中央研究院院士/基因體研究中心特聘研究員

(1)

AI倫理治理與醫療防疫研討會，中技社，台北市，2020-10-16

AI與防疫科技

陳建仁

中央研究院院士/基因體研究中心特聘研究員

(2)

人工智慧在健康照護應用的實例

TO EFFICIENTLY DIAGNOSE AND REDUCE ERROR

 MORE ACCURATE CANCER DIAGNOSIS WITH AI PATHAI, Cambridge

 AN INTELLIGENT SYMPTOM CHECKER BUOY HEALTH, Boston

 EARLIER CANCER DETECTION WITH AI FREENOME, San Francisco

 DIAGNOSING DEADLY BLOOD DISEASES FASTER BETH ISRAEL, Boston

 AI-POWERED RADIOLOGY ASSISTANT ZEBRA MEDICAL VISION, Shefayim

AI ROBOT-ASSISTED SURGERY

 AI ROBOTS REVOLUTIONIZING ENDOSCOPY AURIS HEALTH, Redwood City

 PRECISION ROBOTIC TREATMENT FOR TREATING CANCER ACCURAY, Sunnyvale

DEVELOPING NEW MEDICINES WITH AI

 AI IN BIOPHARMACEUTICAL DEVELOPMENT BIOXCEL THERAPEUTICS, New Haven

 TREATING RARE DISEASE WITH AI BERG HEALTH, Framingham

 AI, CLOUD-BASED DIGITAL DRUG DISCOVERY XTALPI, Cambridge

 NEURAL NETWORK FOR CLINICAL TRIALS ATOMWISE, San Francisco

MINING AND MANAGING MEDICAL DATA WITH AI

 A MASSIVE DATA LIBRARY FOR PERSONALIZED HEALTH TEMPUS, Chicago

STREAMLINING PATIENT EXPERIENCE WITH AI

 REAL-TIME PATIENT FLOW OPTIMIZATION QVENTUS, Mountain View,

 AI FOR HOSPITAL RISK PREDICTION KENSCI, Seattle

Sam Daley, Built in: March 25, 2020

2

(3)

防疫科技的重要領域

• 加強各國疫情監控

各國疫情應公開透明、誠實通報 網路疫情訊息的密切監控

避免初始國疫情超越國界

• 傳染病原的探索、確認與基因定序

• 確定感染來源、傳染途徑

• 了解傳染病的自然史

• 預測國際擴散路徑

• 強化入境檢疫及管制

• 防止本土感染及散播

• 研發快篩、藥物與疫苗

• 量產分配個人防護設備

• 智慧醫院與隔離病房

(4)

全球疫情監測與大數據分析

• 新興傳染病擴散軌跡的即時監控

各國疫情公開透明、誠實即時通報

網路疫情訊息的密切監控

WHO及IHR Focal Points 的密切合作 避免初始國疫情超越國界

• 利用全球海陸空交通數據預測擴散風險

Johns Hopkins University 的風險預測系統 BlueDot的傳染病監測系統

• 各國疫情發展預測模式

預測參數的選擇 (入境感染數、本土感染數、

R0、社交距離、禁止群聚、居家檢疫日數等)

(5)

全球疫情監測與大數據分析

• 新興傳染病擴散軌跡的即時監控

各國疫情公開透明、誠實即時通報

網路疫情訊息的密切監控

WHO及IHR Focal Points 的密切合作 避免初始國疫情超越國界

• 利用全球海陸空交通數據預測擴散風險

Johns Hopkins University 的風險預測 BlueDot的風險國家預測 (

• 各國疫情發展預測模式

預測參數的選擇 (入境感染數、本土感染數、

R0、社交距離、禁止群聚、居家檢疫日數等)

(6)

入境檢疫的數位化與雲端鏈結分析

(7)

健保與人工智慧結合

7

(8)

個人防護設備的實名制分配與資訊廣播

(9)

COVID-19防治對策與生技戰略

• 邊境管控與入境檢疫：檢疫APP、健康檢查、快篩設施與工具、

入境資訊匯入健保雲端

• 確定病例隔離治療：負壓病房、防護設備、抗病毒藥物、呼吸器、

葉克膜、院內感染管控、影像判讀軟體、醫療機器人

• 密切接觸者篩檢與居家隔離：快篩設施與工具、關懷APP、電子圍籬

• 養成個人衛生習慣：口罩、體溫計、乾洗手

• 保持社交距離：高風險時地通告、密集場所聚會實名登錄

• 提升集團免疫力: 疫苗接種、病毒突變分析

• 醫療長照機構設備：遠距醫療、視訊探病、看護人員登錄

• 防疫物資量產與分配：實名制平價分配

• 紓困與振興經濟：防疫補助、弱勢照顧、產業紓困

(10)

