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15秒完成一次CT圖像診斷

來源:廣州日報 發布時間: 2020-03-04 14:35:24

“天河二号”超级计算机搭建CT影像智能诊断平台 练就战“疫”“火眼金睛”

  

  

在“天河二號”的輔助下,科學團隊篩選出的某藥物與冠狀病毒蛋白的模擬結合模型。

  平安是對社會最大的貢獻

  爲打贏疫情防控人民戰爭、總體戰、阻擊戰提供強大科技支撐

  2020年新年開局,一場突如其來的新冠肺炎疫情席卷全國,給人民生命安全和經濟社會發展帶來嚴峻考驗。在這場不能輸的戰爭中,廣州科技力量精銳盡出。在國家超級計算廣州中心,“天河二號”超級計算機,以每秒最高十億億次的超強算力,助力篩選出能抑制病毒的小分子藥物,搭建“15秒斷診”的新冠肺炎CT影像智能診斷平台,建立新冠肺炎病患時空軌迹數據庫……以大國重器之力,與時間賽跑,與死神戰鬥。

  重器之下還有人。大年初九,廣州智睿醫藥科技有限公司首席執行官謝偉東博士搭上一班空蕩蕩的飛機,從加拿大返回廣州。彼時,智睿醫藥已通過“天河二號”從數千種上市藥物中篩選出30余種潛在藥物。但戰鬥沒結束,他還要借助超算與人工智能算法的力量,從上億種化合物中繼續尋找對新冠病毒有特效的“克星”。

  “人類同疾病較量最有力的武器就是科學技術。”廣州超算,已全面融入防控疫情的主戰場,彰顯國之重器的力量與擔當。

  找藥:兩三天選出30種潛在藥物

  年廿八,在登上去加拿大的飛機前,謝偉東從長期合作夥伴廣州呼吸疾病研究所處聽說了新冠病毒所引發肺炎疫情的嚴重性。從事多年分子生物學研究和藥物篩選研發的他馬上意識到,對沒有特效藥的未知病毒,“老藥新用”是最快也最安全的。篩選出有效的“老藥”,正是他的強項!

  作爲一家把人工智能應用于新藥挖掘的企業,智睿醫藥自主研發了一套深度學習算法系統,過去一年半以來,該公司一直借助廣州超算中心的“天河二號”超級計算機開展化合物篩選、藥物挖掘。

  謝偉東告訴記者,用算法篩查藥物的原理是,針對病毒結構的特定靶點,把藥物化合物結構輸入到系統中,跟靶點進行對接,通過多個指標評價其對接的情況,結合越好,代表藥物化合物效果更好。

  爲什麽要用到超算?“因爲蛋白晶體是一個很複雜的結構,要用虛擬小分子找它的活性位,甚至需要幾百萬次的嘗試。”以普通計算機的算力,從所有上市藥物中篩選出有效的藥物,需要2至3個月。而以“天河二號”的算力,只需要兩三天。“在這個過程中,超算、大數據、人工智能,缺一不可。”

  大年初二(1月26日),上海科技大學饒子和/楊海濤課題組公布了測量的2019-nCoV冠狀病毒3CL水解酶(Mpro)的高分率晶體結構。

  同日,智睿醫藥研究團隊馬上聯動廣州超算中心科研團隊,啓動了基于“星光超算應用服務平台”上自主研發的集合傳統統計、高通量計算、以及最新AI方法的藥物篩選軟件平台,在“天河二號”超級計算機上重點針對已上市藥物進行了藥物虛擬篩選。

  兩三天時間,便迅速定位了30余種可能起作用的潛在藥物,包括六種此前未見報道的藥物。團隊把這些結果全部公布在網上,供科研機構無償使用。

  爲了方便其他科研團隊的後續研究,謝偉東還立即聯系全球多地藥物供應商,花了2周時間,完成所有潛在藥物化合物的采購,免費提供給下一個團隊開展病毒抑制試驗。目前藥效正在進一步驗證中。

  “疫情暴發後,我相信全世界的科學家們,都在爲治療新冠肺炎做著三件事:新藥研發、老藥新用、研制疫苗。這是身爲科學家的責任。”謝偉東說,“我大年初九從加拿大回來時,所有人都叫我不要回來,飛機幾乎是空的。但我一定要回來,這是一場戰鬥,我們責無旁貸。”

