十晝夜奮戰(zhàn) 十秒內(nèi)診斷
新冠肺炎智能診斷系統(tǒng)的“清華速度”
記者 張靜
2月25日下午16點(diǎn)，在武漢大學(xué)中南醫(yī)院，由中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)教授尤政團(tuán)隊(duì)，中國(guó)工程院院士、清華大學(xué)附屬北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院執(zhí)行院長(zhǎng)董家鴻團(tuán)隊(duì)，清華大學(xué)精密儀器系、武漢大學(xué)附屬中南醫(yī)院、武漢科技大學(xué)附屬天佑醫(yī)院和北京精診科技公司等單位，聯(lián)合研發(fā)的“新型冠狀病毒肺炎智能輔助診斷系統(tǒng)”（以下簡(jiǎn)稱為“新冠肺炎智能診斷系統(tǒng)”）完成部署，系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。
此刻，已經(jīng)連續(xù)調(diào)試48小時(shí)、身處現(xiàn)場(chǎng)的清華長(zhǎng)庚醫(yī)院肝膽胰中心醫(yī)師金爍和同樣一直在線解決問題的精儀系博三學(xué)生王博，終于大大地松了一口氣。
當(dāng)前，新冠肺炎疑似病例基數(shù)龐大，給臨床一線診療帶來巨大壓力，疫情波及地域廣泛，基層醫(yī)院缺乏經(jīng)驗(yàn)，面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。新冠肺炎智能診斷系統(tǒng)的應(yīng)用就像給醫(yī)生配備了一位快速診斷新冠肺炎的好幫手，可同步實(shí)現(xiàn)智能化影像診斷、炎癥程度定量分析及臨床分型三大功能。它能在5-10秒內(nèi)完成疑似病例的胸部CT篩查，并依據(jù)指南進(jìn)行臨床與影像相結(jié)合的綜合分析，顯著提升新冠肺炎診斷效能，有望大幅降低臨床醫(yī)師及影像醫(yī)師的工作負(fù)荷，同時(shí)使患者獲得早期診斷和及時(shí)治療，改善患者預(yù)后和降低病死率，為上述難題提供解決方案。
從2月3日開始傳輸數(shù)據(jù)以來，董家鴻、尤政團(tuán)隊(duì)緊密合作，克服重重困難，整整10天夜以繼日，使新冠肺炎智能診斷系統(tǒng)火速進(jìn)入臨床試用階段。他們創(chuàng)造了新的“清華速度”！
極限10天
1月29日大年初五，專攻醫(yī)學(xué)影像深度學(xué)習(xí)的王博正在與金爍討論抗擊嚴(yán)重急性呼吸道感染病例(SARI)自主科研計(jì)劃課題申報(bào)的項(xiàng)目選題和可行性。有賴于雙方分別所在的董家鴻、尤政團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期在人工智能醫(yī)學(xué)影像處理方面的醫(yī)工合作基礎(chǔ)，兩人一拍即合，研制新冠肺炎智能診斷系統(tǒng)的想法應(yīng)用而生。董家鴻接到匯報(bào)后非常重視，立即在原基礎(chǔ)上進(jìn)行修改完善，并當(dāng)晚與尤政取得聯(lián)系，召集清華長(zhǎng)庚醫(yī)院影像科主任鄭卓肇、醫(yī)師趙本琦與任志忠、呼吸科主任牟向東、感染科主任林明貴及北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院援鄂醫(yī)療隊(duì)長(zhǎng)、副主任醫(yī)師郭軍等專家制定詳細(xì)的功能方案。
但是在成功申報(bào)課題后，團(tuán)隊(duì)馬上迎來了第一個(gè)難題，便是數(shù)據(jù)傳輸。疫期物流不便導(dǎo)致用硬盤傳輸數(shù)據(jù)的想法成為泡沫，線上傳輸又因涉及用戶隱私數(shù)據(jù)而遲遲受阻。在這場(chǎng)時(shí)間與生命的比賽中，每耽誤一天都令團(tuán)隊(duì)成員們格外焦急。
經(jīng)過董家鴻各方協(xié)調(diào)，一線的武漢天佑醫(yī)院、雷神山醫(yī)院和中南醫(yī)院緊急參與進(jìn)來，搭建專線網(wǎng)絡(luò)，形成多方合力。“我們需要的是新冠肺炎確診患者的初診臨床和影像數(shù)據(jù)，具備同、廣、深的特征，彌足珍貴。”金爍說，“而且疫情期間醫(yī)生們的首要任務(wù)是救死扶傷，他們?cè)敢鉅奚揪筒欢嗟男菹r(shí)間幫我們上傳，所以這些數(shù)據(jù)極其寶貴。”2月7日，第一批280例陽性數(shù)據(jù)傳輸完成，數(shù)據(jù)通道正式打開。截至目前，該系統(tǒng)已深度學(xué)習(xí)了1612例數(shù)據(jù)樣本，包含1012例新冠肺炎數(shù)據(jù)和600例陰性數(shù)據(jù)。
