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破譯大腦的黑匣子,離不開這把“鑰匙”

得了腦卒中,身體還能恢復(fù)如初嗎?

這個真實的案例,也許會給很多人帶去欣慰。2022年吉林大學(xué)第一醫(yī)院的一位腦卒中患者,從入院到手術(shù)完成只用了75分鐘,三周后完全康復(fù),回歸正常生活。

腦卒中,也就是我們常說的“中風(fēng)”。正如其英文名Stroke,這種重大腦疾病會給人帶來突如其來的重?fù),患者的人生都有可能停擺。

腦卒中可怕嗎?目前,腦卒中已經(jīng)是我國第一大致死性疾病,每5個因病死亡的人中就有1人是腦卒中。而且致殘率高,大約50-70%腦卒中患者遺留有不同程度的殘疾,如偏癱、語言障礙、癡呆等,嚴(yán)重者長期臥床、生活不能自理。很多人的長輩親屬中就有罹患腦卒中的經(jīng)歷,腦卒中可能會將一個正常的家庭拖入深淵。

但是,如果及時救治,輔以有效的后期康復(fù)治療,腦卒中是可以被治愈的。

同樣的疾病,為什么命運如此不同?是什么決定了人們擁有不同的生命長度和生命質(zhì)量?這可能來自人類探索大腦奧秘的一小步。

探索沉睡百萬年的“黑匣子”

大腦是人體中最精密最復(fù)雜的器官,然而人類關(guān)于大腦的認(rèn)知卻是最少和最晚的。

人類可追溯的歷史大約有300萬年。在人類文明漫長的歲月中,大腦就像一個“黑匣子”,不但其工作機制的奧秘遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有揭開,對相關(guān)疾病也束手無策。

在希臘哲學(xué)家之前,心臟被廣泛認(rèn)為是智力所在。直到希臘解剖學(xué)家赫羅菲拉斯對人體進行了全面的解剖,才意識到大腦是神經(jīng)系統(tǒng)的中樞,F(xiàn)代腦科學(xué)第一個革命性的發(fā)現(xiàn)誕生時,歷史的車輪已經(jīng)行進到了20世紀(jì)初。西班牙神經(jīng)解剖學(xué)家圣地亞哥·拉蒙·卡哈爾提出的神經(jīng)元學(xué)說,讓腦科學(xué)研究開始進入了快車道。

然而,即使在21世紀(jì)的今天,人類對大腦的認(rèn)知仍然是零珠碎玉。這也是為什么包括中國在內(nèi)的主流國家都啟動了各國的腦科學(xué)計劃。目前,探索人腦工作原理、繪制腦功能聯(lián)結(jié)圖譜、尋找腦重大疾病診治的新手段,仍然是全世界前沿科學(xué)家的重任。

可想而知,當(dāng)大腦這一“黑匣子”出現(xiàn)疾病,人們只能處在無助的恐懼中。在頭顱CT應(yīng)用之前的醫(yī)學(xué)時代,無論東方還是西方,中醫(yī)還是西醫(yī),由于根本沒法弄清腦袋里哪里出了問題,甚至都不清楚是血管堵還是血管破,只能對腦卒中束手無策。即使是帝王名流都無法幸免。

某種程度上,腦卒中還影響到國家興衰。史書記載,頗具改革魄力的宋神宗(趙頊)三十七歲即發(fā)中風(fēng),“失音直視,不能言,首肯之”,雖遍訪名醫(yī)救治,仍然“疾勢日增”,不久后駕崩。歷經(jīng)十?dāng)?shù)載的王安石變法因宋神宗的英年早逝而終結(jié),此后北宋王朝的命運更加風(fēng)雨飄搖。

人類對大腦認(rèn)知的突破在近百年內(nèi)才開始出現(xiàn)。在20世紀(jì)初,造影劑等相關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)加速了顱內(nèi)結(jié)構(gòu)的可視化發(fā)展。1927年,埃加斯·莫尼茲發(fā)明了腦血管造影術(shù),大腦內(nèi)的神經(jīng)成像首次被世人窺得了廬山真面目,人類第一次看到了大腦動脈的活體射線照片。1971年,英國電子工程師亨斯菲爾德,完成了人類大腦的首次CT掃描。