抗COVID-19的IT應用：阻絕境外

• 堡壘戰：固守醫療機構：健保雲端+出入境

• 個人防護戰：口罩配售實名制：健保雲端+PDIS

• 邊境保衛戰：入境防疫流程電子化：檢疫新系統 (資訊處、疾管署)

• 人員追逐戰：旅遊史高風險對象的資料串接系統 (資訊處、內政部、疾管署、資安處、NCC)

• 隔離保衛戰：電子圍籬(手機基地台定位功能建立 居家隔離檢疫管制系統)

(資安處、NCC、電信業者、警政系政)

• 就醫紀錄追溯：

初篩：健保雲端病歷系統

確定：電子病歷交換系統(EEC)

找得到人

個資追溯

足跡監控 資源控管

聯手合作

(11)

1.社交距離APP

2.健康回報APP/電子圍籬系統

3.武漢肺炎胸腔X光輔助診斷系統 4.病毒株溯源平台

5.武漢肺炎老藥新用工具 6.基因變異搜尋引擎

Taiwan AI Labs 防疫科技研發

(12)

台灣社交距離APP(Taiwan Social Distancing APP)

社交距離APP是由台灣人工智慧實驗室開發，並與行政院合作的專案，旨在協

助減少傳染病傳播並同時保障個人隱私。

Taiwan Social Distancing APP不使用 GPS定位，僅利用設備的藍芽訊號估算個人與他人接觸的實際社交距離。為了保障個人隱私，採用去中心化的架構，

使用者不需要註冊，不需要傳送個資到

任何中心化的數據庫，下載後即可開始

使用。

(13)

健康回報APP(Health Report APP)

健康回報 APP旨在整合現有的防疫措施與技術，提供更便捷的服務。結合入境檢疫表，加快行政流程，使民眾能更便捷的通關和回家。

使用GPS定位輔助現有電子圍籬系統，

可減少因基地台定位飄移而誤報的情

形，同時減輕防疫第一線人員的負擔。

運用最新人工智慧技術結合人臉辨識、

語音辨識功能，使健康回報變得更加

直觀及便捷。讓民眾在居家檢疫期間

能使用更好的服務，也同時讓行政流

程更加流暢與順利。

(14)

14

(15)

15

(16)

武漢肺炎胸腔X光輔助診斷系統 (AI SARS-CoV-2 Classifier)

以AI辨識醫院上傳的胸部X光片，即時顯示肺 炎特徵位置及偵測肺部遭受感染的可信度數值，

可望輔助臨床醫師診斷。

台灣確診病例不多，並非所有醫師都有診斷新 冠肺炎經驗。若病人沒出現可輔助判斷的症狀，

可能經過幾天才會被確診。

疑似案例透過AI即時偵測，約10-20秒可得出 判讀結果，減少篩檢次數及醫療費用，進一步 加速醫院既有處置流程。

此系統已部署在健保署、疾管署以及相關醫療 機構。

(17)

17

(18)

A Total Product Lifecycle Regulatory Approach for AI/ML-Based Software as a Medical Device [SaMD]

www.fda.gov 2020

¹⁸

AI @US_FDA Approvals/clearances Now at least >26 !

Topol EJ. Nature Med 2019

(19)

First FDA Clearance for Broad Oncology Imaging Suite with Deep Learning

19

Automated nodule segmentation

Automated longitudinal tracking of nodules across multiple studies

https://arterys.com/lung

(20)

Deep Learning-based Automatic Detection (DLAD) for Lung Cancer on CXR

Nam JG et al, Radiology 2019

 Malignant nodule detection performances of DLAD ranged of 0.92–0.99 (AUROC) and 0.831–0.924 (JAFROC FOM), respectively.

