中科院趙地博士：用深度學習分析醫學影像，提早篩查老年痴呆症

科技 08-01

作者｜米琪

編輯｜陳光

微信公眾號ID｜Xtecher

隨著全球老齡化進程加快、環境污染、經濟發展等因素，老年痴呆症成為當今世界的「流行病」。據《2015年全球老年痴呆症報告》顯示，僅2015年,老年痴呆症新增病例1000萬，預計2015—2050年老年痴呆症患者將從4700萬增加到1.32億。患病比例呈明顯上升趨勢。

面對這一嚴峻現實，2015年，中科院趙地博士與北京天壇醫院共同申請了北京市科委重點項目「基於MRI圖像大數據分析的老年退行性疾病早期預警演算法及表示物發現」，主要從事AD大數據收集、AD數據預處理、AD大數據分析、臨床診斷決策支持模型構建、平台建設五方面的研究，旨在通過醫工結合，運用深度學習、大數據驅動的方式分析核磁影像，提早篩查老年痴呆症，為醫生早期的診斷與干預提供幫助。

趙地，路易山大理工大學計算機專業博士，美國哥倫比亞大學醫學院醫學信息專業博士後，哥倫比亞大學醫學院醫學信息專業是全美醫療信息方面最好的專業，被譽為「科學界和華爾街怪才」的David E. Shaw為該系教授，IBM Watson的設計師畢業於該專業。

2015年，擁有豐富計算機、生物學、醫學信息知識沉澱的趙地博士由中國科學院計算機網路信息中心「百人計劃」引進，從事醫療人工智慧方面的科研工作。人工智慧對於他來說，是非常熟悉的領域，早在2010年赴美留學期間，他已經接觸深度學習在醫療領域的應用，最開始是做腦腫瘤的分割課題，之後也陸陸續從事了很多相關的研究。

在與天壇醫院醫生的交流溝通中，趙地博士意識到當下老年痴呆症嚴峻的現實，以北京為例，老年人口已佔總人口的三分之一，而目前整個中國有老年痴呆患者500萬人之多，佔世界總病例數的四分之一。

趙地博士告訴Xtecher，老年痴呆是一種常見的神經退行性疾病，它的特點是記憶喪失和執行能力退化。一旦病症出現，病情難以控制。

目前老年痴呆症診斷的主要方式是核磁共振，它產生強大的磁場，探測人體內部的結構與其他信息，通過核磁影像反映出來。核磁影像對普通人來說，與照片無異，都由像素點、色彩、文理、線條、灰度等特徵組成。

醫生通過對核磁影像特徵的識別來判斷是否有老年痴呆隱患。這種方法精準度低、誤差大、主觀性強。因為人的視覺系統不敏感的圖片特徵，往往反映著重要的疾病信息，這就容易產生診斷誤差，而且也容易受到主觀因素的影響。

深度學習像一個好的挖掘機一樣，把普通人視覺系統所不能探索的、有價值的與疾病相關的「特徵」用數據驅動的方式檢測出來。這種方式更像是中醫通過分析與推理得出結果。

機器不懂原理，但是在大數據的基礎上，能夠根據過往案例中病情發展的趨勢，做各種探索，分模塊分析，從而得出一個接近於精準的、超越傳統醫生的診療結果。這個「結果」通過概率反應出來，醫生通過「概率」來判是否有老年痴呆隱患或是否為患者。如果被確診為患者，機器會對病情分輕度、中度、重度三個級別，為醫生後續的治療方案提供依據。

目前，項目還在研究階段，做出的demo版本檢測準確率已經達到86%。然而，趙地博士遠遠不滿足於這個數字，他相信每把精度提高一點，價值就會發揮更大一些。「以後最好是99.99%，每個人都測出來」，趙地博士說。

為提高精準度，趙地博士找到了具備先進PET技術的宣武醫院，並由老年痴呆影像診斷專家李坤城主任主持申請了「北京腦計劃」項目。目前，項目已獲得資助。

趙地博士告訴Xtecher，老年痴呆症致病的主要原因是由遺傳、環境等多種因素造成的αβ蛋白、超蛋白沉積導致的神經元受阻。核磁檢測的是腦中運動的水分子，通過水分子來反應αβ蛋白、超蛋白是否沉積，這是一個間接的過程。新的PET技術直接測試αβ蛋白、超蛋白，準確度比核磁測試高很多，但PET機只有極少數醫院有，它輻射性強、造價高。

趙地博士並不是想推廣PET技術，而是要將像李坤城主任這樣的頂級老年痴呆症影像診斷的豐富經驗搭載PET技術做到項目中。

趙地博士所做的研究難點不在於與醫院、專家合作，也不在於找到有豐富經驗的醫生對大數據進行精準標註，而在於收集近年來有價值的臨床數據，他與團隊成員一年多的時間都用在數據收集上。

中國在疾病篩查領域落後於美國也正是由於醫療信息化滯後，美國的電子化數據積累了二三十年，建立了ADNI資料庫，而中國的醫療數據積累才剛剛起步。目前，他與李坤城主任正在做China ADNI，準備在中國建立像美國那樣龐大的醫療數據網，所有醫院都按照一個標準搜集數據，醫院之間可以互換數據、交流經驗。

在項目的未來應用方面，趙地博士告訴Xtecher，未來會有三種合作模式：

一是與影像雲平台合作，把訓練好的模型給影像雲公司；

二是與造核磁機的廠商合作，核磁機附加上這樣的功能，會非常有意義；

三是與醫院合作，讓醫生從繁重的重複性臨床工作中解放出來，從而有更多的時間去研究新葯與治療方法，攻克疑難病症。

在談到對未來的願景時，趙地博士告訴Xtecher，他希望在老年痴呆症這個「小領域」做到較高水平，再拓展其它慢性病方向的研究。

━━━━━

封面來源：網路排版：陳光校對：陳光

━━━━━

如果您有國內外科技行業新鮮資訊或獨到見解，歡迎與Xtecher聯繫