文 |《中國(guó)科學(xué)報(bào)》實(shí)習(xí)生 孟凌霄
2018年，一個(gè)網(wǎng)名為“coolwulf”的“業(yè)余程序員”，在程序員社區(qū)V2EX發(fā)布了一款應(yīng)用，可以通過人工智能（AI）看胸片，給出是否罹患乳腺癌的意見。它有很高的準(zhǔn)確率，而且是免費(fèi)的。一時(shí)間引來無數(shù)好評(píng)。
如今，“coolwulf”的方向從癌癥檢測(cè)轉(zhuǎn)移到實(shí)際治療方面，并帶著AI診療腦瘤系統(tǒng)回來了。
【資料圖】
“coolwulf”原名姜浩，本科畢業(yè)于南京大學(xué)物理系，博士畢業(yè)于密歇根大學(xué)核工程和放射科學(xué)系，曾在布魯克、西門子擔(dān)任研發(fā)總監(jiān)，指導(dǎo)影像領(lǐng)域的產(chǎn)品開發(fā)。目前在醫(yī)學(xué)影像深度學(xué)習(xí)公司NeuralRad擔(dān)任首席執(zhí)行官。
這些年來，他有自掏腰包，發(fā)動(dòng)親友蹲守50張顯卡的壯舉；也有地下室跑實(shí)驗(yàn)，引來FBI登門檢查的烏龍；但更多的是，“讓患者活下去、活得好一些”的愿景。
姜浩所在的NeuralRad團(tuán)隊(duì)
地下室實(shí)驗(yàn)，引來FBI
2017年，姜浩的一位南京大學(xué)學(xué)妹因乳腺癌去世。“當(dāng)時(shí)發(fā)現(xiàn)得晚了，才34歲，留下了一個(gè)4歲的孩子。”
根據(jù)世界衛(wèi)生組織數(shù)據(jù)，乳腺癌已成為全球發(fā)病率第一的癌癥 。姜浩知道，乳腺癌的一大特點(diǎn)是“越年輕，越兇險(xiǎn)”，年輕人的乳腺癌會(huì)擴(kuò)散更快。如果能在乳腺癌Ⅰ期發(fā)現(xiàn)，5年生存率是99% ，但在國(guó)內(nèi)，乳腺癌的早期發(fā)現(xiàn)率不足20%，而通過篩查發(fā)現(xiàn)的比例更不及5% 。
姜浩想，如果AI可以幫著“看片子”，也許能大大提高乳腺癌的早期檢測(cè)成功率。他決定，將醫(yī)療影像與深度學(xué)習(xí)相結(jié)合。
對(duì)于一個(gè)足夠好的深度學(xué)習(xí)模型，一是要有足夠多的數(shù)據(jù)，二是要有足夠強(qiáng)大的計(jì)算力。
姜浩從北美和歐洲幾個(gè)研究機(jī)構(gòu)獲得了帶標(biāo)注的胸部醫(yī)療影像。他解釋道，這些標(biāo)注能夠區(qū)分是否患有乳腺癌（良性或惡性的腫塊或者鈣化組織），而標(biāo)注大多來自美國(guó)放射學(xué)委員會(huì)認(rèn)證的放射科專家。如果深度學(xué)習(xí)模型能夠訓(xùn)練好，就可以達(dá)到這些專家讀圖的平均水平，甚至更好。
另一方面，足夠強(qiáng)大的計(jì)算力需要硬件支撐。
在乳腺癌檢測(cè)項(xiàng)目啟動(dòng)的2017年底，市面上幾乎沒有GPU云端服務(wù)，因此只能個(gè)人購(gòu)買硬件設(shè)備。當(dāng)時(shí)虛擬幣挖礦火熱，單張顯卡的價(jià)格被從幾百美元炒到1100美元，而且還有價(jià)無貨。
為了湊到足夠的硬件算力，姜浩自掏腰包，發(fā)動(dòng)親友在購(gòu)物網(wǎng)站蹲守多日，終于搶到了50張1080Ti顯卡。此外，加上訓(xùn)練模型所需的電腦主板、CPU、固態(tài)硬盤和內(nèi)存條等，粗粗一算，總花費(fèi)不可小覷。
姜浩玩笑道，“其實(shí)我從來沒算過錢，算出來，被太太知道不好”。
萬事俱備后，姜浩找到一位開中餐館的朋友，把設(shè)備安置在餐館地下室中。沒想到的是，此舉卻給朋友招來“大麻煩”。
在一次衛(wèi)生例行檢查中，一位檢查員被中餐館地下室的硬件設(shè)備嚇了一跳。沒過幾天，四名警察和兩名FBI工作人員登門搜查。一番解釋后，警察才了解到，原來地下室藏著的是實(shí)驗(yàn)用的硬件設(shè)備，而非“地下賭博網(wǎng)站”。
姜浩（左一）和開中餐館的朋友
寶貴的“第二意見”
2018年，經(jīng)過幾個(gè)月的奮戰(zhàn)，姜浩的AI檢測(cè)乳腺癌網(wǎng)站終于上線。
只要將乳腺癌影像以JPG形式上傳網(wǎng)站，就能獲得AI的判斷結(jié)果。這一檢測(cè)系統(tǒng)速度快、準(zhǔn)確率高。更重要的是，它完全免費(fèi)。
