人工智能(AI)助推医疗革命

—— 专访第十届全国政协常委、人类干细胞国家工程研究中心主任卢光琇

记者:你主持的生殖工程研究成果在国内占据了领先地位,并跃上了国际水平。随着人类辅助生殖技术平台的建立,你又将研究重点转向生殖工程与遗传工程的结合及干细胞领域,成立并主持人类干细胞国家工程中心。在科研中你曾指出,人工智能(AI)一定会引领医疗革命,甚至会颠覆传统医疗。无独有偶,被科学界誉为“中国智能控制学科的奠基者”和“中国人工智能教育第一人”的中南大学教授蔡自兴也提到人工智能在医疗领域大有用武之地。你可否就这两个领域谈一下具体见解?

卢光琇:众所周知,人工智能浪潮正席卷全球。在医学领域,我们已经对很多人工智能的名词耳熟能详,比如可穿戴设备、自动化系统、辅助诊断系统等。关于人工智能,我在平时的工作、生活中,也非常留意学习相关的前沿知识。我看过一本书,觉得非常有意思,叫做《未来医学》,其中把医学领域分为十大组学,包括表型组学(人的形貌体征)、细胞组学(医学常规检验检查)、解剖组学(借助CT或B超等先进仪器)、基因组学(从基因方向判断)、表达组学(比如为什么人的某种细胞会长成嘴巴而不是其他器官)等。在这些组学当中,原先都需要富有经验的专家参与诊疗,综合判断患者病情;但如果把专家长时间积累的经验教给人工智能机器,那么机器也会变成专家,从而大大提高就诊效率和科学性。

新时期的人工智能源于大数据的累积,比如在中信湘雅生殖与遗传专科医院,至今已通过助孕技术累计出生婴儿超过12万例,给相关科学研究提供了海量病例;人类干细胞国家工程研究中心现已拥有具备自主知识产权的、世界最大的胚胎干细胞库,库存超过500株人类胚胎干细胞,为再生医学提供了充足的种子来源。这样的大数据,对于人工智能的研究人员来讲,是高质量的、十分宝贵的。

在中南大学,蔡自兴教授领衔的团队已经研发出了相当先进的算法模型,将人工智能的计算能力大大提升。我们双方结合起来,就意味着人工智能系统通过阅读海量的电子病历或者医学知识,然后形成一套知识图谱,并具备逻辑推理的能力,根据输入的患者疾病特征推理做出诊断,并给出诊断依据……我们以往花很多年来认识的疾病,人工智能可能只需要几天、甚至几个小时就完成探索。医疗工作者的需求,转化为人工智能公司的落地产品,这样的合作将会非常有应用前景。在此契机下,我们选择了与蔡自兴教授的团队深入合作。

记者:去年12 月6日,在第二届中国(长沙)智能制造峰会论坛上,你主持的人类干细胞国家工程研究中心与蔡自兴教授主持的自兴人工智能研究院签约,共同成立“光琇-自兴智能医疗联合实验室”。据了解,去年7月,你与蔡自兴教授就已围绕医疗与人工智能的结合进行过对话,当时是怎样的情形?这次合作是否在多方面蓄力已久?

卢光琇:2017年7 月,蔡自兴教授带领团队来到中信湘雅生殖与遗传专科医院、人类干细胞国家工程研究中心参观访问。他们的团队观察到,医生在做染色体核型分析时,在计数和结构分析等关键步骤都需要重复进行手工操作,过程比较繁琐,耗时也比较长。2017年,中信湘雅生殖与遗传专科医院染色体检测54215项次,其中最多的一个月样本量达到了7300例。与血常规、B超等这些当日出结果的检查项目不同,染色体检费工费时,基本上是手工操作。整个流程包括:采集血样、接种培养(68-72小时)、收获细胞、染色体制片、显微镜采集图像和染色体分析报告。一般需要两个星期以上。凭借着多年研究经验,蔡自兴教授敏锐地意识到,这些重复劳动完全可以由人工智能取代。他说,人工智能的优势在于处理速度快、准确率高,相较于以往的手工操作,它对于染色体核型分析的效率将极大提高。

我们一拍即合,基于相互信任与认可,于去年8月签署战略合作协议,成立联合实验室,共同研发相关产品及应用。此后只过了1个月,我们又针对染色体中期图像智能处理项目签订合作协议。

