一個是將科技向善理念寫入公司使命、深諳AI技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)公司，一個是在病理診斷深耕幾十年的行業(yè)領(lǐng)軍者，一個是在呼吸領(lǐng)域頗有建樹的頂級醫(yī)療機構(gòu)。三者走在一起，做出了一款名為DeepGEM的AI大模型，并且未來還將一起打造擴展到其他疾病領(lǐng)域的多模態(tài)大模型。

DeepGEM由廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院及廣州呼吸健康研究院、騰訊、金域醫(yī)學(xué)共同開發(fā)及驗證，相關(guān)論文已發(fā)表于國際頂尖期刊《柳葉刀·腫瘤》，Nature還對該論文做了綜述報道，認為這項技術(shù)有可能從根本上改變目前臨床診斷的方法。DeepGEM也于近日獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局頒發(fā)的發(fā)明專利授權(quán)。

1分鐘即可精準預(yù)測多種常見肺癌驅(qū)動基因突變

DeepGEM實現(xiàn)了通過常規(guī)組織病理學(xué)圖像，1分鐘即可精準預(yù)測多種常見肺癌驅(qū)動基因突變，精準度達78%~99%，媲美傳統(tǒng)基因檢測的準確率。同時，DeepGEM對切除活檢和穿刺活檢等不同類型樣本都適用，還能生成基因突變的空間分布圖，直觀地展示突變在組織內(nèi)的分布情況。

它為基因檢測成本高昂地區(qū)的患者提供了進行多基因突變檢測和精準治療的可能性。DeepGEM分鐘級的快速預(yù)測能力，能使病情嚴重的患者更迅速地制定治療決策、及時接受靶向治療，有望將肺癌患者基因檢測成本下降數(shù)倍，為突破全球肺癌精準診療中“慢、貴、難”的瓶頸，找到了快速、經(jīng)濟、準確的“中國方案”，實現(xiàn)了從“看圖識癌”到“讀片知基因”的突破，這意味著DeepGEM可以作為當前基因檢測的有效補充，甚至在緊急治療等情況下，能夠成為快速獲基因突變分析的替代方案。

用AI之鑰，打開緩解肺癌精準治療之門

金域醫(yī)學(xué)副總裁李映華表示，中國的病理醫(yī)生數(shù)量處于嚴重不足的狀態(tài)。按照世界衛(wèi)生組織的標準，100張床位需要一個病理醫(yī)生。中國大概有1000多萬張床位，理應(yīng)有10萬位病理醫(yī)生，但實際上只有不到2萬位。腫瘤類疾病的診斷，必須由病理醫(yī)生給出結(jié)果和結(jié)論，只有這樣才能支持臨床診斷和用藥。而中國病理醫(yī)生的不足，成為癌癥精準診斷的極大障礙。金域醫(yī)學(xué)作為第三方病理診斷方，一直希望助力解決中國病理醫(yī)生不足的問題，實現(xiàn)更精準、更便捷和更普惠的病理診斷。

圖 | 金域醫(yī)學(xué)副總裁李映華

廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院胸部腫瘤綜合病區(qū)主任、廣州呼吸健康研究院院長助理梁文華教授表示：“肺是和外界交通最多的人體器官，所以受到外界的影響也最大，因此肺癌的發(fā)病率是所有癌癥中最高的，病死率也是最高的。因為一旦患上肺癌，其惡性程度遠超其他腫瘤。”不同患者的肺癌成因并不一樣，雖然都是由基因突變引起的，但是它的生物學(xué)行為和特性幾乎完全不一樣。這就像一個群居的社區(qū)，有來自美國和中國的多個民族，可能大家的生活習(xí)性都不一樣，但是剛好聚集在了這里。因此，醫(yī)生在收治肺癌患者是需要做基因檢測，只有這樣才能開始肺癌精準治療。

圖 | 廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院胸部腫瘤綜合病區(qū)主任、廣州呼吸健康研究院院長助理梁文華教授

