电子记忆法，中科院赵地博士：用深度学习分析医学影像，提早筛查老年痴呆症

作者｜米琪

编辑｜陈光

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随着全球老龄化进程加快、环境污染、经济发展等因素，老年痴呆症成为当今世界的“流行病”。据《2015年全球老年痴呆症报告》显示，仅2015年,老年痴呆症新增病例1000万，预计2015—2050年老年痴呆症患者将从4700万增加到1.32亿。患病比例呈明显上升趋势。

面对这一严峻现实，2015年，中科院赵地博士与北京天坛医院共同申请了北京市科委重点项目“基于MRI图像大数据分析的老年退行性疾病早期预警算法及表示物发现 ”，主要从事AD大数据收集、AD数据预处理、AD大数据分析、临床诊断决策支持模型构建、平台建设五方面的研究，旨在通过医工结合，运用深度学习、大数据驱动的方式分析核磁影像，提早筛查老年痴呆症，为医生早期的诊断与干预提供帮助。

赵地，路易山大理工大学计算机专业博士，美国哥伦比亚大学医学院医学信息专业博士后，哥伦比亚大学医学院医学信息专业是全美医疗信息方面最好的专业，被誉为“科学界和华尔街怪才”的David E. Shaw为该系教授，IBM Watson的设计师毕业于该专业。

2015年，拥有丰富计算机、生物学、医学信息知识沉淀的赵地博士由中国科学院计算机网络信息中心“百人计划”引进，从事医疗人工智能方面的科研工作。人工智能对于他来说，是非常熟悉的领域，早在2010年赴美留学期间，他已经接触深度学习在医疗领域的应用，最开始是做脑肿瘤的分割课题，之后也陆陆续从事了很多相关的研究。

在与天坛医院医生的交流沟通中，赵地博士意识到当下老年痴呆症严峻的现实，以北京为例，老年人口已占总人口的三分之一，而目前整个中国有老年痴呆患者500万人之多，占世界总病例数的四分之一。

赵地博士告诉Xtecher，老年痴呆是一种常见的神经退行性疾病，它的特点是记忆丧失和执行能力退化。一旦病症出现，病情难以控制。

目前老年痴呆症诊断的主要方式是核磁共振，它产生强大的磁场，探测人体内部的结构与其他信息，通过核磁影像反映出来。核磁影像对普通人来说，与照片无异，都由像素点、色彩、文理、线条、灰度等特征组成。

医生通过对核磁影像特征的识别来判断是否有老年痴呆隐患。这种方法精准度低、误差大、主观性强。因为人的视觉系统不敏感的图片特征，往往反映着重要的疾病信息，这就容易产生诊断误差，而且也容易受到主观因素的影响。

深度学习像一个好的挖掘机一样，把普通人视觉系统所不能探索的、有价值的与疾病相关的“特征”用数据驱动的方式检测出来。这种方式更像是中医通过分析与推理得出结果。

机器不懂原理，但是在大数据的基础上，能够根据过往案例中病情发展的趋势，做各种探索，分模块分析，从而得出一个接近于精准的、超越传统医生的诊疗结果。这个“结果”通过概率反应出来，医生通过“概率”来判是否有老年痴呆隐患或是否为患者。如果被确诊为患者，机器会对病情分轻度、中度、重度三个级别，为医生后续的治疗方案提供依据。

目前，项目还在研究阶段，做出的demo版本检测准确率已经达到86%。然而，赵地博士远远不满足于这个数字，他相信每把精度提高一点，价值就会发挥更大一些。“以后最好是99.99%，每个人都测出来”，赵地博士说。

为提高精准度，赵地博士找到了具备先进PET技术的宣武医院，并由老年痴呆影像诊断专家李坤城主任主持申请了“北京脑计划”项目。目前，项目已获得资助。

赵地博士告诉Xtecher，老年痴呆症致病的主要原因是由遗传、环境等多种因素造成的αβ蛋白、超蛋白沉积导致的神经元受阻。核磁检测的是脑中运动的水分子，通过水分子来反应αβ蛋白、超蛋白是否沉积，这是一个间接的过程。新的PET技术直接测试αβ蛋白、超蛋白，准确度比核磁测试高很多，但PET机只有极少数医院有，它辐射性强、造价高。

赵地博士并不是想推广PET技术，而是要将像李坤城主任这样的顶级老年痴呆症影像诊断的丰富经验搭载PET技术做到项目中。

赵地博士所做的研究难点不在于与医院、专家合作，也不在于找到有丰富经验的医生对大数据进行精准标注，而在于收集近年来有价值的临床数据，他与团队成员一年多的时间都用在数据收集上。

中国在疾病筛查领域落后于美国也正是由于医疗信息化滞后，美国的电子化数据积累了二三十年，建立了ADNI数据库，而中国的医疗数据积累才刚刚起步。目前，他与李坤城主任正在做China ADNI，准备在中国建立像美国那样庞大的医疗数据网，所有医院都按照一个标准搜集数据，医院之间可以互换数据、交流经验。

在项目的未来应用方面，赵地博士告诉Xtecher，未来会有三种合作模式：

一是与影像云平台合作，把训练好的模型给影像云公司；

二是与造核磁机的厂商合作，核磁机附加上这样的功能，会非常有意义；

三是与医院合作，让医生从繁重的重复性临床工作中解放出来，从而有更多的时间去研究新药与治疗方法，攻克疑难病症。

在谈到对未来的愿景时，赵地博士告诉Xtecher，他希望在老年痴呆症这个“小领域”做到较高水平，再拓展其它慢性病方向的研究。