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微软科技“见”证奇迹,守卫光明

——微软科技帮助糖网患者重见光明

初春的上海,如往旧阴雨绵绵。位于繁华地段第二军医大学上海长征医院的眼科诊室里,却有一位心情比天气更低沉的人。这位带着父亲从三线小城市赶来就医的盛女士被告知,父亲被确诊为糖尿病视网膜病变(DR)——也就是糖网病;而这个病可能会造成永久失明。

“听到结果的时候,我不敢相信。”盛女士说道,“我的父亲多年前患上糖尿病后,我们一直都很注意他的生活起居,控制得还不错。我们怎么也没想到,这个病竟然还会影响视力。“

盛老先生说,他是在数月前感到眼睛不适的。刚开始还没有很明显,直到最近看电视都倍感吃力。盛女士赶紧带他到当地一家医院查看,经多番检查却怎么也找不到病因。“父亲曾经是一位视力 2.0 的海军,视力下降对他打击很大。找不到病因就没法治疗,我们非常着急。”最终,经过多方打听,盛女士了解到上海长征医院的眼科在全国首屈一指,该院眼科主任魏锐利教授更是著名专家,便立刻带着父亲动身前往上海。

在上海长征医院,盛老先生在初步筛查时,被人工智能产品识别为疑似糖网,同时人工智能将分析结果同步给医生,最终确认了糖网病就是让盛老先生视力下降的真正原因。糖网病是糖尿病的一种并发症,病发早期患者不会感到不适,而等到视力出现障碍时,情况已经恶化了。因此糖网病也被称为“隐形杀手”。“自从父亲患上糖尿病,我们一直遵循医嘱带他定期做内分泌检查。但我们当地医院内分泌科医生没有条件检测糖网病,也忽视了日常要去眼科随诊,这才没能及时发现原因。“盛女士说道。

事实上,像盛老先生这样的患者并不是少数。据统计,中国约有 1.14 亿糖尿病患者;病史在 15 年以上的患者中约 60%可能发生糖网病变,其失明几率较非糖尿病患者高出 25 倍,且不可逆。糖网病是四大致盲眼病之一;世界卫生组织预测,到 2030 年,全球糖网患者人数将增加到 3.66 亿。

“早期症状不明显、地方医疗条件有限是阻碍多数糖网病患者及时发现病变的重要原因。但是我们也不能忽略另外一个现状:目前专业眼科医生数量少,且大多身处大城市。相信盛先生一开始检查没有找到原因,就是因为当地没有专业医生为他做眼底检查,或者没有能力阅片。”魏主任解释说。事实上,当下中国约五分之一的县级医院仍没有设置眼科,而眼科的患医比已达到惊人的 3166:1。

医疗资源的不均衡加大了眼科医生的工作负担,他们大多时候都在忙于急性或重症眼疾的治疗,很少能专注精力处理糖网病这样的慢性疾病。“但是科技却能给我们很好地帮助。”参与盛老先生治疗的黄潇主治医师介绍道,“我们在诊断的过程中,就是借助了一个名为 Airdoc DR 的糖网辅助智能分析系统。”

Airdoc DR 是一家来自中国本土的初创企业 Airdoc 针对糖网病开发的、基于微软深度学习架构的解决方案,很好地解决了过往医生只能凭手动和人工看片方式存在的效率低、准确率低的问题。它在大量专家医生标注的眼底数据基础上,利用微软深度学习技术,设计特定的深度神经网络结构,实现眼底图像准确识别及病变区域判断,从而协助医生在数分钟之内完成筛查及准确分析。

“它很有用,也非常好用。“魏主任和黄医生评价道。“我们将患者的信息和眼底影像输入到系统内,它就会自动上传云端与现有的数千张影像进行对比分析,然后生成报告给我们参考。”

目前,Airdoc DR 已经在上海长征医院全面推广。除了针对糖网病的系统,Airdoc 还推出了多套专注于以人工智能、深度学习提升医学诊疗准确率和效率的解决方案,得到了多家医院的认可关注和积极部署。

