日前,，頂尖學術(shù)期刊《細胞》在線發(fā)表了一篇關(guān)于新冠疾病診斷的最新論文,。由華人科學家主導(dǎo)的一支科研團隊開發(fā)了一款人工智能（AI）工具,，可以根據(jù)胸部的CT影像,，準確做出新冠肺炎的診斷,。本論文由清華大學,、中山大學,、澳門科技大學等機構(gòu)聯(lián)手合作完成,，通訊作者為張康，王光宇,，林天歆,，何健行，李為民,，這一工具目前已向全世界醫(yī)務(wù)人員公開,。
在中國，新冠疫情已經(jīng)得到了充分的控制,。而在全球范圍內(nèi),，許多國家和地區(qū)依舊面臨著這種傳染病的威脅。為了防止疫情擴大,，并及時對感染者進行治療,，快速而準確的診斷技術(shù)是關(guān)鍵：一方面，在呼吸道疾病的高發(fā)時節(jié),，很多人都會出現(xiàn)肺部炎癥,。準確的診斷能剔除感染其他病原體的病患，方便他們接受單獨的治療,，從而減少暴露于新冠病毒的風險,；另一方面，從目前數(shù)據(jù)來看,，出現(xiàn)急性呼吸衰竭的病患有著很高的死亡率,，而他們先前大多都有肺部炎癥,。如果我們能第一時間找到新冠肺炎的跡象，就能在呼吸衰竭出現(xiàn)之前對他們進行治療,。
在一線的治療中,，CT影像是重要的診斷工具。相較在標準實驗室里進行的分子檢測,，CT掃描的速度更快,，也能更直觀地觀察到肺部的病理學特征。我們知道,，“閱讀”CT影像數(shù)據(jù),，正是AI在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的強項之一。早在2018年,，張康教授團隊就曾在《細胞》雜志上發(fā)表文章,，介紹了一款能夠基于X線胸片來區(qū)分兒童細菌性肺炎和病毒性肺炎的AI工具。次年其團隊開發(fā)了一款診斷兒童病歷的AI（相關(guān)閱讀：《自然》子刊：AI閱讀病歷,，理解患者病情,，推薦臨床診斷，準確度超過年輕醫(yī)生,！夏慧敏/張康聯(lián)合團隊帶來AI診療里程碑突破）,。
▲本AI工具的開發(fā)流程（圖片來源：參考資料[1]）
在這項工作中，科學家們基于3777名患者總計53萬多張的CT影像,，開發(fā)了一款新冠肺炎的AI診斷系統(tǒng),。不同于傳統(tǒng)的端到端的深度學習模型，這套診斷系統(tǒng)融合了兩步不同的模型,，第一步是基于語義分割的“肺部病灶”模型,，其次是基于生成的肺-病灶圖譜，將病人的整個CT （大約100-300張切片）作為輸入,，進一步構(gòu)建智能診斷模型,。這一工作可以避免“黑箱”模型在實際醫(yī)療應(yīng)用中的缺陷，提高AI診斷系統(tǒng)的可解釋性和泛化性能,，也可以提高診斷的準確度,。通過研究來自新冠肺炎患者、普通肺炎患者,、以及對照組的CT影像數(shù)據(jù),，AI學會了對其進行區(qū)分。
研究人員們報道說,，在自我測試中,，這套AI系統(tǒng)診斷新冠肺炎的準確率達到了92.49%（靈敏度94.93%，特異性91.13%）,。利用來自不同地區(qū)的不同數(shù)據(jù)集,，這套AI診斷系統(tǒng)經(jīng)受住了真實世界的考驗——利用回溯性數(shù)據(jù)及前瞻研究,，該AI系統(tǒng)均可達到90%左右的準確率，即便是使用海外的CT數(shù)據(jù),，這套系統(tǒng)也達到了84.11%的準確率。這一系列研究結(jié)果表明,，科學家們開發(fā)的這套AI診斷系統(tǒng)無論是采用中國數(shù)據(jù),，還是國際數(shù)據(jù)，都能取得較好的表現(xiàn),。
▲這套系統(tǒng)可以輔助年資較低的醫(yī)生,，提高他們的讀片能力（圖片來源：參考資料[1]）
與人類醫(yī)生相比，研究人員們發(fā)現(xiàn)AI系統(tǒng)的表現(xiàn)遠超過年資較低的醫(yī)生,，而與中級/資深放射科專家的表現(xiàn)差不多,。這一結(jié)果表明AI系統(tǒng)可以協(xié)助經(jīng)驗較少的醫(yī)生來做出診斷，快速將他們的讀片能力提高到和資深醫(yī)生接近的水平,。在醫(yī)療資源緊張,，資深醫(yī)生難求的國家和地區(qū)，這套系統(tǒng)的重要意義不言而喻,。
值得一提的是,，這套AI系統(tǒng)還基于CT的量化特征及臨床資料，識別出了一些與患者預(yù)后有關(guān)的臨床特征,，發(fā)現(xiàn)COVID-19疾病不僅僅會影響呼吸系統(tǒng)的功能,，還會影響到其他多個器官。另外,，它也有望為臨床預(yù)后提供更為準確的預(yù)測模型和生存曲線分析,，便于醫(yī)務(wù)人員及時介入，進行治療,。
總結(jié)來看,，在大量臨床CT影像的支持下，研究人員們開發(fā)出了一款A(yù)I系統(tǒng),，能夠準確地從出現(xiàn)不同癥狀的患者中,，準確挑選出發(fā)生新冠肺炎的患者。這不僅能用于臨床的快速診斷和治療,，還能協(xié)助訓(xùn)練資歷較淺的醫(yī)生,，幫助他們快速成長。
▲期待全球早日終結(jié)新冠疫情（圖片來源：藥明康德內(nèi)容團隊）
最后,，科學家們宣布,，為了更好地幫助全球控制疫情，他們將免費公開這一AI工具,，協(xié)助來自不同國家和地區(qū)的醫(yī)務(wù)人員,。我們向這些科學家致敬,，也期待全球能夠早日終結(jié)新冠疫情！