Geek Monday EP60 : EchoPixel ผู้บุกเบิกเทคโนโลยีการถ่ายภาพเสมือน 3 มิติในห้องผ่าตัด

EchoPixel กับการเป็นผู้บุกเบิกเทคโนโลยีการถ่ายภาพ 3 มิติ เครื่องมือวินิจฉัยทางการแพทย์ เช่น การสแกน MRIs และ CT สามารถสร้างภาพสองมิติแบบแบนหรือข้อมูลชิ้นเดียว แต่ถ้าคุณต้องการตัดเป็นก้อนจากมุมอื่นเพื่อให้ได้ภาพตัดขวางที่ละเอียดยิ่งขึ้นล่ะ?

EchoPixel จากเมาน์เทนวิวแคลิฟอร์เนียช่วยให้ผู้ใช้สร้างภาพ 3 มิติจากข้อมูลการถ่ายภาพของผู้ป่วยแล้วจัดการกับเนื้องอก เพื่อใช้ในการวางแผนการผ่าเนื้องอก เนื้อเยื่อ หรือ เส้นเลือด เทคโนโลยีนี้สามารถใช้ในการวางแผนการผ่าตัด โดยช่วยให้แพทย์ได้รับมุมมองที่ถูกต้องและแม่นยำยิ่งขึ้นเกี่ยวกับกายวิภาคของผู้ป่วย

เลือกฟังกันได้เลยนะครับ อย่าลืมกด Follow ติดตาม PodCast ช่อง Geek Forever’s Podcast ของผมกันด้วยนะครับ 

🎧 ฟังผ่าน Podbean : 
https://bit.ly/3jaP9jV

🎧 ฟังผ่าน Apple Podcast :
https://apple.co/2lEqPPg

🎧 ฟังผ่าน Google Podcast : 
https://bit.ly/32kD2K6

🎧 ฟังผ่าน Spotify : 
https://spoti.fi/2CPH58u

🎧 ฟังผ่าน Youtube 
https://youtu.be/5tPlV9ATrP8

References : https://www.modernhealthcare.com/article/20160514/MAGAZINE/305149977/innovations-making-3-d-medical-imaging-a-realityhttps://www.stanfordchildrens.org/en/innovation/virtual-reality/virtual-imaging-technologyhttps://www.echopixeltech.com/about_us.html

5 ตัวอย่างกับการใช้ AI ในอุตสาหกรรม Healthcare อย่างมีประสิทธิภาพ

อุตสาหกรรมทางการแพทย์ นั้น อุตสาหกรรมหนึ่งเลยที่มีความน่าสนใจอย่างยิ่ง ที่จะนำเอา AI เพื่อมาเพิ่มประสิทธภาพการทำงานของทั้งตัวหมอเอง รวมถึง เพิ่งประสิทธิภาพของโรงพยาบาลให้ดีขึ้น

แม้ทางการแพทย์นั้น จะยุ่งเกี่ยวกับความเป็นความตายขอคนไข้ ซึ่งการนำเอาเทคโนโลยีต่าง ๆ มาใช้นั้น ก็ต้องคำนึงถึงหลาย ๆ ส่วน ไม่ว่าจะเป็นเรื่องความปลอดภัยของข้อมูลคนไข้  , เรื่อง privacy ของคนไข้ รวมถึง ความ error ต่าง ๆ ของการนำเอาเทคโนโลยี มาใช้ เพราะล้วนแล้วแต่เกี่ยวข้องกับความเป็นความตายของคนไข้แทบจะทั้งสิ้น ซึ่งเป็นเรื่องที่ Sensitive กว่า Domain อื่น ๆ อยู่มาก

มาดูกันว่า 5 ตัวอย่างของการใช้ AI ในอุตสาหกรรมการแพทย์ เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพนั้นมีอะไรกันบ้าง

1.AI-assisted robotic surgery

ในวงการศัลยแพทย์ นั้น ได้เริ่มมีการนำหุ่นยนต์ เข้ามาใช้ช่วยเหลือ ศัลยแพทย์เป็นเวลาช่วงหนึ่งแล้ว โดย AI นั้นสามารถที่จะช่วยได้ตั้งแต่การ วิเคราะห์ข้อมูล ของคนไข้ เพื่อ Guide ให้ศัลยแพทย์ ได้ใช้เครื่องไม้ เครื่องมือ ที่ถูกต้องกับคนไข้ เป็นการลดเวลาในการเตรียมความพร้อมในการผ่าตัดไปได้มาก ซึ่งหุ่นยนต์ผ่าตัดนั้น สามารถที่จะช่วยเหลือศัลยแพทย์ ให้ผ่าตัดในจุดที่มีความเสียหายกับร่างกายน้อยที่สุด ไม่ต้องมีการผ่าตัดในส่วนที่ไม่เกี่ยวข้องออกไป ทำให้แผลผ่าตัดนั้น มีขนาดเล็กลง

ด้วยความสามารถของ AI  ทำให้หุ่นยนต์ผ่าตัดนั้น สามารถที่จะเรียนรู้จากการผ่าตัดครั้งก่อน ๆ หน้า เพื่อปรับเทคนิคในการผ่าตัดครั้งตอไปให้กับคนไข้ได้  ซึ่งมี Case Study ที่นำเอา AI มาช่วยเหลือหมอผ่าตัดกระดูกและข้อ ซึ่งสามารถลดจำนวนการผ่าตัดได้ถึง 5 เท่า หากเทียบกับ ให้หมอ Orthopedic ได้ทำการวิเคราะห์ด้วยตัวเองเพียงคนเดียว