 DLAD showed better performance than 15-17 of 18 physicians

20

(21)

End-to-end lung cancer screening with 3-dimensional deep learning on LDCT

Ardila D et al. Nature Medicine 2018

21

(22)

Radiomics of Lung Adenocarcinoma Subtype Based on IASLC/ATS/ERS Classification

 Different histology (Lepidic, Papillary, Micropapillary, Solid) associated with different outcome

 Accuracy: Conventional features 84.2%; Complex radiomics features 91.6%

Yang SM et al. Lung Cancer 2018

22

(23)

Classification and Mutation Prediction from NSCLC Histopathology Images Using Deep Learning

• AUC achieved by the network trained on mutations (with 95% Cls)

• Mutations

• Per-tile AUC

• STK11

• 0.845 (0.838-0.852)

• EGFR

• 0.754 (0.746-0.761)

• SETBP1

• 0.785 (0.776-0.794)

• TP53

• 0.674 (0.666-0.681)

• FAT1

• 0.739 (0.732-0.746)

• KRAS

• 0.814 (0.807-0.829)

• KEAP1

• 0.684 (0.670-0.694)

• LRP1B

• 0.640 (0.633-0.647)

• FAT4

• 0.768 (0.760-0.775)

• NF1

• 0.714 (0.704-0.723)

Coudray N et al. Nature Medicine 2018

₂₃

AUC achieved by the network trained on mutations (with 95% Cls)

Mutations Per-tile AUC STK11

0.845 (0.838-0.852)

EGFR

0.754 (0.746-0.761)

SETBP1

0.785 (0.776-0.794)

TP53

0.674 (0.666-0.681)

FAT1

0.739 (0.732-0.746)

KRAS

0.814 (0.807-0.829)

KEAP1

0.684 (0.670-0.694)

LRP1B

0.640 (0.633-0.647)

FAT4

0.768 (0.760-0.775)

NF1

0.714 (0.704-0.723)

(24)

病毒株溯源平台

以AI演算法耙梳個案基因及其非結構性歷史 資訊，所有訊息經過數據結構化和資料關聯 性處理後，即可提供案例間的地域性、接觸 史及親緣相似性等三種不同觀點的關聯性結 果。

利用此系統可找出與未知傳染源案例具高度 親緣相似度的樣本，藉此再回推可能的病毒 來源及傳染途徑。根據本系統目前分析結果，

台灣的10例未知感染源中，已有定序資訊的 2個案例皆找到可能的境外傳入途徑。

(25)

AI-driven molecular dynamics simulations may lead to new drugs to treat coronavirus. Image courtesy of Argonne National Laboratory.

April 29, 2020

NSF: AI 加速抗COVID-19藥物的研發

25

(26)

老藥新用平台 SARS-CoV-2 Drug Screening

以人工智慧演算法，模擬病毒蛋白與藥物 分子接合之結構，提供醫學專家加速藥物 開發。在2月4日提供出「第一份」老藥新 用病毒藥物建議清單，並和台大實驗室合 作驗證。

收錄美國FDA批准的1615個不同藥物以及 臺灣1811個有公開結構的不同健保藥，已 經篩選出各類型候選藥物，陸續更新數據 以利加速藥物開發。

(27)

基因變異與COVID-19相關文獻搜尋引擎 variant2literature

以基因變異位點與疾病關係的文獻搜尋引 擎。

人類全基因有500多萬個變異位點，以往研 究者必須將變異位點一一輸入資料庫，經 比對3000多萬筆文獻，找出可能資料後，

再逐一下載點閱，相當耗時。

為加快研究速度，平台加入20多萬篇與病 毒相關的醫療論文。只要輸入「Wuhan」

（武漢）「coronavirus」（冠狀病毒）等 關鍵字，就會跳出相關文獻，並以紅字標 示文中提及的基因、變異位點等訊息，節 省文獻查詢時間。

(28)

台灣學研機構利用AI發展COVID防疫科技

• 實名制口罩配購的口罩地圖App

• 中研院利用AI 輔助快篩試劑與抗體藥物的開發

• 成大醫院利用AI輔助判讀X光影像技術導入醫療臨床決策輔助系統，縮短COVID臨床檢疫時間(2.5  0.5hr)

• 訊連科技FaceMe Health，提供口罩辨識、身分辨識、體溫量

測及即時警訊的一站式健康量測解決方案。透過AI技術可辨別訪

客是否配戴口罩，或有口鼻露出、以手摀住口鼻等不當配戴或假

冒情況，更可在配戴口罩時進行身分辨識，達到95%辨識率。

(29)

台灣國際Medial Taiwan醫療暨健康照護展

(30)

