Google Research 用 AI 解读盲扫超声评估孕周，误差与专家相当

世界卫生组织（WHO）估计，全球每年有超过25万例可预防的死亡由妊娠相关并发症导致。虽然产前超声可以改善结局并降低胎儿和孕产妇死亡率，但全球三分之二的人无法获得超声等诊断性医学影像。当前支持孕产妇健康的方法严重依赖专业临床培训，导致数百万生活在资源匮乏环境中的人在 entire pregnancy 期间连一次超声检查都无法获得。

我们看到一个机会，可以开展研究来满足这一现实需求，即开发能够解读“盲扫”超声的机器学习系统。这种扫描方式让未接受过专业超声培训的一线医护人员只需以标准化模式在腹部滑动低成本便携式超声探头即可完成扫描。

由于许多地区面临专家严重短缺，而传统超声技师培训既昂贵又需要多年投入，让这些医护人员在最低限度培训下完成评估，有可能显著扩大产前筛查覆盖面。

将最低培训要求与AI解读相结合，最终可能意味着一种成功开发的工具，有望提高基于超声的妊娠评估的可及性，从而改善获得更高质量孕产妇保健的机会。

在发表于JAMA Network Open的“基于盲扫超声的AI孕龄评估泛化性”一文中，我们评估了用于孕龄评估（即妊娠进展到何种程度）的AI模型在不同临床环境和硬件之间的泛化效果。我们此前的研究验证了该模型在其学习所依据的同一回顾性队列中未见患者上的表现，而这项新的前瞻性研究展示了该AI系统在真实诊所中于移动设备上实时运行时的可靠表现——仅由新手操作员使用不熟悉的超声设备，且只需极少微调。

“孕龄基本上就是一名女性怀孕进展到何种程度。我们所有的筛查、许多治疗、许多分娩指征，都基于你从孕龄获得的这条主时间线。”

- Nichole Young-Lin，妇产科医生

评估在不同临床环境中的表现

一个医学AI系统要在全球安全扩展，必须展示泛化能力——在引入与模型训练时不同的患者人群、临床工作流程和超声硬件差异的新临床环境时，仍保持准确的诊断表现。

在这项研究中，我们最初的AI模型仅在我们目标人群中的一个上进行了极少调优，随后在两个目标环境中进行了前瞻性测试：

• Northwestern Medicine：位于美国伊利诺伊州芝加哥的城市高资源学术医疗中心。
• Jacaranda Health：位于肯尼亚内罗毕的城市社区诊所网络。

该系统最初使用在北卡罗来纳州和赞比亚采集的超声数据进行训练，所用设备包括Sonosite、GE和Butterfly Networks的一系列商用超声探头；随后，这套研究型AI系统与Clarius C3——一款商用便携式经腹探头——配对使用。所有这些站点在多个诊疗维度上存在差异，包括孕妇首次接受产前检查的时间、她们接受常规超声检查的次数，以及通常如何确定孕龄。

为评估系统调优的效率，该研究利用来自芝加哥的120名参与者的小型试点数据集——约占原始训练集的6%——使模型适应新的探头硬件，并将孕龄预测范围扩展至36周以上。为理解泛化能力，内罗毕站点的数据未用于微调，从而保持肯尼亚的临床验证作为严格独立的外部测试。为评估综合实用性，该研究还纳入了多胎妊娠，这类情况可能给人工操作者和自动化系统都带来追踪和测量上的挑战。

关键发现：与专家标准持平

我们将AI系统从盲扫超声中估算胎儿年龄的能力，与临床标准专家方法基于公式的估算进行了比较。这种专家方法依赖经验丰富的超声技师定位胎儿的多个特定横截面，以进行精确的生物测量；这是一项难以规模化、需要多年训练且高度依赖操作者的任务。

该诊断研究评估了一个由385名16至36周孕妇组成的主要队列，展示了AI系统的强劲结果：

• 临床非劣效准确性：在两个队列中，AI模型估算孕龄的平均绝对误差（MAE）为4.18天，成功证明其不劣于由专家超声技师执行的标准临床操作，后者的MAE为4.48天。
• 跨场景泛化：在芝加哥，适配后的模型MAE为4.10天。在内罗毕，在零本地优化的情况下，模型取得了相当的MAE，为4.27天。

除准确性外，探索性指标显示该研究型AI系统在复杂场景中具有韧性。例如，在胎儿体重极端（高于第90百分位）的病例中，模型的表现优于传统生物测量公式，展示出对胎儿大小变化的稳健性。

前瞻性部署中的经验教训

除了凸显通过AI扩大超声可及性的巨大机会外，这项前瞻性多中心研究还使我们能够主动观察并优化AI在真实临床环境中的行为。通过将我们的系统直接部署到日常临床工作流程中，我们获得了有助于面向真实世界使用进行设计的实用见解。例如，我们观察到，在连续患者之间保持设备充电方面，可更换电池比插接式充电底座更重要。

这些研究还表明，部署此类AI系统还需要与临床医生和患者建立深度信任。最终实现这一目标的一个重要方式是在应用中内置明确的保障措施，例如由我们的模型生成模型置信度估计，以拒绝质量差的扫查，并向临床医生用户传达模型的不确定性。

展望未来：用AI扩大医疗可及性

这些研究结果表明，基于 AI 的系统能够分析由未接受过专业超声培训的操作员采集的标准“盲扫”图像。AI 对胎龄的估算准确度，与当前由专家操作员使用更昂贵的传统推车式超声设备所提供的标准诊疗水平相当。该研究展示了跨不同临床环境、硬件和不断变化人群的技术泛化能力，这标志着在凸显其扩大这一孕产妇健康关键能力可及性潜力方面迈出了关键一步。

通过赋能仅接受过最低限度培训的社区卫生工作者开展可靠的超声评估，这项研究展示了在资源匮乏地区扩大数百万人的产前覆盖范围的潜力。研究这种可扩展技术的能力，为构建更具韧性、更易获取的医疗体系奠定了基础，确保每一位母亲无论身处何地，都有机会获得健康的妊娠和安全的分娩。

这项即时检验研究代表了我们通过 AI 扩大医疗可及性这一更宏大愿景的潜在应用。从这项研究中获得的洞见，为我们下一代多模态医学智能研究的开发提供了参考。通过持续的工作，我们致力于为开发社区和科学家提供他们所需的答案，以改善临床诊疗，并使其对所有人都有益且可及。

致谢

感谢我们在 Google Research、Jacaranda Health 和西北大学范伯格医学院的各位共同作者：Chace Lee、Justin Krogue、Anneka Wickramanayake、Stacey Caron、Priscah Cheruiyot、Amber Watters、Alicia Martín、Tiya Tiyasirichokchai、Akib Uddin、Yun Liu、Patricia Strachan、Sunny Jansen、Alyssa Santi、Preeti Singh、Catherine Arguelles、Kenneth Hudson、David Melnick、Mahesh Vaidyanathan、Mozziyar Etemadi、Yossi Matias、Avinatan Hassidim、Greg Corrado、Shruthi Prabhakara、Daniel Golden、Ryan G. Gomes 和 Shravya Shetty。感谢 Pi-Chuan Chang 和 Dale Webster 审阅本项工作。