更适合市场需求的新技术,数据改变医疗

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你能想象每一天就有三架载满乘客的大型飞机坠落全员身亡的事故么?这听起来十分可怕,但全球每年被疟疾夺走生命的人数高达60万~80万,就等同于这样的坠机事故发生的概率。虽然在发达地区,疟疾几乎已经被消灭,但在某些欠发达地区疟疾却仍然是灾难,在处理疟疾的挑战中,其中一项来自于缺少足够的专业病理医师,导致患者难以得到及时的诊断和治疗。
目前正在研发的技术,
将可以帮助判断出病人是否感染了疟疾,感染的是疟疾中的哪一类
,以及可能是从哪些渠道感染的,相比传统方式下需要大量人力看样本、做分析,该技术让医生的效率大为提升。即便是在医疗人员匮乏的地区,也可以不再那么捉襟见肘了。

近年来,新技术浪潮冲倒了多少看似不可能倒下的“巨人”,又推出了多少新生力量,恐怕难以一一细数。这让人们想到一个词——“颠覆”——美国哈佛大学教授克莱顿·克里斯滕森上世纪90年代提出的“颠覆性技术”概念。颠覆性技术为何如此重要?它会“颠覆”什么,又将带来什么机遇?

所以计算机与医疗的结合,远不止智能手环、血糖仪或是Xbox、HoloLens等可能会与医疗产生关联的智能硬件,其覆盖范围非常广泛,从前端设备到后端系统,再到隐藏在最后端的各类算法,每个分支都可以是一个独立的学科。事实上在微软内部,已经有接近100个与医疗相关的项目,他们中既包括十分具有前瞻性的,也有已经步入实际应用层面的。

何为“颠覆”:更适合市场需求的新技术

在我看来,如今计算机在医疗领域的进展其实都是基于同一个基础,即“数据改变医疗”为核心展开的。不管是中医还是西医本质上都是实践科学,医生通过无数次的实践总结、统计出规律,最终达到医病救人的效果。当人类收集、处理和分析数据的能力随着云计算、大数据、机器学习、物联网等技术的发展而日渐增强时,人们利用大数据像医生一样去分析或辅助分析病情的能力自然也会与日俱增。

根据克里斯滕森的定义,颠覆性技术是一种另辟蹊径、会对已有传统或主流技术产生颠覆性效果的技术,它能重新配置价值体系,并引领全新的产品和服务。

人工智能帮助推展精准医疗

对颠覆性技术的出现规律,中国工程院院士邬贺铨总结说,新技术不一定比原来的复杂多少,而是更适合市场需求,有一个非常大的应用面,将来还会出现很多由需求牵引的颠覆性技术。后来者为了进入市场往往要依靠这种技术,例如尼康、佳能用数码摄影代替柯达,苹果用智能手机代替诺基亚。

癌症一直是人类最需要迫切解决的医学难题之一,由于同一类癌症的每位患者表现也各不相同,因此也可以说每位患者的癌症都是一种独立的疾病,即便是医生拥有丰富的经验也很难做出100%准确的分析和判断,更别说相对个性化的精准医疗了。因此微软亚洲研究院一直将数字医学影像识别作为主攻方向之一,希望通过计算机视觉领域的最新技术加速推动精准医疗。

近年来科技新突破不断涌现,但哪些具有“颠覆”潜力?美国麦肯锡全球研究所、兰德公司等智库和媒体分别作出展望,人工智能、物联网、云计算、太空探索、虚拟现实、精准医疗、脑科学、先进材料和新能源等领域被普遍看好。

从2014年起,微软亚洲研究院的团队开始钻研脑肿瘤病理切片的识别和判断,通过细胞的形态、大小、结构等,去辅助分析和判断病人所处的癌症阶段。而近两年在该领域我们基于“神经网络+深度学习”的模式取得了两大突破:

中国科学院拓扑量子计算卓越创新中心主任、中国科学院大学卡弗里理论科学研究所所长张富春和中国科学院院士向涛都认为,量子计算和高温超导最有可能孕育颠覆性技术。

首先,实现了对大尺寸病理切片的图片处理。通常图片的尺寸也就是224*224像素,但脑肿瘤病历切片的尺寸达到了20万*20万、甚至40万*40万像素。对于大尺寸病理切片影像的识别,我们没有沿用业内常用的数字医学图像数据库,反而在ImageNet这个计算机领域最为成熟的图片数据库的基础之上利用尽可能多的图片,通过自己搭建的神经网络和深度学习算法不断进行大量训练而成,最终实现了对大尺寸病理切片的图片处理。

何时“颠覆”:现在重视创新“自然而然”

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2016年,“颠覆性技术”被写入中国《国家创新驱动发展战略纲要》和《“十三五”国家科技创新规划》。2017年,中共十九大报告提出,要“突出颠覆性技术创新”,让颠覆性技术更引人注目。

大尺寸病理切片图片通过神经网络与深度学习算法进行处理的流程

“这个时候我们提出这个概念很合时宜,”张富春说,在科技发展方面,中国与发达国家差距已经比较小,从跟跑进入并跑阶段,然而要从并跑到领跑还要全新的东西,现在重视颠覆性技术创新“自然而然”。

其次,在解决了细胞层面的图像识别之后,又实现了对病变腺体的识别。所谓腺体,可以简单理解为多细胞的集合体,它更接近“器官“的概念。相对于细胞病变,腺体病变的复杂性和可能的组合都呈指数级增长,但对腺体状态的准确识别,则可以大大提高对癌症分析的准确程度,意义更加深远。

邬贺铨说,直到今天中国拥有的原始创新仍比较少,中国要从高速度发展转到高质量发展,很重要的一点是有关键原始创新作支撑,原始创新中有可能出现颠覆性技术。

对病变腺体的识别,主要是基于医学角度三个可以衡量癌细胞扩散程度和预后能力的指标:细胞的分化能力,腺体的状况和有丝分裂水平。我们针对这三个角度,通过多渠道的数据采集和分析,希望在未来帮助医生实现了对病人术后、康复水平乃至复发的可能性做出预估和判断。

向涛持类似观点:“中国要成为世界科技的领跑者,还需做出原创性强、有颠覆性的工作,开辟新的研究和应用领域。”他认为,颠覆性技术必须要有高水平的前沿基础研究作支撑。

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