AI研究院 | AI能加速疾病診斷和藥物發現？三巨頭爭相押注

軟體領域的大公司正把自己的重心放在人工智慧（AI）上，希望利用這種技術改善醫療保健決策。新的計算機模型已經幫助醫學研究擺脫諸多限制，比如早期醫生如何發現疾病，以及分子化合物如何被篩選以作為新葯等。

在過去幾天里，有許多有關這樣的模型新聞出現在《IEEE Spectrum》上，我們為您整理如下：IBM推出可預測心臟衰竭的計算模型，斯坦福大學推出能夠預測藥物化合物安全性的深度學習演算法，英特爾則宣布舉辦競賽以找到能夠提前發現肺癌的演算法。

IBM模型預測心臟衰竭

IBM旗下創新部門IBM Research以及合作者們已經開發出了一種機器學習模型，可以在病人確診前2年預測出心臟衰竭。研究人員利用從電子健康記錄和醫生筆記中收集到的隱藏信號對模型進行訓練。心臟衰竭是一種長期慢性疾病，主要是因為心肌不夠強壯，不足以泵出足夠的血液來滿足身體的需要，通常很難預測。事實上，大多數人在住院之前都不知道自己患了什麼病。IBM Research的計算健康中心主管胡佳應表示：「當病人確診時，往往會發生急性事件，造成不可挽回的傷害。」

胡教授的團隊想知道他們能否在病人住院之前就能預測出這個問題。為了做到這一點，該團隊對經常在醫生就診時收集的電子健康數據進行了全新的分析。她說:「我們發現，對其他病症、藥物和住院記錄的診斷，都是預測心臟衰竭的最有價值的信號。」

他們還利用自然語言處理技術，從醫生的筆記中挖掘出關鍵信息。這些數據來自於1萬多人的健康記錄。胡教授說，該模型非常準確地預測了一年之內的心臟衰竭情況，有時候甚至能夠預測到大約兩年後才出現問題。她說:「顯然，在護理過程中定期收集的數據非常有用。」

IBM的模型獲得美國國立衛生研究院資助，為期三年，耗資達200萬美元的。在這筆資金的資助下，IBM Research與Sutter Health醫院的研究人員和Geisinger Health System的臨床專家進行了合作。2016年11月份，這個團隊發布了預測模型，並在本周公布了他們從研究中獲得的額外見解。IBM計劃繼續開展合作和研究，通過試驗從更多樣化的患者群體中獲得更大的數據集來改進模型。胡教授說:「在模型被應用於臨床試驗前，還有很多工作要做。」她說，IBM還沒有將該軟體商業化的計劃。

斯坦福深度學習演算法在藥物發現過程早期做出更有意義的預測

斯坦福大學的研究人員開發了一種深度學習演算法，可以用非常少的數據點來預測潛在藥物化合物的特性。這向研究成果已經發表在《ACS Central Science》期刊上。

每當研發一種新葯時，公司會花費大量的時間來篩選分子化合物，包括嘗試不同的化學結構，以找到最安全、最有效的工作機制。在這個過程中，他們會篩選藥物的毒性、副作用和不穩定特徵，這些特性可能會在臨床試驗或商業化藥物中造成災難。一種預測這些屬性的演算法可以縮短或改進藥物篩選過程，而深度神經網路（一種機器學習演算法）已經被證明有不俗的表現。問題是，這種演算法必須使用數億個數據點進行訓練。當某家公司在某種化合物上擁有如此多的數據時，其科學家可能已經知道他們有非常好的藥物篩選機制。

因此，斯坦福大學化學家維傑伊·潘德（Vijay Pandeand）和他的學生開發了一種演算法，可以根據非常小的數據對藥物屬性做出有意義的預測。為了做到這一點，研究人員改進了一種叫做「單針學習」的機器學習演算法的架構，該演算法利用相關的數據來預測新的、非常少的數據點。標準的「單針學習」使電腦能夠識別出一個新的類別。比如只需看過1次長頸鹿，它就能識別出這種動物。

潘德和他的學生們用數學方法來訓練這個演算法，這樣它就能預測一個實驗系統中的分子行為，比如在身體里。他們利用兩種數據訓練演算法，一種是關於不同化學品的毒性信息，另一種是關於藥物副作用的信息。通過這種訓練，他們發現新化合物的毒性和副作用比隨機的幾率更大。

潘德說，現在還不知道這項技術在商業上如何應用，但可能圍繞這項技術上建立一家初創公司，或者與那些設計藥物的人合作。除了在斯坦福大學任教外，潘德還是風險投資公司Andreessen Horowitz的普通合伙人，負責對生物和計算機科學等交叉部門投資。

英特爾利用AI提前診斷肺癌

不久前，美國科技巨頭英特爾宣布推出名為「天池醫療人工智慧競賽（TianChi Healthcare AI Competition）」的比賽，旨在尋找一種提前發現肺癌的方法。該競賽的參與者將使用電腦斷層掃描(CT)掃描和臨床記錄來訓練演算法，以檢查肺部的可疑增生（又稱為肺結節）。

總部位於加州聖克拉拉的英特爾將與阿里巴巴集團旗下的雲計運算元公司Alibaba Cloud展開合作。肺癌是中國最普遍的癌症之一，給中國的醫療保健系統帶來了巨大負擔。這次比賽的目的是通過協助診斷過程來減輕這一負擔。

英特爾正嘗試將Xeon和Xeon Phi處理器應用到演算法和數學庫中，研發深度學習框架軟體以進行醫學圖像分析。Alibaba Cloud正在提供基於雲端的基礎設施。位於北京、專註於研究大數據的公司LinkDoc將提供高解析度的CT掃描。本次比賽的獲勝者將獲得100萬人民幣獎勵。英特爾表示，競爭結果將於今年9月公布。
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