  制藥:目前已篩選出一批化合物

  但特效藥還沒有誕生,戰鬥還沒有結束。謝偉東告訴記者,智睿醫藥正依托集合了近一億個化合物的3D結構數據庫,通過“天河二號”超級計算機開展化合物的挖掘。目前已篩選出一批化合物,完成采購後將聯合P3實驗室開展病毒抑制實驗。但新藥研發並不容易,它需要嚴格、複雜的步驟和大量的投入,最快也需要2到3年時間。

  “所幸,人類現在有超算、人工智能、大數據這些科技力量,縮短了新藥研發的時間。”謝偉東說,“我是廣州人,也是中大人。我很自豪,在廣州、在中大,有‘天河二號’這樣的超級計算機。在這場戰‘疫’中,它是科學家手中強大的武器。”

  分析:定點醫院療效數據在線分析

  對疫情的防控也離不開大數據的測算與助力。當前,廣州超算正在助力全國戰“疫”。

  昨日,超算中心負責人向記者介紹,通過與國家衛健委及其所屬機構的合作,超算中心部署了國務院醫療救助組新冠肺炎病例醫療質控系統。“我們利用已有健康醫療平台的優勢基礎,緊急研發部署了基于超算的抗新冠病毒疫情信息系統和數據庫,實現定點醫院全部病例數據和臨床藥物療效數據的實時采集與在線分析,實現抗疫醫療質量控制與分析。”

  在阻斷疫情擴散方面,廣州超算中心也發揮了重要作用。該負責人介紹,從大年三十開始,廣州超算中心的科研團隊就參與啓動了“疫情蹤”軟件的研發工作。這個軟件基于已確診的病患,利用傳統流行病調查與大數據追蹤分析等手段,結合地理信息技術,構建了新冠病毒肺炎病患時空軌迹數據庫。

  “軟件可以每5-10分鍾采集一次用戶的軌迹數據,並反饋到廣州超算中心,通過中心強大的計算後台,定期將用戶數據和已確診病患的數據進行時空匹配度對比,這樣,就可以實時評估、反饋用戶的感染風險,並且提醒用戶進行自我隔離或主動就醫,從而幫助阻斷病毒傳染。”

  診斷:標注可疑區域輔助精確診斷

  記者了解到,除助力藥物篩選、研制戰“疫”“彈藥”,超算中心還和中山大學附屬醫院合作,緊急開發了一套新冠病毒肺炎CT影像智能診斷平台。

  之所以是緊急研發,是因爲這個平台是拿來“救急的”。超算中心負責人昨日告訴記者,在疫情暴發的初期,全國疑似病例迅速增加,湖北省的情況尤其嚴重。“但一位專業醫生在一天內只能診斷70多個病人,在疫情重災區是遠遠不夠的。”

  因此,在拿到第一手新型冠狀病毒肺炎CT影像數據後,廣州超算中心緊急組織了醫學圖像智能診斷小組,與中山大學附屬醫院的專業醫生合作,僅用一天的時間就開發出了初步診斷模型,並部署到超算平台上進行模型調優和測試優化,成功搭建了基于超算的新型冠狀病毒肺炎CT影像智能診斷平台。

  據悉,這個平台能夠在高檢測精度下,平均15秒完成一個病人的CT圖像診斷。醫生僅需將病人的CT圖像批量打包上傳到平台上,即可在短時間內得到全部影像的智能診斷結果,平台還會將CT圖像中的可疑區域標注出,輔助醫生進行精確診斷。

  “天河二号”: 疫情发生前 就是医疗“老手”

  在这场战“疫”中,廣州超算为什么深受信赖?是实力。据悉,廣州超算中心的“天河二号”超级计算机拿下了全球超算五百强的六连冠。在廣東省、不卡影院政府的支持下,廣州超算已经成为全球应用领域最广、用户数量最多的超算中心之一,在全球超算Dominant Sites排名上位列第五,是我国唯一进入这个排名前十的超算中心。

  該負責人告訴記者,生物醫藥、健康醫療領域是廣州超算中心一直以來重點發展的應用領域,中心在這一領域投入了大量的資源、人才團隊開展應用研究和用戶合作,取得顯著應用成效。

  “比如,我們與國家衛健委下屬的標普醫學中心是長期合作單位。在疫情暴發前,我們已經有了優秀的應用基礎、完善可靠的硬件基礎和軟件環境、業務熟練的人才團隊,可以迅速開展疫情防控的相關工作,在短時間內就取得比較好的成果。”

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