破译大脑的黑匣子，离不开这把“钥匙”

    得了脑卒中，身体还能恢复如初吗？
    这个真实的案例，也许会给很多人带去欣慰。2022年吉林大学第一医院的一位脑卒中患者，从入院到手术完成只用了75分钟，三周后完全康复，回归正常生活。
    脑卒中，也就是我们常说的“中风”。正如其英文名Stroke，这种重大脑疾病会给人带来突如其来的重击，患者的人生都有可能停摆。
    脑卒中可怕吗？目前，脑卒中已经是我国第一大致死性疾病，每5个因病死亡的人中就有1人是脑卒中。而且致残率高，大约50－70％脑卒中患者遗留有不同程度的残疾，如偏瘫、语言障碍、痴呆等，严重者长期卧床、生活不能自理。很多人的长辈亲属中就有罹患脑卒中的经历，脑卒中可能会将一个正常的家庭拖入深渊。
    但是，如果及时救治，辅以有效的后期康复治疗，脑卒中是可以被治愈的。
    同样的疾病，为什么命运如此不同？是什么决定了人们拥有不同的生命长度和生命质量？这可能来自人类探索大脑奥秘的一小步。
    探索沉睡百万年的“黑匣子”
    大脑是人体中最精密最复杂的器官，然而人类关于大脑的认知却是最少和最晚的。
    人类可追溯的历史大约有300万年。在人类文明漫长的岁月中，大脑就像一个“黑匣子”，不但其工作机制的奥秘远远没有揭开，对相关疾病也束手无策。
    在希腊哲学家之前，心脏被广泛认为是智力所在。直到希腊解剖学家赫罗菲拉斯对人体进行了全面的解剖，才意识到大脑是神经系统的中枢。现代脑科学第一个革命性的发现诞生时，历史的车轮已经行进到了20世纪初。西班牙神经解剖学家圣地亚哥·拉蒙·卡哈尔提出的神经元学说，让脑科学研究开始进入了快车道。
    
    然而，即使在21世纪的今天，人类对大脑的认知仍然是零珠碎玉。这也是为什么包括中国在内的主流国家都启动了各国的脑科学计划。目前，探索人脑工作原理、绘制脑功能联结图谱、寻找脑重大疾病诊治的新手段，仍然是全世界前沿科学家的重任。
    可想而知，当大脑这一“黑匣子”出现疾病，人们只能处在无助的恐惧中。在头颅CT应用之前的医学时代，无论东方还是西方，中医还是西医，由于根本没法弄清脑袋里哪里出了问题，甚至都不清楚是血管堵还是血管破，只能对脑卒中束手无策。即使是帝王名流都无法幸免。
    某种程度上，脑卒中还影响到国家兴衰。史书记载，颇具改革魄力的宋神宗（赵顼）三十七岁即发中风，“失音直视，不能言，首肯之”，虽遍访名医救治，仍然“疾势日增”，不久后驾崩。历经十数载的王安石变法因宋神宗的英年早逝而终结，此后北宋王朝的命运更加风雨飘摇。
    人类对大脑认知的突破在近百年内才开始出现。在20世纪初，造影剂等相关技术的出现加速了颅内结构的可视化发展。1927年，埃加斯·莫尼兹发明了脑血管造影术，大脑内的神经成像首次被世人窥得了庐山真面目，人类第一次看到了大脑动脉的活体射线照片。1971年，英国电子工程师亨斯菲尔德，完成了人类大脑的首次CT扫描。
    现代影像医学的崛起，让脑卒中从不可知到可知，从不可治变成可治，从慢性病变成超急诊。
    