智慧醫院與隔離病房

• 零接觸負壓病房

AI遠距監控問診 全時生理監測

熱影像體溫異常監測

• 正壓式檢疫亭

安全衛生 高採減量 快速組裝

• 自主移動機器人

清潔消毒

運送檢體、物品、餐點

(31)

Source: Advantech Co., Ltd. ³¹

(32)

32

(33)

33

(34)

34

(35)

遠距照護系統

IoT設備/解決方案

穿戴式裝置

健康數據監測分析 與管理系統

健康照護產業

基因與細胞療法 行動健康照護 醫療設備與器材 智慧醫院解決方案

X光/超音波

微型CT掃描儀

手術/復健/輔助機器人

膠囊內視鏡

血液透析器

臨床病理分子診斷

生理監測設備

智慧病房/手術室

手術3D導航/VR訓練

AI解決方案

行動醫護系統

電子病歷/資訊系統

醫療電腦/顯示器

基因定序儀

基因定序檢測晶片

蛋白質與基因檢測

CTC檢測系統

細胞療法 產

品

應用技術

Genetic Medicine / Cell Therapy

企業

生醫關鍵元件

AI晶片

基因定序晶片

RF & Wireless chip

體徵訊號感測器

影像顯示元件

有機半導體元件

資料來源：生策中心

Source: Research Center for Biotechnology and Medicine Policy 35

(36)

36

(37)

結語

• 零接觸經濟、零距離創新、零傳染風險是防疫科技的新思維。

• AI可以協助新興傳染病的診斷、散播模式的預測、病原株的基因定序與溯源、入境檢疫與居家隔離的強化、

藥物與疫苗的研發、智慧醫院與隔離病房的解決方案、

防疫物資的配送、環境消毒與監控的智慧化。

• 健康大數據與AI的結合，有助增進個人化防疫的效率

與效益。

(38)

38

(39)

39

(40)

客製化智慧型居家的自我健康監控

Sanjiv S. G. etc., Toward achieving precision health, Science Translational Medicine 2018

40

(41)

41

(42)

中央研究院院士/基因體研究中心特聘研究員

AI倫理治理與醫療防疫研討會，中技社，台北市，2020-10-16

AI與防疫科技

陳建仁

中央研究院院士/基因體研究中心特聘研究員

人工智慧在健康照護應用的實例

TO EFFICIENTLY DIAGNOSE AND REDUCE ERROR

AI ROBOT-ASSISTED SURGERY

DEVELOPING NEW MEDICINES WITH AI

MINING AND MANAGING MEDICAL DATA WITH AI

STREAMLINING PATIENT EXPERIENCE WITH AI

Sam Daley, Built in: March 25, 2020

防疫科技的重要領域

全球疫情監測與大數據分析

• 新興傳染病擴散軌跡的即時監控

• 利用全球海陸空交通數據預測擴散風險

• 各國疫情發展預測模式

全球疫情監測與大數據分析

• 新興傳染病擴散軌跡的即時監控

• 利用全球海陸空交通數據預測擴散風險

• 各國疫情發展預測模式

入境檢疫的數位化與雲端鏈結分析

健保與人工智慧結合

個人防護設備的實名制分配與資訊廣播

COVID-19防治對策與生技戰略

• 邊境管控與入境檢疫： 檢疫APP、健康檢查、快篩設施與工具、

入境資訊匯入健保雲端

• 確定病例隔離治療： 負壓病房、防護設備、抗病毒藥物、呼吸器、

葉克膜、院內感染管控、影像判讀軟體、醫療機器人

• 密切接觸者篩檢與居家隔離： 快篩設施與工具、關懷APP、電子圍籬

• 養成個人衛生習慣： 口罩、體溫計、乾洗手

• 保持社交距離： 高風險時地通告、密集場所聚會實名登錄

• 提升集團免疫力: 疫苗接種、病毒突變分析

• 醫療長照機構設備： 遠距醫療、視訊探病、看護人員登錄

• 防疫物資量產與分配： 實名制平價分配

• 紓困與振興經濟： 防疫補助、弱勢照顧、產業紓困

抗COVID-19的IT應用：阻絕境外

1.社交距離APP

2.健康回報APP/電子圍籬系統

3.武漢肺炎胸腔X光輔助診斷系統 4.病毒株溯源平台

5.武漢肺炎老藥新用工具 6.基因變異搜尋引擎

Taiwan AI Labs 防疫科技研發

台灣社交距離APP(Taiwan Social Distancing APP)

