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探索研究数字生物标记物 腾讯挖掘AI“测量”疾病的更多可能

2019-10-18 17:21
来源: 腾讯医疗

10月9日,2019 AI in Pharma峰会在美国马萨诸塞州波士顿举办,来自世界各地的专家和学者齐聚一堂,共同探讨人工智能在药物研究上的应用潜力。腾讯医疗人工智能研究院院长范伟博士受邀出席并作题为“数字诊疗平台和数字生物标记物”的演讲,分享腾讯在数字生物标记物研究方面的探索和进展。

数字生物标记物研究是腾讯在医疗AI应用方面开辟的最新研究路径,通过“量化”疾病评估,让疾病管理更有据可依。同时,通过研发数字诊疗平台,腾讯为这一研究方法的落地规划好了方向,或将为医学界带来新的数字诊疗革命。

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图:范伟博士在2019 AI in Pharma峰会上进行主题演讲

数字生物标记物实现疾病评估“量化”

生物标记物(Biomarkers)是一种可以客观衡量和评估的生物学特征,可以作为正常生物或病理过程的指标,或者反映治疗手段的结果。基因表达模式、体液中特定蛋白质的水平、或大脑中电活动的变化都属于生物标记物。

比如,95%的慢性粒细胞白血病(CML)病例中都发现有某生物标记物易位,使得两种正常蛋白质融合产生一种异常蛋白质——它会促进白细胞数量的快速增加,在某些情况下导致急性淋巴细胞白血病。基于这种生物标记物,伊马替尼被开发出来,在后续的研究中,研究人员发现接受伊马替尼治疗的患者超过90%对初始治疗反应积极,许多患者获得了完全治愈。

这仅仅是生物标记物的应用场景之一。利用生物标记物,临床医生在实践中能够提高诊断或疾病治疗的质量,减轻疾病对社会和经济的影响。生物标记物的研究推动了个性化医疗的发展,可针对特定患者采取更为积极、有效的治疗,是预防医学的基础。

目前,腾讯医疗人工智能研究院所做的工作,即是通过数字化手段将生物标记物所释放的“信号”变成一种量化客观的标准,用于解释或者预测疾病走向。

在视频信号方面,腾讯医疗人工智能研究院通过利用视频分析算法,分析患者的步态、坐姿、手部动作等运动视频,将运动过程变成一种量化的指标。这种办法已经被应用于脊柱侧弯、帕金森病等疾病的运动评估之中。以脊柱侧弯为例,人类肉眼很难察觉或测量动态APA(肩峰线与髂前上棘线的夹角),从而发现步态异常的脊柱侧弯患者。通过视频分析技术,这一夹角能够轻松被提取出来,结果表明,健康人群的APA平均度数为0,而脊柱侧弯患者的APA平均度数通常为负,该生物标记物在区分患者和对照组方面具有统计学意义。

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图:通过测量动态APA发现脊柱侧弯患者

同样,在帕金森病的诊断中,视频分析技术也能够帮助人类识别人眼无法识别的像素级震颤,并做量化分析,突破运动测量的极限,高效地评估帕金森患者的病情,对患者进行分级,制定更有针对性的治疗方案。

腾讯还启动了数字生物标记物在其它领域的应用。在房颤筛查以预防脑卒中方面,范伟博士援引《中国脑卒中防治报告2018》的数据介绍道,房颤(Afib)与脑卒中的发生显著相关,房颤患者的脑卒中患病率为 9.48%,显著高于非房颤患者的脑卒中患病率(2.26%)。通过心电图解读技术,寻找房颤的早期筛查数字生物标记物能够帮助患者把握“黄金时间”。人工智能将对心电信号和心电图波形进行AI智能分析,自动识别反馈房颤等异常类别及来源,辅助医生进行高效精准的早期检测、风险评估、术前规划等。

心衰患者也能从数字生物标记物中获益。左室舒张末期压力(LVEDP)、肺毛细血管楔嵌压(PCWP)指向心衰及心衰患者再入院的重要指标,通过血液容积脉搏波(Photo-Plethysmography ,PPG),患者无需借助特定的设备,只需通过手机就能随时随地进行测量,找到心衰疾病的早筛及病情分析的数字生物标记物。

此外,通过手机拍摄的皮肤图片,银屑病的早期诊断数字生物标记物也能够很方便地识别出来。在诊前,患者通过人机交互,通过患者图片上传,进行简单的问诊,对疾病初步评估,结合互联网医院平台,实现智能分诊、导诊、转诊;在诊中环节,系统可初步帮助医生判断病情,同时给出个性化的治疗方案建议,医生可通过网络会诊,为患者作出诊断决定;在诊后环节,系统可通过预后评估,预测病情复发概率,并对患者病情进行智能追踪,在此基础之上,并通过用药效果监测,实现个性化用药指导。

数字诊疗平台让疾病管理更便捷

数字生物标记物研究能够促进对可测量的生物过程与临床结果之间关系的了解,可以帮助患者和医生更早、更快、更准地发现疾病征兆,但是,在传统的医疗服务模式之下,病人身边不可能随时都有医护人员的存在,而慢病管理需要病人有很高的依从性。

数字诊疗平台(Digital Therapeutics)的研发让疾病的“随时随地”管理成为现实。范伟介绍:“通过自然语言理解、影像、语音等技术,患者大部分的问题在家中就能通过人机对话得到解答。通过AI强大的分析能力,医生可以评估病情进展,及时调整药物和治疗方案,节省病人找医生的时间。”

2018年11月18日,腾讯作为牵头单位联合多家知名医院和科研机构正式启动了2018年国家重点研发计划中的“数字诊疗装备研发专项” ——“基于人工智能的临床辅助决策支持技术及其服务模式解决方案研究”项目,并启动“数字诊疗平台”的研发。借助这一平台,无论是在医院场景还是在居家场景下,医生和患者双方都能够及时掌握病情,如此将数字生物标记物的效用发挥至最大。

一直以来,腾讯依托其微信平台和生态以及在人工智能技术等方面的积累,为医生和患者打造诸多触手可及的医疗服务工具。而通过将数字生物标记物与数字诊疗平台相结合,双管齐下,腾讯医疗人工智能研究院的工作有力拓宽了医疗AI应用的边界,为“科技向善”带来了更多可能,将让更多医患从科技的发展中获益。

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