用戶端程序
邊傳輸邊標(biāo)注數(shù)據(jù)，自2月8日起，王博就開始帶領(lǐng)14人團(tuán)隊(duì)夜以繼日地進(jìn)行算法研發(fā)與迭代測(cè)試，同時(shí)在清華長(zhǎng)庚醫(yī)院的幫助下快速學(xué)習(xí)新冠肺炎的影像特征，努力打破學(xué)科專業(yè)壁壘；金爍帶領(lǐng)醫(yī)生團(tuán)隊(duì)在完成防疫任務(wù)的同時(shí)，進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選復(fù)檢及與“新冠肺炎診療方案”相匹配的研發(fā)方向的實(shí)時(shí)修正，然后將需要修正的內(nèi)容返回給王博團(tuán)隊(duì)；精儀系教師羅川、趙嘉昊24小時(shí)隨時(shí)在線，在每個(gè)深夜的遠(yuǎn)程連線中，幫助解決系統(tǒng)研發(fā)遇到的各種問題，并兼顧好學(xué)校在線授課與其他課題的工作……在23萬張胸部CT影像中，團(tuán)隊(duì)標(biāo)注了21萬張肺部輪廓，近2萬張炎癥區(qū)域，18萬張肺部血管，同時(shí)隨著數(shù)據(jù)的不斷積累，進(jìn)行了9種算法、共30余次的迭代工作，最終測(cè)試準(zhǔn)確率超過98%。他們用僅僅10天完成了系統(tǒng)的初步研發(fā)。
該系統(tǒng)包括三大模塊：影像診斷模塊主要基于學(xué)習(xí)上千例新冠肺炎初診病例數(shù)據(jù)，輔助醫(yī)生提示疑似炎癥區(qū)域。定量分析模塊參照衛(wèi)健委發(fā)布的《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案(試行第七版)》指南要求，計(jì)算炎癥侵犯肺部與所在肺葉的體積占比，輔助定量判斷嚴(yán)重程度。臨床分型模塊結(jié)合了影像學(xué)、流行病學(xué)、檢驗(yàn)學(xué)與重癥特征信息，輔助醫(yī)生判斷新型冠狀病毒肺炎的嚴(yán)重程度。“看到這么多一線研究人員不辭辛苦、創(chuàng)新務(wù)實(shí)、力求實(shí)效，真實(shí)幫助到防控疫情，我特別感動(dòng)。”王博說道。2月13日，在經(jīng)過第三次醫(yī)生人機(jī)測(cè)試后，清華大學(xué)正式宣布新冠肺炎智能診斷系統(tǒng)進(jìn)入試運(yùn)行階段。
武漢48小時(shí)
武漢大學(xué)中南醫(yī)院因接管了雷神山醫(yī)院、武漢第七醫(yī)院等諸多醫(yī)院，工作極其繁重，平均每天需要看800例左右的心肝肺炎CT影像片子。新冠肺炎智能診斷系統(tǒng)早一天投入使用，就可能早一天減輕醫(yī)師負(fù)荷、讓更多患者早日接受診療。
2月23日，金爍隨中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)和清華遠(yuǎn)程醫(yī)療隊(duì)坐上了前往武漢的綠皮臥鋪火車。第一批運(yùn)輸設(shè)備的物流車2月16日已經(jīng)出發(fā)，為防止物流車無法及時(shí)到達(dá)，醫(yī)療隊(duì)6個(gè)人又隨行攜帶了包括診斷系統(tǒng)在內(nèi)的10多件重型設(shè)備作為備用。設(shè)備搬上搬下，醫(yī)療隊(duì)隊(duì)員們的護(hù)目鏡全是水蒸汽，甚至都看不清前方的事物。
研發(fā)設(shè)備隨董家鴻院士發(fā)往武漢
2月24日，董家鴻率領(lǐng)的醫(yī)療隊(duì)順利抵達(dá)武漢，按照要求設(shè)備要在第二天完成部署，挑戰(zhàn)卻接踵而至：一方面正常情況下設(shè)備布置調(diào)試需要5-6天進(jìn)行調(diào)整，時(shí)間被大大壓縮；另一方面設(shè)備在天佑醫(yī)院和中南醫(yī)院安裝完成后，與當(dāng)?shù)貜?fù)雜的內(nèi)網(wǎng)環(huán)境發(fā)生了嚴(yán)重的兼容問題，功能受到很大影響。
