新年新突破——天河二号+AI全球首创从眼“看”肝胆

导读

眼睛不仅是“心灵的窗户”，也可以是“健康的窗口”，全身很多器官系统的病理变化，都会在眼睛留下“痕迹”。新年伊始，超算创新应用取得新突破。我校中山眼科中心林浩添教授和附属第三医院钟跃思教授领衔团队历时近3年，在我校多学科合作的医学人工智能创新平台的支持下，依托“天河二号”，研发出全球首个通过眼部影像筛诊肝胆疾病的技术及评估系统。相关研究1月26日在线发表于国际顶级期刊《柳叶刀-数字医疗》（The Lancet Digital Health）。此项跨学科的智能技术的成功研发，开启了智慧医疗和健康管理的新时代。

智能诊断云平台，从眼"看"肝胆

实现全民健康，需要医疗技术和健康管理模式的突破。“眼睛结构精密、位置特殊，80%以上的外界信息均由眼部接收，相对于其他器官部位，以眼为窗口进行全身智能健康管理具有多项优势。”林浩添教授介绍，在人体众多器官中，眼睛是唯一能直接观察到动静脉和神经等重要结构的体表器官，全身各个器官系统的病变都会在眼部具有特征性表现，基于眼部影像学的智能诊断技术将会成为创新医疗的新“核心”。

传统医学已经证实，肝胆疾病患者可出现结膜和巩膜黄染等多种临床体征，然而这些表现仅局限于少数病种，且其改变既不具体也不明显，从而限制了它们作为临床独立诊断特征的潜在用途。

由中山眼科中心林浩添教授和附属第三医院钟跃思教授共同领衔的国际多中心研究项目，纳入了来自我校附属第三医院肝胆外科及感染科、南方医科大学附属花都区人民医院感染科、爱康集团广州爱康国宾检查中心南天分院及环市分院这五个医疗机构的1789名参与者，采集了他们眼表及眼底的影像学数据，使用深度学习技术从这些影像数据中提取肝胆疾病的眼部特征，基于“天河二号”超级计算机提供的算力支持，开发及部署了14个模型（7个裂隙灯模型及7个眼底模型），可分别用于筛查是否患有肝胆疾病及诊断是否患有肝癌、肝硬化、慢性病毒性肝炎、非酒精性脂肪肝、胆石症及肝囊肿六大类常见肝胆疾病。

▲使用眼表及眼底影像学数据对肝胆疾病进行筛诊

（来源：国家超级计算广州中心）

此研究构建的模型效果各有差异，在诊断重症肝病如肝癌、肝硬化方面取得了良好的效果，而在症状相对较轻的慢性病毒性肝炎、非酒精性脂肪肝、胆石症及肝囊肿中则表现欠佳。这些筛诊模型已成功部署在中山眼科中心智能诊断预测云平台上，可作为大规模快速无创筛诊的工具。

▲智能诊断预测平台肝胆疾病筛诊系统界面

（来源：国家超级计算广州中心）

为了解析模型机制、打破黑箱效应，研究组首先采用了可视化技术来明确影像学相关特征，随后进行遮盖试验及灰度化测试进一步确定了关键影像学特征。通过上述技术的叠加应用，此研究首次验证了与结膜和巩膜相似，虹膜颜色和眼底视盘及血管结构包含了关键诊断信息，这一发现为更好地了解疾病的病理生理机制及其个性化管理创造了新的机会和方向。

▲眼表及眼底注意力热图

（来源：国家超级计算广州中心）

科研利器天河二号，提高项目运行效率

研究团队介绍，“依托超级大脑——天河二号，研究内容各项工作得以加速推进。丰富的资源类型、灵活的配置以及专业的技术支持在模型开发训练、部署以及测试阶段上提供了全方位的支撑。借助天河二号的丰富计算资源，开发的新模型可以基于患者眼部图像数据进行快速计算并分析图像中的显著特征，最终高效输出基于眼部图像的肝胆疾病筛查诊断结果。”

▲天河二号

（来源：国家超级计算广州中心）

“特别是，依托广州超算中心研发的应用平台，我们可以更加灵活地选择资源配置方案。在开发训练和部署阶段，根据需要灵活选用高性能异构集群可以确保具有千万级浮点参数的模型可以达到微秒级计算更新速度，确保线上模型的高速响应，有力提高了项目工程的整体运行效率。”

此项研发工作得到了国内外同行的高度评价，来自国际著名医疗机构美国梅奥医疗集团（Mayo Clinic）的大内科主任和肝胆首席专家Vijay H Shah教授在《柳叶刀-数字医疗》上发表了同期评论称赞道：“这项研究及时且重要，人工智能技术引导了不同学科的合作创新，并产生了新时代的医疗技术。”

▲林浩添教授给患者诊病

（来源：国家超级计算广州中心）

近期，根据《国家卫生健康突出贡献中青年专家选拔管理办法》（国卫人发（2015）47号），国家卫生健康委人事司组织开展了第九届国家卫生健康突出贡献中青年专家选拔工作并公示结果。鉴于林浩添教授及其带领的团队依托超算+AI最新技术在眼部影像学的智能诊断研究中，攻克了多个学科难题，取得丰硕了科研成果，2021年2月，林浩添教授作为眼科专家代表正式入选第九届国家卫生健康突出贡献中青年专家。该项评选由国家卫生健康委员会举办，主要授予在卫生健康系统作出突出贡献，创造出显著社会效益、经济效益的中青年专业人才。

论文链接：

http://www.thelancet.com/journals/landig/article/PIIS2589-7500(20)30288-0/fulltext

同期评论链接：

http://www.thelancet.com/journals/landig/article/PIIS2589-7500(20)30319-8/fulltext

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来源：国家超级计算广州中心

责任编辑：邱衍鸿

初审：赵现廷

审核：陈诗诗

审定发布：漆小萍

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