社交距離APP是由台灣人工智慧實驗室 開發，並與行政院合作的專案，旨在協

助減少傳染病傳播並同時保障個人隱私。

Taiwan Social Distancing APP不使用 GPS定位，僅利用設備的藍芽訊號估算 個人與他人接觸的實際社交距離。為了 保障個人隱私，採用去中心化的架構，

使用者不需要註冊，不需要傳送個資到

任何中心化的數據庫，下載後即可開始

使用。

健康回報APP(Health Report APP)

健康回報 APP旨在整合現有的防疫措 施與技術，提供更便捷的服務。結合 入境檢疫表，加快行政流程，使民眾 能更便捷的通關和回家。

使用GPS定位輔助現有電子圍籬系統，

可減少因基地台定位飄移而誤報的情

形，同時減輕防疫第一線人員的負擔。

運用最新人工智慧技術結合人臉辨識、

語音辨識功能，使健康回報變得更加

直觀及便捷。讓民眾在居家檢疫期間

能使用更好的服務，也同時讓行政流

程更加流暢與順利。

武漢肺炎胸腔X光輔助診斷系統 (AI SARS-CoV-2 Classifier)

A Total Product Lifecycle Regulatory Approach for AI/ML-Based Software as a Medical Device [SaMD]

www.fda.gov 2020

AI @US_FDA Approvals/clearances Now at least >26 !

Topol EJ. Nature Med 2019

First FDA Clearance for Broad Oncology Imaging Suite with Deep Learning

Automated nodule segmentation

Automated longitudinal tracking of nodules across multiple studies

Deep Learning-based Automatic Detection (DLAD) for Lung Cancer on CXR

Nam JG et al, Radiology 2019

 Malignant nodule detection performances of DLAD ranged of 0.92–0.99 (AUROC) and 0.831–0.924 (JAFROC FOM), respectively.

 DLAD showed better performance than 15-17 of 18 physicians

End-to-end lung cancer screening with 3-dimensional deep learning on LDCT

Ardila D et al. Nature Medicine 2018

Radiomics of Lung Adenocarcinoma Subtype Based on IASLC/ATS/ERS Classification

 Different histology (Lepidic, Papillary, Micropapillary, Solid) associated with different outcome

 Accuracy: Conventional features 84.2%; Complex radiomics features 91.6%

Classification and Mutation Prediction from NSCLC Histopathology Images Using Deep Learning

Coudray N et al. Nature Medicine 2018

AUC achieved by the network trained on mutations (with 95% Cls)

Mutations Per-tile AUC STK11

• 邊境管控與入境檢疫：檢疫APP、健康檢查、快篩設施與工具、

• 確定病例隔離治療：負壓病房、防護設備、抗病毒藥物、呼吸器、

• 密切接觸者篩檢與居家隔離：快篩設施與工具、關懷APP、電子圍籬

• 養成個人衛生習慣：口罩、體溫計、乾洗手

• 保持社交距離：高風險時地通告、密集場所聚會實名登錄

• 醫療長照機構設備：遠距醫療、視訊探病、看護人員登錄

• 防疫物資量產與分配：實名制平價分配

• 紓困與振興經濟：防疫補助、弱勢照顧、產業紓困

社交距離APP是由台灣人工智慧實驗室開發，並與行政院合作的專案，旨在協

Taiwan Social Distancing APP不使用 GPS定位，僅利用設備的藍芽訊號估算個人與他人接觸的實際社交距離。為了保障個人隱私，採用去中心化的架構，

健康回報 APP旨在整合現有的防疫措施與技術，提供更便捷的服務。結合入境檢疫表，加快行政流程，使民眾能更便捷的通關和回家。

• 成大醫院利用AI輔助判讀X光影像技術導入醫療臨床決策輔助系統，縮短COVID臨床檢疫時間(2.5  0.5hr)

• 零接觸經濟、零距離創新、零傳染風險是防疫科技的新思維。

• AI可以協助新興傳染病的診斷、散播模式的預測、病原株的基因定序與溯源、入境檢疫與居家隔離的強化、

TOCC (旅遊、職業、接觸、群聚史)疫調密切接觸者追蹤

共同暴露環境調查人傳人可能性

^{採集病例生物檢體}

培養及確定傳染病原病原基因定序