王博帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)和金爍連線，連夜進(jìn)行排錯(cuò)調(diào)試，分別用2個(gè)24小時(shí)克服了完全不同于實(shí)驗(yàn)室的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境帶來的種種問題，按時(shí)且高水平地完成了任務(wù)。“問題解決對(duì)于一線醫(yī)生非常及時(shí)。從系統(tǒng)研發(fā)到應(yīng)用，精儀系的團(tuán)隊(duì)拼盡了全力。”金爍說道。
系統(tǒng)在中南醫(yī)院使用
該系統(tǒng)已在武漢大學(xué)中南醫(yī)院、清華長(zhǎng)庚醫(yī)院等約20家醫(yī)院部署應(yīng)用。3月4日，系統(tǒng)還通過南京市政府被捐贈(zèng)至韓國(guó)。接下來，雙方團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)致力于攻克疫情，加大智能診斷系統(tǒng)在各地區(qū)醫(yī)院部署落實(shí)，助力新冠肺炎的緊急篩查、診斷和分析。金爍說：“等疫情攻克了，我們希望把這個(gè)系統(tǒng)升級(jí)成整個(gè)肺部疾病的自動(dòng)診療系統(tǒng)。在實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)輔助診斷的同時(shí)，促進(jìn)不同地區(qū)診療水平的同質(zhì)化，提升診斷效率與水平。”
我們責(zé)無旁貸
自強(qiáng)不息、厚德載物、行勝于言，從來都是書寫在行動(dòng)中。
“我自己是一個(gè)螺絲釘?shù)慕巧Ｔ谶@個(gè)過程中看到學(xué)校舉全校之力配合系統(tǒng)研制，師生們團(tuán)結(jié)一致、齊心協(xié)力在短時(shí)間內(nèi)讓系統(tǒng)成熟穩(wěn)定運(yùn)行，真實(shí)有效地幫助到醫(yī)生和患者，我很有成就感和自豪感。”王博說，“研制的成功離不開董家鴻老師、尤政老師和學(xué)校一直以來對(duì)人工智能在醫(yī)學(xué)影像的處理方面融合的重視與支持。經(jīng)此一役，哪怕未來即使再發(fā)生這種類似疫情的時(shí)候，我們也有信心可以做好相應(yīng)的、充足的準(zhǔn)備，以更快的速度響應(yīng)國(guó)家號(hào)召。”
目前仍在湖北一線的金爍說：“新冠肺炎智能診斷系統(tǒng)經(jīng)過重重困難，現(xiàn)在已經(jīng)在中南醫(yī)院完成測(cè)試，醫(yī)師們與市場(chǎng)上類似的現(xiàn)有產(chǎn)品對(duì)比，認(rèn)為我們以指南為基礎(chǔ)的“臨床+影像”智能診斷系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)顯著，提供的定量分析功能有助于提前預(yù)判患者的病情轉(zhuǎn)歸，我感到非常欣慰。目前武漢的形勢(shì)依然嚴(yán)峻，雖然作為一名外科醫(yī)生，沒有直接上到抗疫的前沿陣地，但是看到我們與精儀系緊急研發(fā)這套系統(tǒng)起到相應(yīng)的效果，也算用自己的方式為疫情作出了應(yīng)有的貢獻(xiàn)。”
“這是無數(shù)人共同努力的結(jié)果，有董院士和尤老師一直以來的推動(dòng)，有團(tuán)隊(duì)成員的全力以赴和多方協(xié)調(diào)，有學(xué)校的大力支持，還有一線醫(yī)護(hù)人員的不辭辛勞。他們犧牲了自己寶貴的休息時(shí)間，跟研發(fā)團(tuán)隊(duì)緊密合作突破，這種忘我的精神令我感觸很深，我能做的就是盡全力協(xié)調(diào)各種手續(xù)和流程，不讓它們成為卡住項(xiàng)目的瓶頸。”負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)項(xiàng)目進(jìn)展的羅川表示，“精儀系向來有高度學(xué)科交叉的特點(diǎn)，尤其是隨著人工智能的發(fā)展，我們?cè)谏镝t(yī)學(xué)方面的跨學(xué)科融合具備了良好的基礎(chǔ)。”
“國(guó)家現(xiàn)在面臨著疫情的挑戰(zhàn)，武漢和全國(guó)各地老百姓的身體健康和日常生活都受到了巨大影響，國(guó)家急需要完成這樣的任務(wù)，我們責(zé)無旁貸。”趙嘉昊說。
（清華新聞網(wǎng)3月7日電）
編輯：程曦
審核：戚天雷