現(xiàn)代影像醫(yī)學(xué)的崛起,讓腦卒中從不可知到可知,從不可治變成可治,從慢性病變成超急診。

       時間就是大腦

沒錯,腦卒中是超急診。

醫(yī)生和病人最大的敵人只有一個——時間。救治每延誤一分鐘,就會有190萬個腦細(xì)胞和14億神經(jīng)突觸發(fā)生不可逆損傷。

然而現(xiàn)實中,各地醫(yī)療水平相差甚大,相當(dāng)一部分醫(yī)院,腦卒中患者從進入急診科到神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)生做出急救決策這一過程就長達(dá)數(shù)小時,還不包括送往醫(yī)院的時間,往往錯過黃金救治時間。醫(yī)學(xué)界有一個專有名詞DPT(door to puncture time),就是指從進入醫(yī)院大門到血管穿刺成功所用的時間,它是衡量醫(yī)療機構(gòu)缺血性卒中治療水平的重要標(biāo)尺。

為什么DPT需要花費這么長時間?

醫(yī)學(xué)上,腦卒中分為缺血性腦卒中和出血性腦卒中,其中缺血性腦卒中大約占所有腦卒中的70%左右。以缺血性卒中為例,根據(jù)不同病癥的不同情況,治療方法包括溶栓治療、取栓治療等,其治療原理都是把閉塞的腦動脈再次開通。但無論哪種治療方案都需要與時間賽跑。

比如,靜脈溶栓是急性缺血性腦卒中治療的有效手段,救治的黃金時間為發(fā)病4.5小時內(nèi),之前需要CT檢查信息;發(fā)病4.5h-6h的患者可以通過機械取栓獲得救治,之前需要CTA(CT angiography,CT血管造影)檢查信息;發(fā)病6h-24h的超窗取栓治療患者,機械取栓前需要CTA+CTP(CT perfusion,CT灌注成像)的檢查信息。

無論選擇哪種治療方案,最重要的醫(yī)學(xué)依據(jù)是通過影像快速判斷病情,即在各類CT影像檢查結(jié)果出來之后,對它們快速進行準(zhǔn)確評估。

由于腦卒中的臨床表現(xiàn)多樣、病因復(fù)雜,患者做完影像以后,往往需要十年以上資質(zhì)的影像學(xué)醫(yī)生才能對影像做出準(zhǔn)確的評價,而且耗時很長,一般評估過程需要30-60分鐘。

醫(yī)生需要在很短的時間內(nèi),做大量的專業(yè)判斷,包括對腦實質(zhì)改變、顱內(nèi)、外供血動脈的改變、腦實質(zhì)內(nèi)毛細(xì)血管水平的血流動力學(xué)改變、病因及發(fā)病機制分型等一一做出診斷。

過去,對于影像學(xué)醫(yī)生,這是一場殘酷的戰(zhàn)爭。他們孤立無援,只能靠自身多年積累的診療經(jīng)驗,在極大的壓力下與時間賽跑。但是,當(dāng)一位出色的助手進入診療環(huán)節(jié)后,變化產(chǎn)生了,TA就是人工智能醫(yī)療影像輔助系統(tǒng)。

       綠區(qū)保衛(wèi)戰(zhàn)

人工智能醫(yī)療影像輔助系統(tǒng)顯示,腦CT影像中,綠色代表可搶救區(qū)域,紅色代表梗死區(qū)。當(dāng)綠色區(qū)域完全被紅色的梗死區(qū)侵蝕殆盡時,就代表著患者腦組織死亡。腦卒中的救治過程,就是一場綠區(qū)保衛(wèi)戰(zhàn)。

在這場綠區(qū)保衛(wèi)戰(zhàn)中,人工智能是如何幫助醫(yī)生增加贏率的呢?

吉林大學(xué)第一醫(yī)院,設(shè)有國家示范高級卒中中心,其卒中救治水平在全國名列前茅,視頻中的案例就發(fā)生在這里。在耗時的影像評估決策環(huán)節(jié),吉林大學(xué)第一醫(yī)院應(yīng)用了人工智能醫(yī)學(xué)影像輔助診斷系統(tǒng),3分鐘內(nèi)完成診斷,極大縮短了影像學(xué)評估的時間。通過發(fā)掘深層次影像信息,AI可以幫助醫(yī)生完成對缺血性腦卒中多模態(tài)影像的智能分割、病灶檢測、圖像分析、評估預(yù)后等工作。