前面提到，肺癌的精準治療存在“慢、貴、難”的難題，尤其在醫(yī)療資源匱乏的地區(qū)，患者更是難以及時獲得精準治療。梁文華團隊發(fā)現(xiàn)，不同基因突變引起的肺癌，其病理形態(tài)并不一樣。舉個例子，華人都長著黑眼睛和黃皮膚，這是因為基因直接決定了外表。而華人就算生活在國外個人習(xí)慣有所改變，但是即使遷移到太空也仍是華人。因此，對于癌癥檢測來說，要尋找底層特征去進行判斷。而病理形態(tài)實際上就是“外表”，醫(yī)生可以通過這些規(guī)律來反推它到底處于哪一種基因狀態(tài)。梁文華團隊還發(fā)現(xiàn)，基因狀態(tài)的差異可以幫助醫(yī)生反向推測患者的肺癌到底起源于哪種基因突變，據(jù)此可以使用AI把這些特征全部提取和進行運算，從而推測出到底屬于哪一種基因突變類型。

騰訊生命科學(xué)實驗室高級研究員趙宇博士則表示，一個人發(fā)生基因突變之后，理論上會改變基因的表達，隨著基因的表達進一步會導(dǎo)致人體蛋白質(zhì)的序列、結(jié)構(gòu)、功能的改變，這會反映到細胞和組織上，從而產(chǎn)生組織形態(tài)的改變，而這些改變又會反映在病理圖片上?；谏鲜鲈颍v訊和上述合作方走到一起打造了DeepGEM，利用AI技術(shù)緩解了肺癌精準治療的難題，帶來了一種更快、更經(jīng)濟、更普惠的新型癌癥檢測手段。

圖 | 騰訊生命科學(xué)實驗室高級研究員趙宇博士

采用“端到端”先進架構(gòu)，更能捕捉全局信息

在DeepGEM的研發(fā)上，據(jù)騰訊生命科學(xué)實驗室首席科學(xué)家姚建華博士介紹，為了解決傳統(tǒng)基因檢測中成本高、等待時間長以及樣本要求高的臨床痛點，他們使用了多項AI核心創(chuàng)新能力。

具體來說，他們使用了多示例學(xué)習(xí)（MIL，Multiple Instance Learning），采用無需人工標注腫瘤區(qū)域的“端到端”先進架構(gòu)，比傳統(tǒng)依賴腫瘤分割的兩階段方法更能捕捉全局信息，從而提升了預(yù)測的準確性。DeepGEM對切除活檢和穿刺活檢等不同類型的活檢樣本均能適用，并能生成基因突變的空間分布圖，直觀地展示突變在組織內(nèi)的分布情況，能夠做到這一點是因為DeepGEM通過運算給出每一個基因突變的概率，并能給出基因突變的空間分布，借此可以看出哪些區(qū)域是高級突變、哪些區(qū)域是低級突變。DeepGEM還首創(chuàng)了基于標簽消歧的袋級和實例級交互監(jiān)督，這讓其既能關(guān)注病理圖片整體的信息表達，也能關(guān)注重要的局部區(qū)域子圖路線。

研發(fā)DeepGEM期間，騰訊基于數(shù)萬張病理圖片進行了大規(guī)模預(yù)訓(xùn)練，這讓DeepGEM可以學(xué)習(xí)到關(guān)于病理圖像的本質(zhì)特征?；诖?，騰訊又融合病理專家的知識，訓(xùn)練出一個基于大模型的病理圖片預(yù)測系統(tǒng)。騰訊生命科學(xué)實驗室高級研究員趙宇博士表示：“騰訊有自己的AI訓(xùn)練平臺，可以很高效地實現(xiàn)多機多卡的數(shù)據(jù)運行模型運行。”

而在部署上，未來的落地應(yīng)用也比較便捷，一臺電腦就可以良好運行?？紤]到要惠及更偏遠地區(qū)的百姓，DeepGEM將落地金域醫(yī)學(xué)實驗室，通過全國病理服務(wù)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)智病理系統(tǒng)大規(guī)模落地。除了基因突變預(yù)測之外，在基于基因原位切片去預(yù)測病人是否發(fā)生淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移時，DeepGEM也取得了較好性能，故其有非常強的擴展性。未來，可以把它進一步擴展成為多模態(tài)的大模型。

