習(xí)近平總書(shū)記在考察新冠肺炎防控科研攻關(guān)工作時(shí)強(qiáng)調(diào)，要把新冠肺炎防控科研攻關(guān)作為一項(xiàng)重大而緊迫任務(wù)，加快研發(fā)進(jìn)度，盡快攻克疫情防控的重點(diǎn)難點(diǎn)問(wèn)題，為打贏疫情防控人民戰(zhàn)爭(zhēng)、總體戰(zhàn)、阻擊戰(zhàn)提供強(qiáng)大科技支撐。
廣州科技戰(zhàn)線深入學(xué)習(xí)貫徹習(xí)近平總書(shū)記重要講話精神，科研、臨床、防控多系統(tǒng)緊密配合，集中力量、爭(zhēng)分奪秒?yún)f(xié)同開(kāi)展科研攻關(guān)，經(jīng)過(guò)不懈的攻堅(jiān)克難，取得了多項(xiàng)突破性進(jìn)展。在3月12日的廣東省政府新聞辦疫情防控第四十一場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì)上，廣州近期成功研發(fā)的三大硬核產(chǎn)品亮相。
硬核成果Ⅰ：人源化ACE小鼠動(dòng)物模型
(一)迎難而上，完成“不可能的任務(wù)”。
此次新冠肺炎疫情暴發(fā)以來(lái)，關(guān)于藥物、疫苗等進(jìn)展的報(bào)道大多還是在細(xì)胞水平完成的，體外細(xì)胞模型很難模擬病毒感染機(jī)體的致病過(guò)程，也不能全面反映藥物的代謝及病毒對(duì)多器官的影響，所以動(dòng)物模型是不可替代的。
廣州再生醫(yī)學(xué)與健康廣東省實(shí)驗(yàn)室（以下稱生物島實(shí)驗(yàn)室）與中國(guó)科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院（以下稱廣州健康院）聯(lián)合攻關(guān)，于近日成功建立人源化ACE小鼠動(dòng)物模型。
新冠病毒是通過(guò)一種ACE2的酶來(lái)感染人類(lèi)的，小鼠也有這種酶，只是與人相比有較大的差異，導(dǎo)致小鼠對(duì)新冠病毒不易感。而且，要想獲得足夠多的易感小鼠，需要進(jìn)行大量動(dòng)物種群繁殖，在運(yùn)氣很好的情況下最快也需要5-6個(gè)月時(shí)間，對(duì)于急性新發(fā)傳染病來(lái)說(shuō)，就如遠(yuǎn)水救近火。這也是為什么之前還沒(méi)有能大規(guī)模用于實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物模型的原因。生物島實(shí)驗(yàn)室創(chuàng)造性地利用基因敲入技術(shù)，用人的ACE2序列來(lái)替換小鼠的ACE2基因，成功實(shí)現(xiàn)快速地獲得易感小鼠。
(二)廣州速度：把180天縮短至35天，火速為科研攻關(guān)提供了理想的動(dòng)物模型。
ACE2人源化小鼠模型最可貴之處，在于超常的速度。常規(guī)的基因敲入人源化小鼠，需要半年時(shí)間才能取得第一代。
而這次生物島實(shí)驗(yàn)室CCLA與廣州健康院的科研攻關(guān)團(tuán)隊(duì)利用四倍體胚胎發(fā)育與干細(xì)胞技術(shù)取得了重大的突破，一次性獲得目標(biāo)基因敲入小鼠而無(wú)需進(jìn)行大規(guī)模的動(dòng)物種群繁殖，大大節(jié)約了時(shí)間、人力和物力。該項(xiàng)目從1月31日提出方案開(kāi)始，到3月6日人源化小鼠出生，僅用了35天，將獲得特定小鼠模型的時(shí)間從最快的6個(gè)月大大縮短到5周。更難得的是，這個(gè)技術(shù)可以用同樣快速的時(shí)間高效制備其他人源化小鼠模型，以備類(lèi)似應(yīng)急攻關(guān)的需要。
通過(guò)這種時(shí)間上的大幅突破，ACE2人源化小鼠火速為新冠病毒感染機(jī)制、藥物篩選和疫苗評(píng)價(jià)等研究領(lǐng)域提供了理想的動(dòng)物模型。接下來(lái)，生物島實(shí)驗(yàn)室與廣州健康院將全力響應(yīng)各領(lǐng)域科研攻關(guān)工作的需求，大量生產(chǎn)和供應(yīng)該小鼠模型。
硬核成果Ⅱ：人工智能咽拭子采樣機(jī)器人系統(tǒng)
檢測(cè)診斷對(duì)于新冠肺炎疫情防控具有重要意義，一方面能夠及早發(fā)現(xiàn)病毒、及時(shí)確診，為救治患者爭(zhēng)取時(shí)間；另一方面，在復(fù)工復(fù)產(chǎn)方面，也可極大提高復(fù)工復(fù)產(chǎn)效率，減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)。圍繞檢測(cè)診斷，廣州在取樣、檢測(cè)、應(yīng)用等全鏈條上進(jìn)行科研攻關(guān)部署，取得了突出的成效。
(一)在取樣方面，為最大程度降低常規(guī)取樣帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)人工智能手段研制出咽拭子采樣機(jī)器人系統(tǒng)。