Da Vinci

สำหรับการผ่าตัดในจุดที่มีความละเอียดค่อนข้างสูงอย่างการผ่าตัดตานั้น หุ่นยนต์ผ่าตัดชื่อดังอย่าง Da Vinci ก็สามารถที่จะช่วยเหลือแพทย์ในส่วนที่ซับซ้อนที่ยากต่อการเข้าถึงได้ดีกว่า การผ่าตัดแบบเดิม ๆ อย่างมาก ทำให้สามารถผ่าตัดในส่วนที่เข้าถึงยาก และมีความซับซ้อน ได้อย่างมีประสิทธิภาพ

แม้กระทั่งในการผ่าตัดอวัยวะที่สำคัญที่สุดของมนุษย์อย่างการผ่าตัดหัวใจก็เช่นกัน หุ่น Heartlander หุ่นยนต์ช่วยผ่าตัดด้านหัวใจ ก็สามารถที่จะเปิดแผลที่มีขนาดเล็กมากบริเวณหน้าอก เพื่อเข้าถึงการรักษาบริเวณเนื้อเยื่อของหัวใจคนไข้ได้ โดยไม่ต้องใช้การผ่าตัดแบบเปิดผลขนาดใหญ่เหมือนที่เคยทำมา สำหรับการผ่าตัดหัวใจ

2. Virtual nursing assistants

ในด้านการพยาบาลก็เช่นเดียวกัน ถือว่าเป็นค่าใช้จ่ายที่ค่อนข้างสูงส่วนนึง ของอุตสาหกรรม Healthcare ในอเมริการนั้น ประเมินได้ว่า หากมีการนำระบบ Vitual nursing มาใชนั้น สามารถลดรายจ่ายไปได้กว่า สองหมื่นล้านเหรียญในแต่ละปี ซึ่ง งานบางงานที่ต้องทำอะไรซ้ำ ๆ นั้น สามารถที่จะใช้ Robot หรือ AI มาช่วยเหลือได้

ซึ่งคล้าย ๆ กับ ระบบ Chatbot ที่กำลังเป็นที่นิยมในขณะนี้ การมีผู้ช่วยเหลืออย่าง Virtual Nursing นั้น สามารถที่จะทำงานได้ตลอด 24 ชม. โดยไม่ต้องมีการพักเปลี่ยนเวร แต่อย่างใด รวมถึง ได้ประสิทธิภาพบางอย่างที่ดีกว่าด้วย สามารถตอบคำถามได้อย่างรวดเร็วกว่าการใช้มนุษย์เป็นอย่างมาก หากเป็นคำถามที่ซ้ำ ๆ ที่ AI สามารถที่จะเรียนรู้ได้

แถมยังช่วบลดความไม่จำเป็นในการเข้ามาที่โรงพยาบาลได้อีกด้วย ตัวอย่างที่ประสบความสำเร็จของ Virtual Assistant เช่น Care Angel’s ที่มีความสามารถทีช่วยเช็คสุขภาพเบื้องต้นของผู้ป่วยผ่านทางการสื่อสารด้วยเสียง และความสามารถของ AI ที่จะช่วยคัดกรองคนไข้ เพื่อไม่ต้องเข้ามาที่โรงพยบาลหากไม่ใช่เรื่องจำเป็นจริง ๆ

3. Aid clinical judgement or diagnosis

ในปัจจุบันมีหลาย use case ที่น่าสนใจในการนำ AI เข้ามาร่วมในการวินิจฉัยผลของคนไข้  ตัวอย่างนึงที่น่าสนใจคือทาง มหาวิทลัย Standford ได้ทำการทดสอบ AI Algorithm ในการตรวจมะเร็งผิวหนัง โดยมีการเปรียบเทียบกับ หมอผู้เชี่ยวชาญทางด้านผิวหนัง แล้วพบว่า ผลของการวินิจฉัยด้วย AI นั้น มีความสามารถเทียบเท่ากับการใช้หมอผู้เชี่ยวชาญด้านผิวหนังในการวินิจฉัย แต่สิ่งที่แตกต่างกันอย่างชัดเจน คือ เวลา ที่ใช้ในการวินิจฉัยต่างกันอย่างมาก AI สามารถทำได้ภายในระยะเวลาไม่กี่นาที ต่างกับ หมอผู้เชี่ยวชาญที่ต้องใช้เวลาหลายชม. ในการวิเคราะห์ผล

งานวิจัยอีกชิ้นที่น่าสนใจของ Danish AI software นั้น ได้ทำการทดสอบ algorithm ในการฟังเสียงสนทนา เมื่อมีการโทรศัพท์ฉุกเฉินเข้ามาในโรงพยาบาล กรณีผู้ป่วยในโรคหัวใจ โดยการดักฟังโทนเสียงของผู้ป่วย รูปแบบการพูด พบว่าสามารถคัดกรองผู้ป่วยที่มีโอกาสที่จะมีอาการหัวใจวายได้ถึง 93% ซึ่งสูงกว่ารูปแบบปรกติที่ใช้มนุษย์คัดกรองที่ทำได้เพียงแค่ประมาณ 73% เท่านั้น

ส่วนทางฝั่งยักษ์ใหญ่ Search Engine จากจีนอย่าง Baidu Research นั้น ก็ได้ทำการทดสอบ Deep learning algorithm ที่สามารถที่จะระบุถึงการแพร่กระจายของมะเร็งเต้านม ได้ดีกว่าการวิเคราะห์จากมนุษย์