蔡自兴教授领衔的湖南省自兴人工智能研究院,是湖南乃至全国目前人工智能领域的佼佼者,它在智能驾驶、智能医疗、服务机器人三大研究方向获得的成绩,我和我的同事们早就有所慕名。我相信,我们双方都做好了充足准备。一是数据储备,我们的医疗团队掌握了大量来自临床工作的病例;二是数据计算能力,这方面自兴人工智能研究院已经走在前列;还有重要的一点,就是作为一个新兴技术、新兴产业,人才在前期的“圈地发展”中起着至关重要的作用。目前中南大学等多所高校已陆续开设人工智能专业,未来可输送大批专业人才,这也是此次合作持续深入开展的重要动力。

记者:你与蔡自兴教授都曾担任过湖南省政协副主席一职,可以说是相识多年。在你看来,与蔡自兴教授开展的人工智能和医疗的深度合作,将会为生殖医学和遗传学的发展带来怎样的收获?

卢光琇:我们希望收获到一种可以读取人类DNA遗传密码的人工智能,它甚至可以预测和诊断基因疾病,例如肿瘤。从基因组测序,到试管婴儿胚胎植入前遗传学诊断,再到利用健康体检数据建立档案,数据量非常庞大,仅靠临床医生解读还远远不够。但我们现在拥有了人工智能,它是生殖医学和遗传学领域的重要辅助措施,越来越多的人可以鉴别来自基因的疾病,并选择精准医疗。所有大数据都被整理并连通,用数据驱动医疗,并结合生殖医学和遗传学专家的意见,实现对用户健康或医疗状况的精确预测,继而建立个性化的健康档案和治疗方案。

记者:你们合作的第一个项目是染色体领域研究,请问目前已取得哪些进展?作为“老友”,你与蔡教授在此次的深度合作中,是否有些别样的默契故事?

卢光琇:今年4月3日,2018互联网岳麓峰会人工智能专场上,进行了一场备受关注的人机大战。比赛的人类选手,是来自中信湘雅生殖与遗传专科医院的10名从事人类染色体检测的技术员,人工智能代表则是“光琇-自兴智能医疗联合实验室”研发的人类染色体影像智能处理系统。考题简单来说就是找出“有问题”的染色体,在100个样本病例中随机抽选10个病例,每个病例中包含30张人类染色体中期图像,每位技术员分析1个病例,而人工智能系统则是面对10个病例。10个人类“资深大脑”与1台“人工智能新手”一较高下,从染色体核型分析、判病效率多个维度进行评判。

结果显示, AI系统染色体分组识别率100%,但单条染色体识别准确率99.13%,长短臂摆放准确率87.17%,机器完成总时间13分47秒,分析病例平均时间1分23秒。虽然经验丰富的技术员所有准确率都达到100%,但平均分析时间长达22分36秒。我们相信,随着AI系统不断学习存储异常病例数据,短时间内,AI系统分析处理病例准确率可以达到15年经验医生的水平。处理时间短、准确率高在人力方面将是极大的节省。

目前,这台由我们与蔡自兴团队共同研发的人工智能机器,马上要在中信湘雅生殖与遗传专科医院试用了,可以分析出人类染色体3000多种异常情况、100多种综合病症。有了人工智能,医生在分析染色体时只需要进行最后的审核工作,基础工作则交给机器完成,可大幅提高工作效率与精准度,缩短病人看病周期。

我与蔡自兴教授同为湖南省第八届省政协副主席和中南大学教授,共事已久,然后我们又搬进了同一个住宅区,成为一窗之隔的邻居。因为他长期从事人工智能和智能机器人学的研究,我和老朋友们一直开玩笑叫他为“机器人”。长期以来,我们都在自己的领域默默耕耘,互相关注与支持,但之前并未想过一起合作。相识多年又惺惺相惜,我们共同想到了对方,觉得是可以共同做出一点尝试,我们也都乐意走到一起,进行智能医疗的研发与创业。

2017年6月,我接到了蔡自兴教授的邀请函,邀请我参加一个人工智能高峰论坛,我立即答应参加。会场上,人工智能专家们就多个热点问题展开讨论,就是没提到过人工智能与医疗的相关话题,这让我有点心急。于是,我迅速在纸上写出几点提纲,然后跟坐在身边的蔡自兴教授提出,要发表即兴演讲,蔡教授欣然支持。在演讲中,我着重强调了人工智能对医疗创新与发展将起到重要作用,这让蔡教授感慨不已。此后,我们便开始讨论与落实合作事宜,一直到今天还保持着良好沟通机制。

记者:据报道,联合实验室将主要从事基于你的团队相关医疗产业方向与人工智能技术相结合的科学研究,以及技术产业化工作,这种强强联手的共同追求是什么?前景如何?在具体运作层面会有哪些特点?