医疗机构的积极应用,对于 Airdoc 的人工智能算法平台而言,意味着不断增加的大规模医疗数据和实时并发的计算需求。“我们很高兴看到这些解决方案被医院所采用。但是同时,我们也发现了一个问题——原先使用的深度学习系统框架的性能已经跟不上训练数据的要求了。”Airdoc 创始人张大磊谈道。

在公司最需要新技术力量来应对扩展的训练架构的时候,张大磊听说微软要推出最新版本的微软认知工具包,立刻就兴奋起来。“抱着试试看的心情”,张大磊给微软开发者体验部门发了一封电子邮件询问相关情况,并直接表示希望把自家解决方案迁移到微软深度学习架构上,以实现多机多卡的分布式训练环境,提升整体性能。

让张大磊兴奋的微软认知工具包(Microsoft Cognitive Toolkit),是微软研究院推出的一个用于深度学习的系统,能够基于 CPU GPU 高效、跨平台地处理大规模、可投入应用的任务,并可同时支持 Windows Linux 系统。

Airdoc 解决方案此前基于 Caffe 平台 ResNext 和 GoogLeNet 模型所构建。面对大量的医疗数据,张大磊希望此番向微软认知工具包的迁移,不仅能平稳、迅速地进行,更需要确保模型准确度不变化,这并非易事。

在接到 Airdoc 需求的第一时间,微软迅速成立了一支由开发者体验部门技术人员、微软亚洲研究院研究员与在美国总部的微软认知工具包团队组成的技术支持小组。在北京微软大厦一间 30 平米的会议室里,小组成员与 Airdoc 积极交流技术设想,对每一细节进行充分讨论;而 Skype for Business 连接着的另一边,则是位于美国总部的同事在远程参与和支持。一名参加了项目全程的研究员笑着说:“我喜欢应对挑战。更何况这次是一个与医学相关的项目,这让我觉得特别有意义。”

最终,仅用时四天,这群技术极客们就宣告了迁移工作的全面胜利——不仅达成了预期目标,确保了准确率与原先完全一致,更是收获了超出了所有人设想的意外结果:在微软认知工具包上的 GoogLeNet 模型运行效率远远高于 Caffe 平台,整体模型的运行效率提升了 30%-40%。

张大磊欣喜地表示,“我一直相信微软,相信微软的技术。这次在这么短的时间内就实现了无缝衔接,实在太震撼了!不过最让我感动的还是微软的科研热情和协作精神,没想到一封邮件就促成了这一次的合作!”

在微软技术的帮助下,Airdoc DR 系统稳定高效的运行,帮助盛老先生及更多糖网患者及时确诊,从而采取有针对性的激光治疗方案。现在,盛老先生的视力已经得到了改善,从 0.1 不到恢复到了正常水平。

父亲得到了有效治疗,盛女士非常高兴。“非常感谢上海长征医院的眼科医生们,他们真的非常专业,非常认真。我也感觉很是幸运,能遇到像 Airdoc DR 这样的系统,帮助医生及时找出我父亲的病因。“盛女士还感慨道,希望能把这个系统普及到更多中小城市的医院中去,提高地方的糖网筛查能力,让更多的糖网病患者能及早得到治疗,降低失明风险。

“的确,Airdoc DR 大大解放了我们眼科医生。使用这套系统的医生其实并不需要具备眼科方面特别深度的专业知识,也能快速判断糖网病的病变与否。”魏主任补充道,“这样一来,让更多的医院部署这套系统其实就是把我们专业医生的手和经验延伸到了全国各地。即便是偏远地方医院也可以通过云端上传患者的眼底影像,进行远程分析,让小地方的患者也能享受到大城市的医疗诊断,而不必多费周折亲身前来。”

搭载微软深度学习技术的 Airdoc DR 是一次人工智能跨界应用创新的成功典范。在中国,加快发展人工智能医疗应用也是大势所趋。“医学诊断创新”、“智慧医疗”等已成为“十三五”规划以及《健康中国 2030 规划纲要》中的高频词汇。可以预见,未来将人工智能的技术手段与专家经验与医学知识相结合,在临床中不断完善,能实实在在提高诊疗效率和准确率,提高健康服务水平。

愿人工智能成为医生新时代的听诊器,让所有人都可以享受到顶级的医疗服务。智者仁心,相信这是上海长征医院的医生们、Airdoc 和微软的共同心愿。