ส่วนทางด้านประเทศอังกฤษ นายกรัฐมนตรี Theresa May ก็ได้ประกาศวาระสำคัญของชาติ คือ AI Revolution ซึ่งจะช่วยเหลือ National Health Service (NHS) ซึ่งคงคล้ายๆ  สปสช. ของบ้านเรา ในการช่วยทำนายผู้ป่วยที่มีโอกาสเกิดโรคมะเร็ง โดยการวิเคราะห์จาก ข้อมูลทางด้านสุขภาพ พฤติกรรมการใช้ชีวิต รวมถึงพฤติกรรมการรับประทานอาหาร และยังวิเคราะห์จากข้อมูลทางด้าน พันธุกรรมของคนไข้ เพื่อช่วยทำนายว่า คนไข้ มีความเสี่ยงที่จะเป็นโรคมะเร็งหรือไม่ โดยใช้ AI และข้อมูลจาก NHS

4. Workflow and administrative tasks

งานด้านเอกสารหรือธุรการต่าง ๆ ภายใน workflow ของระบบโรงพยาบาลนั้นก็เป็นต้นทุนสำคัญอย่างนึงของโรงพยาบาล ซึ่ง ประมาณได้ว่า ในปี ๆ หนึ่ง ๆ ในประเทศอเมริกา หากสามารถนำ AI มาช่วยงานเหล่านี้ได้นั้น สามารถที่จะลดต้นทุนไปได้กว่า 18,000 ล้านเหรียญ สหรัฐเลยทีเดียว

ซึ่ง AI สามารถที่จะช่วยเหลือในงานต่าง ๆ ได้ไม่ว่าจะเป็น voice-to-text transcriptions หรือการแปลงจากเสียงมาเป็นtext  งานด้านเอกสารกำกับยา หรืองานที่เกี่ยวข้องกับ chart notes

ซึ่งตัวอย่างนึงที่ใช้ AI ในการช่วยเหลืองานด้าน Admin คือการร่วมมือกันระหว่าง Cleveland Clinic และ IBM โดยมีการนำเอา IBM’s Watson มาช่วยในการวางแผนการรักษาให้กับแพทย์ โดยทำการวิเคราะห์จากข้อมูล medical record โดยใช้เทคโนโลยี Natural language processing เพื่อช่วยวางแผนการรักษาให้กับแพทย์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น

5. Image analysis

ต้องบอกว่าเป็นงานที่สำคัญอย่างหนึ่งเลยสำหรับการวิเคราะห์ภาพเช่นในการ ทำการ X-RAY , MRI หรือ Ultrasound ซึ่ง effect โดยตรงต่อผู้ป่วย เพราะเป็นการวิเคราะห์ ให้เจอสาเหตุของโรคต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นกับผู้ป่วย

ซึ่งโดยปรกติแล้วนั้นงานทางด้าน Image Analysis โดยผู้เชี่ยวชาญนั้น เป็นงานที่ต้องใช้เวลาในการวิเคราะห์เป็นอย่างมาก

ตัวอย่างสำคัญในการวิเคราะห์ที่ทำให้ process เหล่านี้ทำได้รวดเร็วขึ้น คือ ในงานวิจัยของ MIT ได้ทำการพัฒนา machine learning algorithm ที่สามารถจะวิเคราะห์ภาพ Scan 3D จากการถ่าย MRI , CT-SCAN โดยสามารถที่จะวิเคราะห์ได้เร็วกว่าผู้เชี่ยวชาญที่เป็นมนุษย์ถึง 1000 เท่า ซึ่งเป็นตัวเลขที่น่าสนใจเลยทีเดียว

ซึ่ง AI นั้นจะมาช่วยเหลืออย่างมากกับงานด้านรังสีแพทย์ เพราะเป็นงานที่ AI สามารถทำงานได้ดีที่สุด เนื่องจากเป็นการใช้ประสบการณ์การเรียนรู้จากข้อมูลในอดีต หากมีคลังข้อมูลที่มากพอ ก็ทำให้ AI มีผลการวิเคราะห์ที่แม่นยำกว่ารังสีแพทย์ผู้เชี่ยวชาญเสียอีก

รวมถึงการที่ AI สามารถมาช่วยเหลืองานด้าน Telemedicine ในพื้นที่ห่างไกล ซึ่งคนไข้สามารถที่จะใช้ Smartphone ในการถ่ายภาพเบื้องต้น ของบริเวณที่ได้รับบาดเจ็บ หรือ ต้องการรักษา ซึ่ง AI สามารถที่จะช่วยเหลือในการวิเคราะห์อาการเบื้องต้นจากภาพถ่ายเหล่านี้ได้ และสามารถ guide แนวทางการรักษาเบื้องต้นให้กับผู้ป่วยที่อยู่ในพื้นที่ห่างไกลได้

AI จะเข้ามาช่วยเหลือหรือแย่งงานจากคนในอุตสาหกรรม Healthcare

ต้องบอกว่าด้วยพื้นฐานทางเทคโนโลยีในปัจจุบันไม่ว่าจะเป็นด้าน AI , Machine Learning รวมถึงเทคโนโลยีทางด้านหุ่นยนต์ กล้อง รวมถึงเซ็นเซอร์อัจฉริยะ ต่าง ๆ นั้น ถึงแม้จะยังไม่ผลิตออกมาเป็นผลิตภัณฑ์ที่มาช่วยเหลือแพทย์ได้ทุกแขนงในปัจจุบัน หรือยังเป็นงานวิจัยอยู่ก็ตาม เราต้องยอมรับว่า เทคโนโลยีเหล่านี้ได้ไปไกลเกินความสามารถของเหล่าผู้เชี่ยวชาญที่เป็นมนุษย์ในปัจจุบันแล้ว

ซึ่งต้องยอมรับเช่นกันว่าเครื่องมือเหล่านี้ล้วนมาช่วยเหลือแพทย์ผู้เชี่ยวชาญ รวมถึงผู้เกี่ยวข้องในอุตสาหกรรมนี้ได้อย่างมาก จนหลาย ๆ งานสามารถที่จะเข้าไปทดแทนงานของมนุษย์ได้จริง แต่งานที่เกี่ยวข้องกับคนไข้นั้นยังไง ผู้ป่วยย่อมจะไม่ยอมรับผลการรักษา 100% จาก AI แน่นอนอยู่แล้ว