為了進一步驗證DeepGEM的臨床價值，騰訊聯(lián)合金域醫(yī)學(xué)對該模型進行更大規(guī)模的驗證。金域醫(yī)學(xué)擁有覆蓋全國31個省市區(qū)及香港的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，每年腫瘤NGS檢測量超15萬例。依托豐富的腫瘤病理和分子病理診斷樣本數(shù)據(jù)，金域醫(yī)學(xué)將覆蓋全國30個省份不同級別醫(yī)療機構(gòu)的4260例肺癌患者樣本（共計8520張數(shù)字切片）納入驗證研究，結(jié)合多基因二代測序技術(shù)和病理圖像分析進行評估。驗證結(jié)果顯示，DeepGEM在識別EGFR、KRAS、ALK等常見肺癌驅(qū)動基因突變時表現(xiàn)尤為卓越，關(guān)鍵性能指標已達到臨床輔助診斷的參考水平，具備良好的適用性與兼容性。梁文華總結(jié)稱：“此前的精準醫(yī)學(xué)都是依賴基因分型，而當基因分型能夠采用AI賦能的方式，則將讓精準醫(yī)學(xué)變得人人可及。”

從雙向奔赴到強強聯(lián)合，用科技向善惠及生活

李映華表示：“我們和騰訊的合作在很早之前就已開始。合作中我們發(fā)現(xiàn)金域和騰訊在醫(yī)療健康的理念和價值觀非常接近。我們也有各自的能力，可以形成很好的互補。所以我們在2020年又簽訂一個戰(zhàn)略合作協(xié)議。

目前，我們的合作既包括AI和醫(yī)療的結(jié)合，也包括利用雙方的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)把能力向基層醫(yī)療覆蓋。比如，我們在縣域推出了數(shù)智化解決方案。展望未來，我們會就DeepGEM的用戶接入進行攻關(guān)，力爭在場景上做更多覆蓋。當然也會有醫(yī)學(xué)教授專家的加入來作為產(chǎn)品在醫(yī)學(xué)上的驗證入口，以便進行大范圍推廣。”

基于此，騰訊與金域醫(yī)學(xué)、廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院和廣州呼吸健康研究院還于今年10月正式簽署協(xié)議，就DeepGEM的深度開發(fā)與應(yīng)用達成合作。

這一合作將進一步擴大對肺癌獲批基因識別以及多模態(tài)研究，推動DeepGEM在肺癌基因突變預(yù)測的臨床應(yīng)用，拓展DeepGEM在其他癌種的能力驗證，并進一步開發(fā)病理基因多模態(tài)大模型，通過綜合病理形態(tài)學(xué)與蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等信息，實現(xiàn)具有泛化性的多部位、多癌種、多組學(xué)的AI輔助診斷。

未來，基于AI的智能化醫(yī)學(xué)很有可能成為常態(tài)，騰訊和金域醫(yī)學(xué)以及廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院和廣州呼吸健康研究院的合作，有助于推動醫(yī)療AI科研成果加速轉(zhuǎn)化落地。接下來，他們將進一步開發(fā)病理基因多模態(tài)大模型，通過綜合病理形態(tài)學(xué)與蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)等信息，實現(xiàn)具有泛化性的多部位、多癌種、多組學(xué)的AI輔助診斷。

具體來說，他們將打造DeepGEM Plus或DeepGEM 2，在打造新版本期間會更加注重代際和標簽之間的交互，并將通過更好的協(xié)同來優(yōu)化DeepGEM的表現(xiàn)。李映華表示：“未來我們希望它能出現(xiàn)AlphaGo的第37步（AlphaGo戰(zhàn)勝李世石的決定性一步），即通過打通多組學(xué)方法，真正理解人體從健康到生病的原理是什么?！?/p>

對于后續(xù)計劃，趙宇做了更詳細的闡釋，他表示：“現(xiàn)在可以檢測六種肺癌的常見基因突變，未來我們希望在肺癌上能夠擴展到12種以上，能夠?qū)崿F(xiàn)有靶向藥的基因組的預(yù)測。之后我們可能會考慮拓展癌種，探索在其他癌種上DeepGEM的有效性?！蓖瑫r，他們希望DeepGEM能夠成為一個病理分析中樞，除了能夠進行基因預(yù)測之外也能擁有更多功能，比如能夠?qū)崿F(xiàn)淋巴結(jié)轉(zhuǎn)移預(yù)測等。長遠來看，他們可能會把DeepGEM作為一個病理服務(wù)Agent，讓它和其他模型進行合作，實現(xiàn)更好的醫(yī)療問答和自然語言交互?！弊詈螅w宇表示騰訊一直秉持理念是科技向善，因此其也希望DeepGEM能為國民健康帶來一些幫助。