卢光琇:我们双方合作的具体目标是:一是建立在互惠互利、共同发展基础上的合作伙伴关系,实现产、学、研紧密结合;二是结合各自所在领域优势,优先与对方开展技术战略咨询、技术创新、新产品研制、人才培养等多方面的长期合作;三是提炼及实施技术项目的合作开发,以成熟的医疗大市场为切入点,实现医疗人工智能技术的产业化。具体方向如:图像方向的染色体核型智能分析,产前诊断的B超影像智能分析等产品;数据方向的疾病风险预测与筛查,精准治疗方案等产品。

记者:目前你主持的中信湘雅生殖与遗传医院和人类干细胞国家工程中心,在产学研相结合方面大胆实践,创新成果斐然。干细胞因为具有强大的自我更新能力和多向分化的潜能,不但广泛运用在医学界,现在也被国际美容护肤行业密切关注。你敏锐地注意到了这一科学现象,认为“在韩国,干细胞美容护肤产品已经在一定程度上流行起来”。今年3月22日,你带领干细胞科研团队与韩国著名化妆品研发、生产团队签署了战略合作协议。你认为干细胞与美容化妆品的国际交流合作还有哪些潜力和机遇?市场前景如何?

卢光琇:此次战略合作协议的签订,是我们的干细胞培养液与美容化妆品国际交流合作的良好开端。目前,我国还没有形成自己的干细胞美容产品知名品牌,此次合作就是要打开局面,做出一个属于中国的品牌。干细胞与美容化妆品结合,不单单是着眼于美容,在组织修复与再生方面,也将是大有可为,比如外伤伤口修复,断指、断肢再植的修复等。同时,这样的合作还可以为我国美容化妆品相关学科的设立、发展奠定基础。目前,国内外干细胞研究正处于快速发展期,我国颁布出台了多项支持利好政策,各省市也做出积极响应,加速推动干细胞技术和产业化的发展,这都为我们的国际合作提供了机遇。有句俗话叫“爱美之心,人皆有之”,道理不言而喻,干细胞与美容化妆品的国际交流一定具有广阔的市场前景。

记者:在你年过七旬之时,曾笑称自己已经是“70后”了,要更加努力地工作,不断创新。这十年来你的确做到了科研成果源源不断。明年你将年届八旬步入“80后”了,请问你在科研的道路上还有什么创新构想?

卢光琇:我并不十分在意我的年龄。前不久我看航天科技的片子,看到一些医学科学界的同行,以遥测的手段对远在太空的宇航员进行身体机能、体能等科学测试。为此,我就想我们现在的科学手段那么先进,互联网利用手机终端几乎进入到每个适龄人的手中,我们能否发明一种灵巧型、便携式(譬如腕表型)的身体机能测试装置,实时掌控一个人的身体基本素质数据,譬如血压、血糖、血脂、脉搏、体温、骨质密度,以及心肺活力、肝功能等,同时也将这个人的特定病历以及血型、药物过敏史等数据存储其中,利用“互联网+”与社区医生和保健医院的电脑实施联通,做到无病防病、有病早治。这不仅可以使国家及时应对老龄化社会,同时也可以大幅度降低医疗费用的支出。为此,我先后与华为、中南大学等单位的专家学者接触,谈了我的想法,表示愿意以我们的数据库与之合作,他们对此均表示了浓厚的兴趣。

我们国家的中医博大精深,中医提倡治未病的理念,近年来越来越引起世界的关注。为了普及医学科学知识,为了让基层得到更多的专家服务,近些年我增加了到基层进行医学科普讲座的场次和专家巡诊的次数。我先后去了湖南的几所大学,去了中联重科等企业,去了一些政府机关,还去了一些街道办事处。今年4月我去了毗邻广西的永州市,5月去了紧挨湖北的龙山县义诊,“六一”我还将去小学和幼儿园义诊,我感觉时间很不够用。

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