แต่อย่างไรก็ดีในอนาคตอันใกล้ หากเทคโนโลยีเหล่านี้พัฒนาจนเป็นที่ยอมรับของมนุษย์ได้ 100% จริง ๆ เหมือนที่ใครจะคิดว่าจะมีรถยนต์อัตโนมัติ มาวิ่งให้เรานั่งได้กันแบบสบาย ๆ  ซึ่งก็เช่นเดียวกัน ในวงการอุตสาหกรรม Healthcare นั้น ต่อไปเราก็อาจจะได้เห็น ทุก process ที่เกี่ยวกับคนไข้ สามารถทำได้โดยผ่าน AI หรือ Robot ได้จริง ๆ ตั้งแต่ การเตรียมข้อมูลคนไข้ ไปจนถึงงานระดับยาก ๆ อย่างการผ่าตัดหัวใจ หรือสมอง ซึ่งผมเชื่อว่า หากมีการแข่งขันกันจริง ระหว่างมนุษย์กับผู้เชี่ยวชาญ ไม่ว่าสาขาใด ๆ แม้จะงานยากขนาดไหนก็ตาม ก็จะพบจุดจบเดียวกันกับที่ Alpha go สามารถชนะ Lee Sedol มนุษย์ที่เล่นเกมโกะได้เก่งที่สุดในโลก เพราะตอนนี้เราต้องยอมรับว่า AI มีขีดความสามารถเกินกว่าที่มนุษย์เราจะทำได้เป็นที่เรียบร้อยแล้ว

References : www.forbes.com

ติดตาม ด.ดล Blog เพิ่มเติมได้ที่
Fanpage :facebook.com/tharadhol.blog
Blockdit :blockdit.com/tharadhol.blog
Twitter :twitter.com/tharadhol
Instragram :instragram.com/tharadhol

Support Vector Machine กับการวิเคราะห์มะเร็งเต้านม

เนื่องจากในตอนเรียนปริญญาโท ผมได้มีโอกาสที่จะทำงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการใช้ machine learning ในการวิเคราะห์การตรวจหามะเร็งเต้านมของผู้หญิง รวมถึงในปัจจุบันผมงานของตัวผมเองก็อยู่ใน domain นี้โดยตรง ซึ่งแม้จะเป็นเวลาหลายปีมาแล้ว แต่ช่วงนี้กระแสของ AI รวมถึง Machine Learning กำลังมาแรง จึงขอจะกล่าวถึงซักหน่อย รวมถึง algorithm ที่ผมเลือกใช้คือ Support Vector Machine เริ่มถูกพูดถึงในหลาย ๆ  วงการแม้กระทั่งวงการ trading  เนื่องจากมีความแม่นยำในการจำแนกค่อนข้างสูง

ปัจจุบันนั้นโรคมะเร็งเต้านมกำลังเป็นปัญหาทางสาธารณสุขของทุกประเทศทั่วโลก เนื่องจากโรคมะเร็งเป็นโรงที่ร้ายแรงที่คุกคามชีวิตมนุษย์โดยไม่เลือกเพศและวัยนอกจากนี้โรคมะเร็งเป็นโรคเรื้อรัง ที่ต้องใช้เวลาในการรักษานาน ทำให้ผู้ป่วยเกิดความทุกข์ทรมาน มีค่าใช้จ่ายสูง และยังคุกคามความเป็นอยู่ของครอบครัว ในปัจจุบันนั้นโรคมะเร็งจึงเป็นสาเหตุการตายอันดับต้น ๆ ของประชากรโลก ซึ่งรวมถึงประชากรในประเทศไทย มะเร็งเป็นโรคที่เกิดขึ้นกับเซลหลายชนิด หลายอวัยวะ

ซึ่งเต้านมเป็นอวัยวะหนึ่งในอวัยวะเพศหญิงที่มีอัตราการเป็นมะเร็งได้ค่อนข้างสูง ในประเทศไทยก็พบว่ามีผู้ป่วยมะเร็งเต้านมในอัตราที่สูง และมีแนวโน้มสูงขึ้นเรื่อย ๆ ซึ่งอัตราการเติบโตของมะเร็งเต้านมในไทยนั้นได้มีการเพิ่มปริมาณขึ้นอย่างรวดเร็วซึ่งสอดคล้องกับการเติบโตของโรคนี้ในประชากรทั่วโลก และเป็นโรคมะเร็งที่เกิดขึ้นมากที่สุดในเพศหญิง และอัตราการเสียชีวิตก็เพิ่มขึ้นในอัตราที่รวดเร็วเช่นกัน

ในปัจจุบันยังไม่มีวิธีการใดที่สามารถรักษาโรคนี้ได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงพอ ซึ่งการตรวจหาผ่านการ X-Ray จึงเป็นปัจจัยสำคัญในการรักษาโรค และปรับปรุงอัตราการรอดตายที่เกิดขึ้นจากโรคมะเร็งเต้านม ซึ่งในปัจจุบันนั้นวิธีการที่มีความน่าเชื่อถือที่สุดในการตรวจหามะเร็งเต้านมนั้น คือ การวินิจฉัยผ่านคลังข้อมูลภาพทางการแพทย์ ที่มีการเก็บอย่างมีประสิทธิภาพ จากคลังข้อมูลที่มีขนาดใหญ่ ซึ่งระเบียบวิธีขั้นตอนดังกล่าวนั้นสามารถช่วยเร่งกระบวนการในการวินิจฉัยโรคได้อย่างรวดเร็ว แต่ก็ยังมี limit อยู่กับความสามารถของแพทย์ที่ไม่เท่าเทียมกัน รวมถึง แพทย์ที่ expert จริงๆ  ด้านนี้ยังมีอยู่น้อยมาก รวมถึงความแม่นยำในการวินิจฉัยนั้นยังมีข้อจำกัดอยู่ถ้าเทียบกับประสิทธิภาพของ AI