姜浩曾在歐洲的INbreast 數(shù)據(jù)庫(kù)上做了測(cè)試，準(zhǔn)確度達(dá)到90%。美國(guó)肯塔基大學(xué)醫(yī)院和中國(guó)的一家合作公司使用在某個(gè)乳腺癌檢測(cè)世界競(jìng)賽中獲得第二名的程序來測(cè)試乳腺癌影像數(shù)據(jù)庫(kù)，結(jié)果顯示漏了10個(gè)陽性案例；使用姜浩的系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，只漏了一個(gè)陽性案例。
漏檢陽性案例，結(jié)果就會(huì)出現(xiàn)假陰性。“假陰性會(huì)讓患者漏掉癌癥結(jié)果，肯定比假陽性有更大的危險(xiǎn)，錯(cuò)過惡性病變總比讓病人去做活檢要麻煩很多。”而姜浩發(fā)明的檢測(cè)方法，假陰性幾率極低。
不過，姜浩強(qiáng)調(diào)，這一工具并不能用于診斷，只能為患者、醫(yī)生提供第二參考意見。在缺乏醫(yī)療資源的偏遠(yuǎn)地區(qū)，這些寶貴的“第二意見”，不僅有助于醫(yī)生在診斷時(shí)更有信心，更能為潛在患者爭(zhēng)取治療時(shí)間。
實(shí)際上，即使在專業(yè)醫(yī)生的診斷中，影像篩查仍不能100%準(zhǔn)確顯示女性是否患有乳腺癌。
這一檢測(cè)項(xiàng)目獲得了業(yè)內(nèi)的廣泛關(guān)注，以及網(wǎng)友們?nèi)绯钡暮迷u(píng)：“同樣是1080（1080Ti顯卡），有的用來游戲，有的用來挖礦......這是用技術(shù)造福人類的典型”“佩服大神有能力為社會(huì)貢獻(xiàn)價(jià)值” “這才是極客應(yīng)該做的”。
這一切，都是姜浩在短短幾個(gè)月內(nèi)，利用業(yè)余時(shí)間獨(dú)立完成的。
只是，乳腺癌檢測(cè)項(xiàng)目耗資不菲，僅僅50張顯卡就超過5萬美元，硬件設(shè)備共計(jì)超過10萬美元。為什么不將網(wǎng)站商用，用它賺點(diǎn)錢，至少回個(gè)本？
姜浩卻答，“沒想過”。他說，做免費(fèi)乳腺癌檢測(cè)的初衷，一是學(xué)妹因病去世的觸發(fā)，二是自己剛好有這方面能力。
這項(xiàng)技術(shù)具體造福了多少人，姜浩并不清楚。當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)的乳腺癌檢測(cè)平臺(tái)出于隱私保護(hù)的考慮，并不保留后臺(tái)影像數(shù)據(jù)，但每天上百的IP訪問和來自世界各地的感謝信讓他意識(shí)到，也許自己所做的一切正在起作用。
在乳腺癌檢測(cè)網(wǎng)站之后，姜浩還開發(fā)了人工智能檢測(cè)CT肺結(jié)節(jié)網(wǎng)站，同樣完全免費(fèi)。
乳腺癌項(xiàng)目下的評(píng)論留言
為摯友實(shí)現(xiàn)遺愿
姜浩想過，如果能將癌癥檢測(cè)轉(zhuǎn)移到實(shí)際治療中，就能讓更多患者從中受益，但“老盧”找到他合作時(shí)，他卻猶豫了。那時(shí)，姜浩是公司重量級(jí)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人之一，“出走”會(huì)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度有不小的影響。
最終，“老盧”的過往經(jīng)歷打動(dòng)了姜浩。“老盧”是美國(guó)得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心副教授盧衛(wèi)國(guó)。他曾放棄企業(yè)高層的豐厚薪水，到醫(yī)院中做一位臨床物理師。他對(duì)姜浩解釋，“我不能做了一輩子研究，但沒有親手治過一個(gè)病人”。
這一想法與姜浩不謀而合，姜浩說，“做醫(yī)療行業(yè)的人，很多人都有使命感。寫程序可以進(jìn)很多大企業(yè)，但更應(yīng)該做一些有意義的事情。”
更重要的是，盧衛(wèi)國(guó)提起兩人共同的朋友——陳昱，“如果陳昱還活著，就會(huì)找他合作。”
陳昱是姜浩在密歇根大學(xué)的師兄，不僅是癌癥放射治療的專家，也是姜浩的一生摯友。畢業(yè)后，陳昱工作于世界頂尖放療公司TomoTherapy，他研發(fā)的TomoEdge系統(tǒng)正在全世界各地的癌癥中心救治患者。
2017年5月31日，陳昱在一次意外事故中去世。為了紀(jì)念他，放療學(xué)術(shù)界最高水平的雜志International Journal of Radiation Oncology - Biology - Physics將2018年的一期封面設(shè)為他的照片。