目前，核酸檢查是檢測(cè)新冠病毒感染的主要手段，咽拭子是診斷新冠病毒感染的主要采樣方法。為保證采樣質(zhì)量，保護(hù)醫(yī)護(hù)人員健康，在省市科技部門(mén)的支持下，鐘南山院士團(tuán)隊(duì)與中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所、廣東智能無(wú)人系統(tǒng)研究院，聯(lián)合成功研制出咽拭子機(jī)器人系統(tǒng)，并率先在廣州投入臨床試驗(yàn)。和常規(guī)人工采樣相比，使用咽拭子采樣機(jī)器人系統(tǒng)進(jìn)行采樣有三大優(yōu)勢(shì)：
一是保護(hù)醫(yī)務(wù)人員，避免潛在感染風(fēng)險(xiǎn)。在常規(guī)咽拭子操作過(guò)程中，醫(yī)務(wù)人員須與新冠病毒患者近距離接觸，具有較高的感染風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)該系統(tǒng)醫(yī)務(wù)人員可以遠(yuǎn)程人機(jī)協(xié)作進(jìn)行采樣，有效避免了交叉感染。
二是提高取樣規(guī)范性和準(zhǔn)確性。由于醫(yī)務(wù)人員手工操作方式差異、操作規(guī)范性等因素，容易引起咽拭子采樣不理想，導(dǎo)致假陰性，進(jìn)而影響對(duì)病情的正確判斷。目前，咽拭子機(jī)器人已開(kāi)展首期20例受試者的臨床試驗(yàn)，采集樣本80份，一次成功率超過(guò)95%，細(xì)胞學(xué)檢測(cè)結(jié)果顯示采樣質(zhì)量較高。
三是對(duì)患者無(wú)損傷。咽拭子機(jī)器人能夠?qū)崿F(xiàn)輕柔、快速的咽部組織采樣任務(wù)。20例受試者的咽部均無(wú)出現(xiàn)紅腫、出血等不良反應(yīng)。
(二)在檢測(cè)方面，檢測(cè)試劑盒等產(chǎn)品研發(fā)速度和質(zhì)量走在全國(guó)前列。
采用核酸檢查是檢測(cè)新冠病毒感染的重要判斷依據(jù)，廣州一家企業(yè)研制的一款新冠病毒熒光PCR核酸檢測(cè)試劑盒，是全國(guó)首批6家獲得三類(lèi)醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊(cè)證書(shū)的新冠病毒檢測(cè)試劑之一，目前已經(jīng)獲得CE認(rèn)證（歐盟醫(yī)療器械認(rèn)證），WHO（世界衛(wèi)生組織）在官網(wǎng)上推薦了該產(chǎn)品，該試劑盒日產(chǎn)量可達(dá)50萬(wàn)人份，目前總出貨量超過(guò)489萬(wàn)人份。
3月7日下午由中國(guó)紅十會(huì)向廣州采購(gòu)的援助伊拉克試劑盒及其設(shè)備已經(jīng)到達(dá)受援國(guó)并正在使用中。為應(yīng)對(duì)全面復(fù)工復(fù)產(chǎn)的大批量檢測(cè)需求，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)尤為重要，廣州另一家企業(yè)研制出一款新冠病毒膠體金法抗體檢測(cè)試劑盒，15分鐘內(nèi)可出結(jié)果，成為全國(guó)首批獲得進(jìn)入應(yīng)急通道的2個(gè)抗體檢測(cè)試劑之一，該試劑盒日產(chǎn)量可達(dá)40萬(wàn)人份。而在國(guó)家首批推薦的9個(gè)檢測(cè)試劑優(yōu)先支持項(xiàng)目中，廣州有3個(gè)項(xiàng)目獲推薦進(jìn)入應(yīng)急審批通道。
(三)在應(yīng)用方面，廣州四家企業(yè)作為第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)承擔(dān)了全省72.16%的檢測(cè)任務(wù)，共篩查超過(guò)45萬(wàn)例。
其中一家企業(yè)作為全國(guó)第三方醫(yī)檢機(jī)構(gòu)龍頭，從1月27日起積極承接包括雷神山醫(yī)院、武漢、湖北等關(guān)鍵區(qū)域的核酸病毒檢測(cè)重任，并隨廣東醫(yī)療隊(duì)支援湖北荊州，已在包括湖北、安徽、重慶等全國(guó)24個(gè)省市區(qū)陸續(xù)開(kāi)展抗擊疫情檢測(cè)任務(wù)，投入相關(guān)專業(yè)人員近1800人。2月4日，由鐘南山院士親自授牌，在武漢正式掛牌“國(guó)家呼吸系統(tǒng)疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心武漢病毒診斷研究分中心”。目前，全集團(tuán)核酸單日檢測(cè)能力可根據(jù)需要達(dá)到7萬(wàn)例，累計(jì)檢測(cè)標(biāo)本超130萬(wàn)例。
硬核成果Ⅲ：新冠肺炎AI輔助診斷系統(tǒng)