 

Support Vector Machine คืออะไร

Support Vector Machine  เป็นตัวแบบที่ใช้ในการระบุตัวบุคคลหรือ object  โดย SVM จะทำการแบ่งชั้นของข้อมูลด้วยระนาบหลายมิติ  จากข้อมูล 2 กลุ่มชุดข้อมูล  โดยตัวแบบของ SVM เกี่ยวข้องกับเครือข่ายประสาทเทียม ซึ่งโดยอันที่จริงแล้วตัวแบบของ SVM ใช้ Sigmoid Kernel Function ซึ่งมีค่าเท่ากันทั้ง 2 เลเยอร์เป็นตัวแบบที่ใช้ในการระบุตัวบุคคล  โดย SVM จะทำการแบ่งชั้นของข้อมูลด้วยระนาบหลายมิติ  จากข้อมูล 2 กลุ่มชุดข้อมูล  โดยตัวแบบของ SVM เกี่ยวข้องกับเครือข่ายประสาทเทียม

ซึ่งโดยอันที่จริงแล้วตัวแบบของ SVM ใช้ Sigmoid Kernel Function ซึ่งมีค่าเท่ากันทั้ง 2 เลเยอร์ ตัวแบบของ SVM มีความคล้ายคลึงกับเพอร์เซฟตรอนซึ่งเป็นข่ายงานประสาทเทียมแบบง่ายมีหน่วยเดียวที่จำลองลักษณะของเซลล์ประสาท  ด้วยการใช้ Kernal Function

โดยใน paper ที่ตีพิมพ์เกี่ยวกับ SVM นั้นจะเรียกตัวแปรในการตัดสินใจว่า คุณสมบัติและตัวแปรที่เปลี่ยนแปลงใช้ในการกำหนดระนาบหลายมิติ ซึ่งเรียกว่า โครงสร้าง (feature)  ส่วนการเลือกที่มีความเหมาะสมที่สุดเรียกว่า โครงสร้างในการคัดเลือก (feature selection)  จำนวนเซตของโครงสร้างที่ใช้อธิบายในกรณีหนึ่ง (เช่น แถวของการค่าที่เราคาดการณ์)  เรียกว่า  เวกเตอร์ (vector)  ดังนั้นจุดมุ่งหมายของตัวแบบ SVM คือการประโยชน์สูงสุดจากระนาบหลายมิติที่แบ่งแยกกลุ่มของเวกเตอร์ในกรณีนี้ด้วยหนึ่งกลุ่มของตัวแปรเป้าหมายที่อยู่ข้างหนึ่งของระนาบ  และกรณีของกลุ่มอื่นที่อยู่ทางระนาบต่างกัน  ซึ่งเวกเตอร์ที่อยู่ข้างระนาบหลายมิติทั้งหมดนี้เราจะเรียกว่า  ซัพพอร์ตเวกเตอร์ (Support Vectors)

 

Atrribute Reduction based on Atribute Importance Function

มี paper หลายตัวที่นำเสนอการใช้ Support Vector Machine ในการวิเคราะห์ มะเร็งเต้านม ซึ่งให้ค่าความแม่นยำไม่ต่างกันเท่าไหร่ในหลากหลายวิธี แต่ในตอนนั้นผมสนใจในเรื่องการ Improve Attribute base on Inportance Function ซึ่งเป็นการกรองคุณสมบัติ หรือ features ที่เป็นขยะออกไปให้มากที่สุด เนื่องจากเราใช้ค่าทางสถิติหลายอย่างในการจำแนก ซึ่งบางค่านั้นแทบจะไม่มีผลต่อความแม่นยำในการจำแนกผลเลยด้วยซ้ำ เทคนิค นี้ก็ทำเพื่อแยก คุณสมบัติที่มีผลต่อความแม่นยำจริง ๆ ให้ได้มากที่สุด ก่อนนำไป training

ซึ่งผมได้สนใจเป็นพิเศษในงานวิจัย  An Improved Attribute Reduction Algorithm  based on Attribute Importance function  ได้นำเสนอวิธีในการลดคุณลักษณะของข้อมูลโดยปรับปรุงส่วนของ Discernibility Matrix ของ Attribute โดยจะพิจารณาจากฟังก์ชั่นที่สำคัญ เมื่อนำข้อมูลมาแปลงในรูปแบบของ Binary Discernibility Matrix รวมกับการคุณสมบัติการลดคุณลักษณะโดยใช้ Rough Set Theory โดยจะลดคุณลักษณะที่ไม่จำเป็นออกโดยใช้ฟังก์ชันสำคัญของคุณลักษณะที่ได้ทำการปรับปรุงผ่าน ของ Matrix ซึ่งจะสามารถทำให้มีประสิทธิภาพที่ดีขึ้น

โดยการพิสูจน์ทำโดยวิเคราะห์ความเปรียบต่าง (contrast)  ซึ่งเมื่อมองใน time complexity นั้นจะมีประสิทธิภาพกว่างานวิจัยพื้นฐานของการใช้ Rough Set Theory ในการลดคุณลักษณะของข้อมูล วิธีการลดคุณลักษณะของ Matrix Binary Discernibility ซึ่งแม้ว่าคุณลักษณะที่ตรงกับคอลัมน์ใน Matrix ที่มีค่า “1” จำนวนมากนั้น ซึ่งในหลาย ๆ งานวิจัย  แสดงให้เห็นว่าสามารถลดส่วนที่ไม่จำเป็นออกไปได้โดยมองจาก Importance Function ซึ่งมองที่ จำนวนการเกิดของคุณลักษณะ และ ความยาวขององค์ประกอบของ Discernibility Binary Matrix ซึ่งจะได้ค่าฟังก์ชั่นดังนี้