雜志紀(jì)念陳昱的封面
姜浩和盧衛(wèi)國(guó)知道，如果陳昱的生命還在繼續(xù)，他一定會(huì)繼續(xù)醫(yī)學(xué)物理的事業(yè)，繼續(xù)毫無保留地幫助患者。
姜浩說，“我就想幫他實(shí)現(xiàn)這個(gè)遺愿。”
從檢測(cè)到診療，AI能走多遠(yuǎn)？
這一次，他們最先關(guān)注的，是腦瘤放射治療。
起因是一位同事的親人罹患腦腫瘤，采用了“全腦放療”進(jìn)行治療，但幾個(gè)月后，腦腫瘤再次復(fù)發(fā)，患者最終去世。
“全腦放療”是對(duì)整個(gè)大腦進(jìn)行放射治療，以控制顱內(nèi)腫瘤生長(zhǎng)的常規(guī)療法。盡管這項(xiàng)技術(shù)可使患者生存期延長(zhǎng)一段時(shí)間，但在腫瘤復(fù)發(fā)時(shí)，這種“無差別攻擊”就不能二次采用。姜浩說，僅在美國(guó)，每年就有20萬病人要做全腦放療，在中國(guó)可能數(shù)量更多。
與一次性的“全腦放療”相比，“立體定向放療”更溫和、精準(zhǔn)，治療效果更好，而患者也可以多次進(jìn)行治療，生活質(zhì)量也更高。
但在實(shí)際醫(yī)療中，“立體定向放療”的使用率并不高。這背后的原因是，醫(yī)生在為多發(fā)性腦病患者進(jìn)行這一手術(shù)時(shí)，需要對(duì)每個(gè)病灶進(jìn)行精確的勾畫、標(biāo)記和追蹤，并精準(zhǔn)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的治療計(jì)劃。在緊張的醫(yī)療資源面前，許多患者不得不選擇“全腦放療”。
如何讓更多的腦癌患者使用“立體定向放療”，而非只能選擇“全腦放療”，這是姜浩團(tuán)隊(duì)真正想解決的問題。
從2019年起，姜浩團(tuán)隊(duì)與美國(guó)得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心、斯坦福大學(xué)共同合作，開發(fā)了自動(dòng)勾畫、標(biāo)記和治療腦瘤的AI模型。
目前，他們已經(jīng)開發(fā)出三種模型，分別對(duì)應(yīng)腦瘤的診療過程，包括自動(dòng)勾畫/標(biāo)記腦轉(zhuǎn)移瘤病灶的模型、基于SVM-放射組學(xué)的快速減少假陽性的模型，以及基于優(yōu)化輻射劑量圖，快速分割多個(gè)病灶到不同治療療程的模型。
這一平臺(tái)已經(jīng)在得克薩斯大學(xué)西南醫(yī)學(xué)中心等機(jī)構(gòu)進(jìn)行了臨床一期和二期試驗(yàn)，治療了大約100個(gè)患者。姜浩告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，其中一位試驗(yàn)患者腦瘤數(shù)量超過100個(gè)，在以往只能采用“全腦放療”，但在新系統(tǒng)的幫助下，現(xiàn)在已經(jīng)能接受“立體定向放射外科治療”。
目前，這項(xiàng)工作已經(jīng)在2022年美國(guó)醫(yī)學(xué)物理學(xué)家協(xié)會(huì)（AAPM）春季臨床會(huì)議上，由團(tuán)隊(duì)在斯坦福大學(xué)的合作者發(fā)表，并會(huì)在今年7月的 AAPM 年會(huì)上有一個(gè)專題報(bào)告。
接下來，姜浩團(tuán)隊(duì)未來的目標(biāo)是讓腦癌系統(tǒng)獲得美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）認(rèn)證，以便讓更多醫(yī)院使用。他表示，目前的平臺(tái)還能拓展應(yīng)用于頭頸、肺部、心臟等部位。
“如果能將連續(xù)放療手段與免疫療法結(jié)合，就有可能把癌癥拖成慢性病，延長(zhǎng)患者的生命，”姜浩說，“這就是我們的愿景。”
姜浩在采訪中介紹腦癌項(xiàng)目模型
參考資料：
http://neuralrad.com/
https://www.v2ex.com/t/462641?p=3
https://www.v2ex.com/t/843341#reply46
https://mp.weixin.qq.com/s/2zNoWtOHdwC0nNnT0d_WBQ
https://mp.weixin.qq.com/s/aURNI11R-1mavrIL-U_Tlg
https://mp.weixin.qq.com/s/ZbqBkUvphIAHHu5kwlnwxw
標(biāo)簽： 地下室實(shí)驗(yàn)
