卡内基梅隆大学的研究团队与克利夫兰诊所心血管创新研究中心合作，开发了一种人工智能(AI)系统，能够解读医学中最复杂的心脏扫描——心脏磁共振成像(MRI)，且无需手动标记的训练数据。
这个名为CMR-CLIP的新系统旨在通过将心脏运动图像与相应的临床放射学报告关联起来，来解读心脏MRI扫描。在测试中，它显著优于通用AI模型，在某些情况下性能提升超过35%。该系统还展现出改善心脏成像分析、病例检索和临床决策支持的潜力。
卡内基梅隆大学机械工程系副教授、该研究的共同主要研究者丁兆表示："这项工作表明，特定领域的基础模型在专业临床应用中可以显著优于通用AI系统。通过设计反映心脏MRI数据结构和复杂性的模型，而不是适应通用图像模型，我们可以解锁新的性能和临床效用水平。"
克利夫兰诊所的项目共同主要研究者David Chen博士强调了这项工作的临床意义："心脏MRI解读高度专业化且耗时。像CMR-CLIP这样的系统可以通过自动化筛查和解读支持来协助临床医生，特别是在专家解读人员有限的环境中。此类读者辅助工具对于提高患者获取这一强大诊断技术的机会至关重要。"
心脏MRI被广泛认为是评估心脏结构、功能和组织健康的金标准。单次扫描可以提供心脏的全面视图，包括泵血性能、肌肉损伤、血流和结构异常。然而，每项研究可能包含跨越多个视图和时间点的数百至数千张图像。即使是训练有素的专家，解读一次检查也可能需要40分钟或更长时间。由于该技术昂贵且集中在主要医疗中心，能够满足日益增长的临床需求的专家供应有限。
这种复杂性与数据有限的结合也使心脏MRI成为AI最具挑战性的领域之一。大多数机器学习系统依赖于大量精心标记的数据集，但在心脏成像中，专家注释稀缺、制作耗时且扩展成本高。
为了克服这一障碍，研究团队利用了已经嵌入常规临床工作流程的资源：放射学报告。每次心脏MRI检查都配有一个书面摘要，临床医生在"印象"部分记录关键发现。研究团队没有依赖手动标签，而是训练CMR-CLIP将MRI图像序列与这些自然语言临床摘要对齐，使模型能够直接从医生在实践中描述和解读扫描的方式中学习。
CMR-CLIP不是将心脏MRI视为静态图像的集合，而是将每项研究表示为跳动心脏的视频。该模型处理心脏的多个标准视图以及捕捉运动和组织行为的时序序列。这使得模型能够捕获结构和运动，就像心脏病专家在查看扫描时所做的那样。
该系统在来自克利夫兰诊所的13000多个去标识真实患者研究上进行训练，从十多年收集的100多万张图像和数十万个运动序列中学习。测试时，CMR-CLIP能够在"零样本"设置中识别心脏状况，这意味着它从未直接针对这些特定标签进行过训练，只需将图像与"左心室扩大"等描述性提示匹配即可。
更为引人注目的是，仅有一个病情示例，CMR-CLIP通常就能达到需要数十个标记病例的其他系统的性能水平。在更专业的诊断任务中，该模型达到了接近临床水平的性能，对某些心脏病的准确率高达99%。它还展示了使用自然语言搜索大型扫描数据库的能力，以检索类似病例，这有朝一日可以帮助临床医生快速比较具有罕见或复杂表现的患者。
当在训练机构之外进行评估时，系统是否真正学习到有意义的表示的一个关键测试显示：该模型在两个完全独立的数据集上（一个在法国收集，一个在克利夫兰诊所佛罗里达分院）仍然表现良好，表明它可以超越单一医院系统进行泛化。
克利夫兰诊所心脏MRI主任、本研究的临床负责人兼合著者Deborah Kwon医学博士表示："这项工作通过展示如何利用大规模临床数据训练模型而无需耗时的手动标记，为医疗AI指明了新方向。这项技术不仅有可能提高效率，还能提高报告质量，以支持更一致和具有临床意义的解读，并且在这一高度专业化和复杂的成像领域中作为重要的教学工具。"
展望未来，研究团队计划将该模型扩展到额外的心脏成像序列，包括灌注成像、T2加权成像和参数映射，以及探索在资源有限的应用中用于自动生成报告和交互式临床决策支持系统的应用。这项研究发表在《自然通讯》杂志上。CMR-CLIP代码库在github.com/Makiya11/CMRCLIP公开提供。
关于卡内基梅隆大学工程学院：卡内基梅隆大学工程学院是一所顶尖的工程学院，以其在研究中对跨学科合作的有意关注而闻名。该学院以解决科学和实际重要性的问题而闻名。学院的"创客"文化深深植根于所有工作中，引领着新颖的方法和变革性的结果。备受赞誉的教师专注于创新管理和工程，以产生将驱动社区、国家和世界智力和经济活力的变革性成果。
关于克利夫兰诊所：克利夫兰诊所是一个非营利性多专科教学医疗中心，将临床和医院护理与研究和教育相结合。克利夫兰诊所由四位著名医生于1921年创立，致力于基于合作、同情和创新的原则提供卓越的患者护理。克利夫兰诊所开创了许多医学突破，包括冠状动脉旁路手术和美国首例面部移植。克利夫兰诊所在美国乃至全球因其专业知识和护理而获得广泛认可。克利夫兰诊所全球83,000名员工中，包括6,600多名带薪医师和研究人员，以及21,900名注册护士和高级执业提供者，代表140个医学专业和亚专业。克利夫兰诊所是一个6,725张床位的医疗系统，包括克利夫兰市中心附近173英亩的主校区、23家医院、300个门诊机构，覆盖俄亥俄州东北部、佛罗里达州、内华达州拉斯维加斯、加拿大多伦多、阿联酋阿布扎比和英国伦敦。2025年，克利夫兰诊所医疗系统共有1,590万次门诊就诊、343,000次住院和观察以及336,000次手术和程序。
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