 

เมื่อ mij คือ Binary Discernibility Matrix ซึ่งได้จากการแปลงข้อมูลที่เราสนใจโดยใช้การDicretizationซึ่งจากสมการนั้น Count(c) หมายถึงจำนวนรวมของ c attribute ที่ปรากฏใน matrix  Len c (mij) คือความยาวขององค์ประกอบใน matrix ที่มีคุณสมบัติ c

จากสมการจะได้ค่าตามอัตราส่วนของจำนวนลักษณะที่ปรากฏ และความยาวเฉลี่ยของ matrix ที่มีคุณสมบัติ c ซึ่งหมายความว่าถ้าการเกิดขึ้นของสองลักษณะที่แตกต่างกันจำนวนมาก ทำให้คุณลักษณะนั้นปรากฏมากขึ้น  ซึ่งส่วนที่สำคัญในการลดคุณลักษณะคือ คุณสมบัติที่มีจำนวนการเกิดที่โดดเด่นของข้อมูลที่มีคุณลักษณะ c

 

Feature extraction and Selection

คุณสมบัติด้าน Texture ได้รับการพิสูจน์จากงานวิจัยหลาย ๆ ชิ้น แล้วว่ามีประโยชน์ในเรื่องการจำแนกความแตกต่างของมวลและเนื้อเยื่อของเต้านมปกติใน digital mammograms ซึ่งสามารถแยกความปกติและผิดปรกติของเนื้อเยื่อรวมถึง microcalcifications  ซึ่งคุณสมบัติด้าน Texture นั้นจะทำการจำแนกโดยใช้ Gray level co-occurrence matrices (GLCM)  ซึ่ง matrices นั้นจะถูกสร้างจากระยะทาง d=1 และทิศทางของθให้เป็น 0 °, 45 °, 90 ° และ 135 °

ซึ่งการใช้เพียงทิศทางเดียวอาจจะไม่เพียงพอและทำให้ข้อมูลที่จำแนกมีความน่าเชื่อถือได้ด้วยเหตุนี้การใช้สี่ทิศทางจะใช้ในการจำแนกข้อมูล Texture ของแต่ละพื้นที่ใน digital mammograms ซึ่งการอธิบายค่าของ Texture จาก GLCM นั้นจะมีค่าที่เกี่ยวข้องคือ Contrast , energy , homogeneity และ correlation ของค่า gray scale  ซึ่งค่า energy ที่อยู่ในบาง element ของ GLCM นั้น สามารถอ้างได้ถึงรูปแบบของการเกิดก้อนเนื้อ ส่วนค่าของ Homogeneity นั้นจะสามารถอ้างได้ถึงการกระจายตัวขององค์ประกอบใน GLCM  ส่วนค่า Correlation นั้น จะแสดงถึงความสัมพันธ์ของ pixel ที่อยู่ใกล้เคียงกันของ image ซึ่งจากงานวิจัยส่วนใหญ่ นั้นใช้ฐานข้อมูลส่วนใหญ่ในขนาด 32*32  และใช้ขนาดเล็กสุดที่ 8*8  ซึ่งสามาถแสดงรายละเอียดดังนี้

 

Gray-level co-occurrence matrix (GLCM)

Gray-level co-occurrence matrix (GLCM) นิยมใช้เป็นอย่างมากในการวิเคราะห์โครงร่างของภาพ เนื่องจากโครงร่างของภาพเป็นคุณลักษณะที่สามารถมองเห็นได้โดยตรงจากภาพ ดังนั้น ในการพิจารณาโครงร่างของภาพจากค่าระดับเทาจะต้องใช้เมตริกซ์ ขนาด 2 มิติ gray-level co-occurrence matrix เป็นเมตริกซ์ 2 มิติ ซึ่งพิจารณาได้ จากการเกิดค่าระดับเทาซํ้าๆ กันในโครงร่างของภาพ (คุณสมบัติดังกล่าวเปลี่ยนแปลงตามระยะทางอย่างรวดเร็วในโครงร่างที่ละเอียด และเปลี่ยนแปงอย่างช้าๆ ในโครงร่างที่หยาบ) สำหรับการวิเคราะห์ส่วนที่เป็นโครงร่างของภาพจะใช้เมตริกซ์จัตุรัสที่มีขนาด M×M (M เป็นจำนวนค่าระดับเทาของภาพ) มาคํานวณ การเกิดค่าระดับเทาซํ้าๆ กันสามารถอธิบายได้ด้วยเมตริกซ์ที่มีความถี่ที่ สัมพันธ์กันซึ่งเขียนแทนได้ด้วย Pd,r(i,j) ซึ่งแทนความถี่ในการเกิดค่าระดับเทาที่ i และ j ในวินโดวส์ที่พิจารณา ด้วยระยะห่างเท่ากับ d ที่ทิศทาง r ความถี่ ของ gray-level co-occurrence matrix สามารถเขียนเป็นฟังก์ชันใน 4 ทิศทางที่ระยะทาง d ใดๆได้ดังนี้

เมื่อ |{…}| แทนเซตของค่าที่เป็นไปได้ตามเงื่อนไข

การจําแนกโครงร่างสามารถทําได้ด้วยการใช้เกณฑ์ในการพิจารณาลักษณะโครงร่างของพื้นผิวภาพ บางประการที่ได้จาก co-occurrence matrix ดังต่อไปนี้

