第A05版:保健周刊

人工智能助力疾病诊断、监测体系预警新发传染病、创新方法缩短检测周期

无锡多项医学科研成果转化应用

  □本报记者 逯恒贞

  医学科研成果是医疗机构重视学科发展、科研创新的一个缩影。医生做科研,能不断更新知识,把临床经验上升为理论,培养良好的科学思维。近日,记者在采访中了解到,在锡城医疗卫生界,有一批前沿课题研究正在积极探索开展,并不断有科研成果实现转化应用。

  人工智能模型识别左室心功能不全,这一成果获国际认可

  不久前,无锡市人民医院心内科在国际心脏电生理领域权威期刊美国《心电生理杂志》发表题为《基于卷积神经网络通过心电图筛查左室心功能不全患者的方法》的论著,这一研究成果如同“火眼金睛”,能够最大程度利用心电图信息,辅助无症状左室功能不全患者的早期诊断,这也是国内首次通过心电图识别左室功能不全的一项研究成果。

  “常规心电图是临床最常见的检查项目之一,但医生无法利用它识别心衰。”市人民医院心内科主任王如兴教授说,左室心功能不全是心衰的一种表现,早期患者可能无明显的临床症状,这增加了早期诊断的难度。要在早期发现,需要通过心脏超声来筛查诊断,不过,一次心超检查花费就要300多元,而且往往需要预约、检查耗时较长,一般人在没有症状的情况下不愿意去做。与心超相比,常规心电图是临床最常见的检查,普及度高,是否可以利用简便易行的心电图读取到心衰表现?王如兴教授团队就此展开了深入研究。

  结合近年来医学图形识别技术的发展,研究团队利用CNN(卷积神经网络)这一先进的深度学习技术,基于该院的心电图数据库,开发了通过心电图识别左室功能不全(左心室射血分数 ≤ 50%)的人工智能算法。“简单说,CNN就是一种人工智能,利用这种技术,我们将医院一批患者的心电图数据与心超数据进行配对。”王如兴说,在大量的图像数据比对中,人工智能能够鉴别出人眼读取心电图时无法识别的细微表现,然后通过印证、测试建立起一个人工智能模型。基于数据库,经过训练的模型仅根据心电图资料就可以识别左心室射血分数降低的患者,该模型对于左室功能不全患者的预测准确率高达73.9%。

  “这一成果的临床意义不在于诊断,它更重要的意义是在普通心电图检查中将有心衰风险的人群筛查出来,从而进一步做到早诊早治。”王如兴说,这一方法为左室功能不全的早期发现、早期干预打开了大门,有助于改善患者的生活质量和预后。目前,这一科研成果正处于转化阶段。

  建立高灵敏的“One health”监测体系,预警预测传染病的发生

  面对新发传染病,及时发现病例、尽早明确病原,能为疫情控制赢得宝贵时间,这离不开一个高灵敏度的监测系统。在我市,为对流感、禽流感进行深入研究,市疾控中心建立起一个涵盖动物、环境和人群的“One health”监测体系,研究发现了多种流感、禽流感病毒的变异株及其在人间流行水平;研发了“3S”、 时空贝叶斯流感禽流感预警及医用防护服等关键技术。这项“以流感、禽流感为代表的新发传染病关键防控技术的建立与应用”荣获第三届江苏预防医学科技奖一等奖。

  在太湖边建鸡鸭养殖点、在猪场采集动物和环境标本、在农贸市场采集禽类标本、对相关职业人群做长期队列随访……在不同级别医疗机构选择一定比例作为哨点医院的同时,疾控人员所作的各种监测工作无处不在,基于“One health”监测体系,可及时发现呼吸道传染病发生及流行情况,第一时间对病原体进行鉴定和分析。“比如在太湖边湿地放养的鸡鸭就是我们监测禽流感的对象之一,这里是候鸟的栖息地,禽类与鸟类会接触,便于我们及时发现湿地野鸟、候鸟病毒感染情况和分子进化特征;在人群及环境中,基于‘One health’监测体系,对哨点医院中有呼吸道症状的患者、猪场及农贸市场的职业人员和环境进行标本采集、病原体鉴定,对呼吸道病毒做到及时发现和预警。”市疾控中心疾病控制部副主任施超说,该监测体系将禽流感等呼吸道病毒防控关口前移,为早期发现病原变异、预警预测传染病的发生与流行并早期制定精准防控措施提供科学依据。

  据了解,该项目围绕流感、禽流感开展深入研究,在动物、环境及人群中已经发现了14个新的基因座和重组病毒。基于先进的监测体系,市疾控中心长期对环境中的H7N9、H5N6、H9N2等禽流感病毒进行监测,近几年多次监测出阳性事件并及时预警、及时规范处置,避免了疫情向人间蔓延。

  结核菌药敏检测周期长,五院检验团队创新方法破解难题

  提起肺结核,人们并不陌生,引起该病的病原体正是令人生畏的结核菌。结核菌可侵犯全身各器官,但以引起肺结核最多见。市五院检验科主任裴豪告诉记者,除传染性外,结核菌一个可怕的特点是抵抗力强,如果不消杀,在自然环境中二三个月都不会消失。且不同于一般的细菌,结核菌的生长周期缓慢,因此其药敏试验和培养时间很长,这给临床治疗带来困难。

  临床用于抗菌的药物有几十种,哪些药对结核菌在体外是敏感的,这是临床检验要完成的任务之一。为了简单快速地获得试验结果,裴豪主任带领研究团队历经多年,围绕耐多药结核的发生机制及耐多药结核的诊断检测方法开展深入研究,取得了原创性成果,并由此获得2020年度江苏省科学技术奖二等奖。

  “按照以往的检验方法,结核菌的药敏和培养需要一个月甚至更长时间才能得到结果。”裴豪说,为了解决这个问题,我们将ATP化学发光法“嫁接”到结核菌的检验中。ATP化学发光法在食品安全等领域已有应用,主要用于微生物的快速检测,其特点是简单、快速。裴豪团队创新性地将这一检验方法用于结核菌检验,经过努力,终于在国内外首次运用ATP化学发光法建立了简便、易行、快速的耐利福平和异烟肼两种抗结核一线药物的检测试剂盒。并首次研究发现ABC药物外排泵系列基因在耐多药结核中的作用机制,目前,该理论已纳入最新版《中华人民共和国卫生行业标准——肺结核诊断》(WS 288—2017)。

  利用这一成果,检测结核菌对某一种药物是敏感还是耐药的时间缩短至7天,这对于缺少昂贵进口检测仪器的基层医疗机构来说非常实用。这种方法简单、成本低,通过体外药敏试验能快速为临床用药提供决策。