新冠肺炎AI輔助診斷系統(tǒng)是運(yùn)用人工智能技術(shù)來(lái)輔助影像科醫(yī)生進(jìn)行新冠肺炎的快速診斷和定量分析，為醫(yī)生及時(shí)篩查疑似患者、開(kāi)展救治行動(dòng)、降低患者死亡率提供科技支撐。
傳統(tǒng)的人工閱片在此次新冠肺炎疫情診療中存在一定的局限性：首先，疫情暴發(fā)導(dǎo)致待閱影像片子數(shù)量激增，醫(yī)生閱片壓力太大；其次，憑借影像科醫(yī)生肉眼很難快速識(shí)別細(xì)微病灶變化。因此，在當(dāng)下疫情防控的關(guān)鍵時(shí)期，通過(guò)更高效、更精準(zhǔn)的人工智能影像輔助診斷方法來(lái)提升閱片醫(yī)生工作效率、降低患者死亡率是當(dāng)務(wù)之急，刻不容緩。
生物島實(shí)驗(yàn)室張康教授團(tuán)隊(duì)、中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院林天歆教授團(tuán)隊(duì)、清華大學(xué)、澳門(mén)科技大學(xué)以及廣州一家企業(yè)的人工智能技術(shù)團(tuán)隊(duì)一起積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召，在前期分析研究了50萬(wàn)份臨床影像學(xué)大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用深度學(xué)習(xí)、遷移學(xué)習(xí)等人工智能前沿技術(shù)，使用多個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，開(kāi)發(fā)了基于胸部CT和X-ray影像學(xué)的新冠肺炎AI輔助診斷系統(tǒng)。
該AI系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：
一是快速、準(zhǔn)確診斷新冠肺炎。一例患者CT影像包含300-500張切面，每一張切面圖像展示的結(jié)構(gòu)不同，病灶表現(xiàn)也不同。有經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)生閱完1例CT圖像需要約15-30分鐘。借助該AI系統(tǒng)，可在20秒內(nèi)完成一例CT圖像的檢測(cè)，給出診斷結(jié)果，準(zhǔn)確度達(dá)90%以上，大大縮短了醫(yī)生閱片時(shí)間。
二是病情嚴(yán)重程度分級(jí)和重癥危重癥預(yù)測(cè)。該AI系統(tǒng)可對(duì)CT圖像每一切面的小結(jié)節(jié)、磨玻璃影和實(shí)變進(jìn)行自動(dòng)分割、標(biāo)注及定量分析，計(jì)算病灶密度、面積比、體積比以輔助醫(yī)生判斷新冠肺炎嚴(yán)重程度分級(jí)（輕型、普通型、重型和危重型）。并根據(jù)病變范圍，可預(yù)測(cè)患者的吸氧頻率、血氧飽和度、全身代謝情況、其他器官損傷程度，預(yù)測(cè)病人發(fā)展為重癥、危重癥的參數(shù)、概率和時(shí)間，輔助醫(yī)生密切觀察并提早干預(yù)治療，降低患者死亡率。
三是指導(dǎo)臨床用藥。系統(tǒng)可對(duì)同一位患者用藥前后的CT圖像進(jìn)行對(duì)比分析，通過(guò)定量計(jì)算病灶在用藥前用藥后的變化，判別藥物是否有效，指導(dǎo)臨床用藥。
目前該系統(tǒng)已經(jīng)在中國(guó)科學(xué)院國(guó)家生物信息中心云平臺(tái)（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心和北京基因組所）線上部署，并已在廣州中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院、武漢大學(xué)人民醫(yī)院、中山大學(xué)第三附屬醫(yī)院、安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院和新疆喀什地區(qū)第一人民醫(yī)院部署使用，接下來(lái)將在全國(guó)大范圍推廣使用。
隨著全球疫情蔓延，境外機(jī)構(gòu)也可以通過(guò)云平臺(tái)連接到該AI系統(tǒng)，快速實(shí)現(xiàn)中國(guó)與全球分享技術(shù)和交流經(jīng)驗(yàn)，為阻止疫情在世界范圍內(nèi)進(jìn)一步蔓延做出中國(guó)貢獻(xiàn)。據(jù)了解，該團(tuán)隊(duì)還在不斷發(fā)展和完善基于AI的醫(yī)學(xué)影像學(xué)技術(shù)體系，擴(kuò)大臨床適用范圍，將其開(kāi)發(fā)成為傳染性疾病的有效輔助診斷工具，推動(dòng)AI技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。
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