ในหลาย ๆ งานวิจัย นั้นใช้การทำ pre-processing image ก่อนที่จะนำมาใช้ในการจำแนก โดยคุณสมบัติของการจำแนกนั้นจะมาจากฐานข้อมูล ซึ่งฐานข้อมูลดังกล่าวนั้นสามารถสร้างโดยการรวบรวมคุณลักษณะที่มีอยู่แล้วบางชนิด เช่น ชนิดของเนื้อเยื่อ (ความหนาแน่นของไขมัน และ ต่อมไขมัน ) และตำแหน่งที่มีความผิดปรกติ ( เช่น จุดศูนย์กลางของวงกลมรอบเนื้องอก) ที่ทำการจำแนกโดยคุณสมบัติ 4 อย่างทางสถิติ คือ mean, variance, skewnessและ kurtosis ซึ่งใช้สูตรสำหรับการคำนวณค่าทางสถิติแต่ละค่าดังนี้

ซึ่ง N หมายถึงจำนวน Gray Level ในภาพเต้านมโดย fk เป็นระดับสีเทา   ที่  nk คือจำนวน pixel ที่ fk เป็น Gray Level  และ n คือ จำนวน pixel ทั้งหมด

ซึ่งคุณสมบัติการจำแนกนั้นจะมีการคำนวณใน windows ที่มีขนาดเล็กของรูปต้นฉบับ โดยที่จะนำรูปต้นฉบับนั้นมาแบ่งเป็นสี่ส่วน เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการจำแนกผล ซึ่งค่าสถิติต่าง ๆ ที่ได้ทำการคำนวณใน 16 ส่วนย่อยนั้น จะได้ค่าคุณสมบัติทั้งหมด 64 ค่าของแต่ละ image โดยจะนำค่าดังกล่าวไปประมวลผลกับเทคนิค Support Vector Machine เป็นลำดับต่อไป

 

Experiment

 โดยในการทดลอง ก็จะนำเทคนิคและงานวิจัยที่เกี่ยวข้องดังกล่าวมาพัฒนาและปรับปรุง ในด้านประสิทธิภาพการทำงานทั้งในเรื่องของความแม่นยำของการจำแนก และรวมถึงประสิทธิภาพในการประมวลผลข้อมูลให้ดียิ่งขึ้น โดยการทดลองจะเน้นที่การปรับปรุงส่วนของการคัดเลือกคุณลักษณะที่เหมาะสม เพื่อให้ SVM algorithm ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งจากงานวิจัย ก่อนหน้านั้นจะเห็นได้ถึงแนวทางในการปรับปรุงการคัดเลือกคุณลักษณะที่เหมาะสมโดยมองที่ฟังก์ชั่นสำคัญ ซึ่งจะเป็นการลดคุณลักษณะของข้อมูล และเมื่อเปรียบเทียบกับการใช้ Rough Set Theory แบบ General Model หรือ การใช้ Genetic algorithm ร่วมกับเทคนิคของ Decision Tree นั้น ก็เป็นแนวทางที่สามารถทำให้ได้ผลการทดลองมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น

ซึ่งเมื่อทำการศึกษาจุดอ่อนและจุดแข็งของแต่ละงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการจำแนกภาพดิจิตอลแมมโมแกรมนั้น เราสามารถใช้เทคนิค ที่มีอยู่มาปรับใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ จึงเป็นจุดที่ผมสนใจที่จะนำเทคนิคต่าง ๆ ที่เกี่ยวข้องมาปรับและเพิ่มเติมในส่วนที่เป็นข้อบกพร่องกับการทดลองให้มีประสิทธิภาพการทำงานที่ดีขึ้น และสามารถใช้กับข้อมูลจริง ที่ได้จากการทำงานจริงกับโรงพยาบาลที่มีเครื่องมือประเภท Digital Mammogram เพื่อใช้ในการวิเคราะห์รักษาและช่วยจำแนกประเภทของข้อมูลภาพเต้านม ร่วมกับผู้เชี่ยวชาญที่เป็นแพทย์ทางด้านรังสีวิทยาได้อย่างมีประสิทธิภาพมากยิ่งขึ้น
ซึ่งจากงานวิจัยที่เกี่ยวข้องนั้นสามารถนำมาปรับปรุงการคัดเลือกคุณลักษณะเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพโดยใช้เทคนิคของ Reduction Attribute based on important function เพื่อปรับปรุงความแม่นยำและประสิทธิภาพการทำงานของการคัดเลือกและจำแนกโดยใช้ SVM Algorithm กับภาพประเภทดิจิตอลแมมโมแกรมซึ่งมี วิธีการดังนี้

 

ส่วนของ input data นั้นผมจะใช้ภาพดิจิตอลแมมโมแกรมจาก MIAS ( Mammogram Image Analysis Society) ซึ่งเป็นข้อมูลที่ใช้เป็นมาตรฐานของงานวิจัยที่ยอมรับในปัจจุบันและจากงานวิจัยที่เกี่ยวข้องกับการทำ Feature Extraction ของดิจิตอลแมมโมแกรมนั้น จะใช้เทคนิคของ GLCM  ในการ extract features ซึ่งจะได้ค่า features ที่มีประสิทธิภาพในการจำแนกผลที่ให้ความแม่นยำสูง

รวมถึงค่า features ทางด้านสถิติต่าง ๆ เพื่อเข้าสู่กระบวนการ Features Selection  โดยใช้พื้นฐานของงานวิจัยในด้านการลดคุณลักษณะ ( Reduction Attribute based on important function) โดยจะมีการแก้ไขข้อจำกัดในเรื่องของ significant weight ที่จากงานวิจัยตัวอย่าง นั้นจะมีข้อจำกัดในข้อมูลที่ทำการ discretization ออกมาแล้ว Matrix เหลือขนาดเล็กเกินไปทำให้การคำนวณค่า significant weight

