toosi 理工大學的研究團隊把這個直覺變成了演算法:把 CT 的 z 軸當成時間軸,讓影片追蹤技術來驗證病灶是否真實存在。

CT 切片如影片膠卷


急診室的瓶頸:CT 量暴增,放射科醫師不夠用

過去幾年,急診室的 CT 使用量呈指數成長。問題是,放射科醫師的數量沒跟上。

這造成了一個危險的等待隊列——病人躺在那裡,腦出血可能正在惡化,但報告還沒出來。更糟的是,這個病人可能排在一堆「正常」的 CT 後面。

對於顱內出血(ICH)來說,診斷延遲直接關聯到不可逆的神經損傷和死亡率

所以,這個 AI 系統的角色不是取代醫師寫報告,而是當自動分診員——掃描每一個進來的 CT,偵測到疑似出血就把它往前排,讓醫師優先處理最緊急的案例。

但要做到這一點,AI 得先解決一個問題:誤報。


問題不是漏診,是誤報太多

現有的 2D 檢測器(如 YOLO)確實很敏感——一張切片有疑似出血,它就會標記。

但問題來了:它也會對骨頭邊緣、血管鈣化、掃描雜訊發出警報。

如果每個警報都讓醫師優先處理,很快就會警報疲勞——看到太多假警報,反而開始忽略。這比沒有 AI 還危險。

那 3D 卷積網路呢?它可以判斷「連續多張都有病灶」才發警報,但需要超大 GPU 記憶體(標準 3D CNN 動輒 50M+ 參數),沒辦法在救護車上或小型醫院的電腦跑。

這篇論文的解法:用追蹤演算法模擬 3D 連續性驗證——不需要真的做 3D 卷積,只要用影片追蹤的邏輯,過濾掉「只出現一張」的雜訊。


把 CT 當影片:YOLO + ByteTrack

核心思路很簡單:放射科醫師滑過切片時會「追蹤」病灶,那 AI 也可以這樣做。

具體做法分兩層:

第一層:2D 檢測(YOLOv11n)

  • 每張切片獨立跑一次 YOLO,標記出疑似出血的區域
  • 使用 Nano 版本(只有 2.6M 參數),比標準 3D CNN(50M+)輕了 20 倍以上

第二層:跨切片追蹤(ByteTrack)

  • 把 CT 的 z 軸當成「時間軸」,每張切片就是一幀
  • ByteTrack 會追蹤同一個病灶在不同切片的位置
  • 過濾邏輯:檢查第 z 張的標記與第 z-1、z+1 張是否有空間重疊(IoU > 0)
    • 如果前後都沒有重疊→ 判定為孤立雜訊,過濾掉
    • 如果前後至少有一張重疊→ 判定為真正病灶,保留

額外技巧:雙向追蹤

  • 追蹤器有「暖機延遲」問題:演算法需要累積幾幀資訊才能確認軌跡,所以最初幾張切片可能會漏掉
  • 解法:從頭到尾跑一遍,再從尾到頭跑一遍,兩次結果合併——這樣頭尾都不會漏

YOLO + ByteTrack 流程


結果:誤報少了,敏感度沒掉

研究團隊用 Hemorica 資料集做實驗(327 位病患,12,067 張切片)。

他們比較了兩種做法:

  • 基準線:只用 YOLO(每張切片獨立判斷,沒有前後記憶)
  • 本論文方法:YOLO + 追蹤(先標記,再過濾掉孤立的雜訊)

結果

指標只用 YOLOYOLO + 追蹤
Precision(精確度)70.3%77.9%
Recall(敏感度)64.3%64.7%

解讀(以切片為單位評估):

  • 精確度提升了 7.6 個百分點——代表誤報變少了
  • 敏感度幾乎持平——代表沒有因為過濾而漏掉真正的病灶

實驗結果比較


這對臨床有什麼用?

這套系統的目標是算力受限的環境

  • 行動中風單位(救護車上的小型 CT)
  • 偏遠地區的小型醫院

這些地方的電腦跑不動 3D 卷積網路,但現在可以用這套輕量級方案:

  • 只需要 2.6M 參數的小模型
  • 不需要高端 GPU
  • 可以在標準硬體上即時運行

核心價值:讓沒有高端設備的地方,也能做到即時分診判斷。

⚠️ 限制與注意事項

這套方法並非萬能,以下情境可能會失效:

  • 小出血:只佔 1-2 張切片的微小出血,可能被當成「孤立雜訊」過濾掉
  • 厚切層 CT:切片間距大時,病灶可能跨張不連續
  • 高密度干擾:骨窗邊界、鈣化、對比劑殘留可能造成誤判
  • 跨醫院泛化:測試集表現比訓練集下降(F1 從 0.974 降到 0.707),不同醫院的影像特性可能影響準確度

總結

一個簡單的視角轉換——把 CT 的 z 軸當成時間軸——讓輕量級 AI 也能做到 3D 連續性驗證。

這套方法的優勢:

  • 輕量:只需要 2.6M 參數的小模型
  • 有效:精確度從 70.3% 提升到 77.9%
  • 不犧牲敏感度:真正的病灶不會被過濾掉

對於資源受限的環境(如行動中風單位、偏遠醫院),這提供了一個可行的即時分診方案。


放射師視角:能在自己醫院用嗎?

目前這是研究階段的概念驗證,沒有現成可下載的完整系統

如果想部署到醫院,需要自行整合 PACS 接收影像,並建立通知機制發送警報給急診醫師。

開源資源(供有興趣的醫院自行研究):