這套AI系統(tǒng)是如何煉成的?在數(shù)據(jù)、算法、算力三要素的背后,你會發(fā)現(xiàn)頂尖醫(yī)院、知名醫(yī)療AI企業(yè)與領(lǐng)先科技企業(yè)的身影。

首先,數(shù)據(jù)方面,高質(zhì)量數(shù)據(jù)決定醫(yī)療AI高度。在腦卒中治療領(lǐng)域,首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院在國內(nèi)處在領(lǐng)先地位。據(jù)了解,我國腦卒中再灌注治療復(fù)發(fā)率為25%,國際腦卒中治療后復(fù)發(fā)率為7%,天壇醫(yī)院腦卒中再灌注治療復(fù)發(fā)率為2%。這套人工智能醫(yī)學(xué)影像輔助診斷系統(tǒng),就是領(lǐng)先的醫(yī)療AI公司安德醫(yī)智基于天壇醫(yī)院的上萬例臨床影像數(shù)據(jù)訓(xùn)練而來。

其次,算法方面,自動化和標(biāo)準(zhǔn)化的人工智能影像算法在結(jié)合高維異構(gòu)數(shù)據(jù)復(fù)雜建模方面有顯著優(yōu)勢,安德醫(yī)智在全球率先實現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)疾病CT/MRI影像人工智能輔助診斷,包括腦腫瘤、小血管病變、腦卒中在內(nèi)的60余種疾病。目前,這套人工智能醫(yī)學(xué)影像輔助診斷系統(tǒng)可以將對卒中影像的評估時間縮短到3分鐘。

第三,算力方面,CT/MRI影像數(shù)據(jù)量大,單個病例就可以達(dá)到GB級,對算力的挑戰(zhàn)很大。在模型開發(fā)過程中,浪潮AI服務(wù)器解決了模型復(fù)雜度高、計算量大、單次耗時長等難點。浪潮AI資源管理平臺AI Station,則顯著提升了資源使用率與訓(xùn)練效率,可以支持近80位工程師同時使用計算平臺。最終,在浪潮算力基礎(chǔ)設(shè)施的幫助下,實現(xiàn)了主要模型訓(xùn)練速度提升10倍以上,訓(xùn)練時間由2周多降為2天。

       相信治愈的力量

根據(jù)《中國腦血管病臨床管理指南》的數(shù)據(jù),我國是卒中大國,每年新發(fā)卒中病人約300萬。因此,我國卒中診治負(fù)擔(dān)很重,尤其是基層醫(yī)院,卒中專業(yè)醫(yī)師短缺。

人工智能醫(yī)學(xué)影像輔助診斷系統(tǒng)的應(yīng)用,相當(dāng)于優(yōu)質(zhì)稀缺的專家資源以人工智能產(chǎn)品的形式走進基層醫(yī)院。

吉林大學(xué)第一醫(yī)院放射線科主任、中華醫(yī)學(xué)會放射學(xué)分會副主任委員張惠茅表示,人工智能在卒中臨床診療的價值,不僅是快速進行醫(yī)學(xué)影像評估,幫助醫(yī)生快速準(zhǔn)確做出治療方案的決策。對于提升診斷標(biāo)準(zhǔn)化,降低漏診率和誤診率,整體優(yōu)化診療流程,推動醫(yī)療均質(zhì)化等方面,人工智能都有極大推動作用。

在科學(xué)革命之前,人們只能相信,人類生病是因為打開了潘多拉魔盒。即使到現(xiàn)代社會,醫(yī)生的職責(zé)和醫(yī)療的價值,仍然是被謹(jǐn)慎評價的。正如特魯多醫(yī)生的墓志銘所說,“有時治愈,經(jīng)常緩解,總是安慰!

不過,在醫(yī)療水平發(fā)展過程中,最大的變量就是科技。腦卒中從不治之癥,到超急診的變化,再次驗證了在人類探究疾病的遠(yuǎn)征中,人工智能正在讓“治愈”的范圍不斷擴大。

文中圖片來自攝圖網(wǎng)

END

本文為「智能進化論」原創(chuàng)作品。

       原文標(biāo)題 : 破譯大腦的黑匣子,離不開這把“鑰匙”

聲明: 本文由入駐維科號的作者撰寫,觀點僅代表作者本人,不代表OFweek立場。如有侵權(quán)或其他問題,請聯(lián)系舉報。

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