จากงานวิจัยตัวอย่าง  นั้นจะมีการเลือกค่า Attribute ที่ตัดไปนั้นอาจจะมีผลต่อความแม่นยำในการจำแนก เพราะ สาเหตุของการเลือกค่า significant weight ที่มีค่ามากที่สุด ที่มีหลายค่านั้นทำให้ต้องมีการเลือกเพียง attribute เพียงตัวเดียว และ หากมีการเลือกตัวใดตัวหนึ่ง ก็จะมีผลต่อการเลือกในตัวต่อไป ซึ่งจะได้ผลการจำแนกที่แตกต่างกันเนื่องจากการเลือกลด Attribute ตัวใดไปแล้วจะมีผลต่อการเลือก Attribute ตัวถัดไปทันทีซึ่งถือเป็นจุดอ่อนของงานวิจัยชิ้นดังกล่าว

 

Experiment Results

ผมใช้เทคนิคการตรวจสอบ 10 fold cross validation techniques  เพื่อประเมินประสิทธิภาพของอัลกอริทึม และได้ทำการแบ่งฐานข้อมูลคุณลักษณะใน 10 แบบ สำหรับการแบ่งแต่ละครั้งที่เราเลือกไว้ประมาณ 90% ของชุดข้อมูลสำหรับการ training  และส่วนที่เหลือสำหรับการทดสอบ นั่นคือ 288 ภาพสำหรับชุด training  และ 34 ภาพสำหรับชุดทดสอบ ซึ่งฐานข้อมูลคุณสมบัติประกอบด้วยคุณสมบัติที่สกัดได้และข้อมูลที่มีอยู่ของภาพ 322 ภาพใน MIAS แอตทริบิวต์ที่เป็นตัวเลขทั้งหมดใช้วิธีการ extract features จากที่นำเสนอในหัวข้อข้างบน ผมขอเรียกการทดลองนี้เป็น ISVM เพื่อเปรียบเทียบกับ SVM แบบปรกติ  ซึ่งในขั้นตอนการ training  ISVM ถูกนำมาใช้กับข้อมูลการ training

จากนั้นสำหรับการจัดหมวดหมู่ในช่วงเวลาเดียวกันจำนวนของการเลือก Attributes  ต่าง ๆ  จะถูกบันทึกไว้โปรแกรม SVM ซึ่งมาจาก LIBSVM  ซึ่งเราได้ผลการทดลองดังนี้

จากตาราง แสดงการเปรียบเทียบในแง่ของจำนวน Attributes ที่เลือก และการจำแนกความถูกต้องของอัลกอริทึมที่ทำการทดลองคือ ISVM และอัลกอริทึมของ SVM คอลัมน์แรกคือ 10 fold cross validation ของ MIAS คอลัมน์ที่สองและสี่คือความถูกต้องที่แยกได้ของ SVM และ ISVM โดยพิจารณาจาก 10 fold ส่วนคอลัมน์ที่สาม Attributes number  คือจำนวนของการเลือกคุณลักษณะของ ISVM ที่ด้านล่างของ ตารางค่าเฉลี่ยของแต่ละคอลัมน์จะปรากฏขึ้น จากตารางสามารถสรุปได้ว่า  ISVM นั้นมีประสิทธิภาพ ดีกว่าอัลกอริธึม SVM เพียงอย่างเดียวในแง่ของความถูกต้องในการจำแนกประเภท ที่เวลาเดียวกัน แต่ต้องแลกด้วยเวลาที่เพิ่มขึ้นในการทำ Reduction base on Importance function แต่เราจะได้ Attributes จริงๆ ที่มีผลต่อการจำแนกมากกว่าการใช้ SVM ร่วมกับ Attributes ทั้งหมดที่เราสามารถ Extract ออกมาได้จริง

อย่างไรก็ดี การทดสอบนี้นั้นใช้ข้อมูลจาก MIAS เท่านั้นเพื่อนำมาทดสอบจึงทำให้ประสิทธิภาพในการจำแนกสูงถึงกว่า 90% แต่ในโลกของความจริงใน real world นั้น เราไม่สามารถได้รูปที่สมบูรณ์แบบเพื่อมาทำ Features Extraction ได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องด้วยปัจจัยหลายอย่างที่ไม่สามารถควบคุมได้เช่น Technician ที่ทำงานที่เราไม่สามารถ control ในส่วน Quality ได้อย่างมีประสิทธิภาพ  รวมถึงเครื่องไม้เครื่องมือต่างๆ  ซึ่งมีผลต่อคุณภาพของ Image ที่จะนำมาทดสอบ แต่ก็เป็นการทดลองที่เห็นแนวโน้มของการใช้ AI หรือ Machine Learning มาใช้กับ Healthcare ซึ่งน่าจะมีบทบาทสำคัญต่อไปในอนาคตอันใกล้นี้อย่างแน่นอน

 

ติดตาม ด.ดล Blog เพิ่มเติมได้ที่
Fanpage : facebook.com/tharadhol.blog
Blockdit : blockdit.com/tharadhol.blog
Twitter : twitter.com/tharadhol
Instragram : instragram.com/tharadhol

 

 

References : 

  1.      https://www.bedfordbreastcenter.com/mammogram-los-angeles/
  2.      http://ieeexplore.ieee.org/document/4731868/
  3.      http://www.mammoimage.org/databases/
  4.      https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-540-73451-2_80
  5.      http://ieeexplore.ieee.org/document/1040110/
  6.      https://www.researchgate.net/publication/284700306_Medical_image_feature_extraction_selection_and_classification
  7.      https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21611053
  8.      http://elcvia.cvc.uab.es/article/view/216