           时间就是大脑
    没错，脑卒中是超急诊。
    医生和病人最大的敌人只有一个——时间。救治每延误一分钟，就会有190万个脑细胞和14亿神经突触发生不可逆损伤。
    然而现实中，各地医疗水平相差甚大，相当一部分医院，脑卒中患者从进入急诊科到神经内科医生做出急救决策这一过程就长达数小时，还不包括送往医院的时间，往往错过黄金救治时间。医学界有一个专有名词DPT（door to puncture time），就是指从进入医院大门到血管穿刺成功所用的时间，它是衡量医疗机构缺血性卒中治疗水平的重要标尺。
    为什么DPT需要花费这么长时间？
    医学上，脑卒中分为缺血性脑卒中和出血性脑卒中，其中缺血性脑卒中大约占所有脑卒中的70％左右。以缺血性卒中为例，根据不同病症的不同情况，治疗方法包括溶栓治疗、取栓治疗等，其治疗原理都是把闭塞的脑动脉再次开通。但无论哪种治疗方案都需要与时间赛跑。
    比如，静脉溶栓是急性缺血性脑卒中治疗的有效手段，救治的黄金时间为发病4．5小时内，之前需要CT检查信息；发病4．5h－6h的患者可以通过机械取栓获得救治，之前需要CTA（CT angiography，CT血管造影）检查信息；发病6h－24h的超窗取栓治疗患者，机械取栓前需要CTA＋CTP（CT perfusion，CT灌注成像）的检查信息。
    无论选择哪种治疗方案，最重要的医学依据是通过影像快速判断病情，即在各类CT影像检查结果出来之后，对它们快速进行准确评估。
    由于脑卒中的临床表现多样、病因复杂，患者做完影像以后，往往需要十年以上资质的影像学医生才能对影像做出准确的评价，而且耗时很长，一般评估过程需要30－60分钟。
    医生需要在很短的时间内，做大量的专业判断，包括对脑实质改变、颅内、外供血动脉的改变、脑实质内毛细血管水平的血流动力学改变、病因及发病机制分型等一一做出诊断。
    过去，对于影像学医生，这是一场残酷的战争。他们孤立无援，只能靠自身多年积累的诊疗经验，在极大的压力下与时间赛跑。但是，当一位出色的助手进入诊疗环节后，变化产生了，TA就是人工智能医疗影像辅助系统。
    
           绿区保卫战
    人工智能医疗影像辅助系统显示，脑CT影像中，绿色代表可抢救区域，红色代表梗死区。当绿色区域完全被红色的梗死区侵蚀殆尽时，就代表着患者脑组织死亡。脑卒中的救治过程，就是一场绿区保卫战。
    在这场绿区保卫战中，人工智能是如何帮助医生增加赢率的呢？
    吉林大学第一医院，设有国家示范高级卒中中心，其卒中救治水平在全国名列前茅，视频中的案例就发生在这里。在耗时的影像评估决策环节，吉林大学第一医院应用了人工智能医学影像辅助诊断系统，3分钟内完成诊断，极大缩短了影像学评估的时间。通过发掘深层次影像信息，AI可以帮助医生完成对缺血性脑卒中多模态影像的智能分割、病灶检测、图像分析、评估预后等工作。
    这套AI系统是如何炼成的？在数据、算法、算力三要素的背后，你会发现顶尖医院、知名医疗AI企业与领先科技企业的身影。
    首先，数据方面，高质量数据决定医疗AI高度。在脑卒中治疗领域，首都医科大学附属北京天坛医院在国内处在领先地位。据了解，我国脑卒中再灌注治疗复发率为25％，国际脑卒中治疗后复发率为7％，天坛医院脑卒中再灌注治疗复发率为2％。这套人工智能医学影像辅助诊断系统，就是领先的医疗AI公司安德医智基于天坛医院的上万例临床影像数据训练而来。
    其次，算法方面，自动化和标准化的人工智能影像算法在结合高维异构数据复杂建模方面有显著优势，安德医智在全球率先实现神经系统疾病CT／MRI影像人工智能辅助诊断，包括脑肿瘤、小血管病变、脑卒中在内的60余种疾病。目前，这套人工智能医学影像辅助诊断系统可以将对卒中影像的评估时间缩短到3分钟。
    第三，算力方面，CT／MRI影像数据量大，单个病例就可以达到GB级，对算力的挑战很大。在模型开发过程中，浪潮AI服务器解决了模型复杂度高、计算量大、单次耗时长等难点。浪潮AI资源管理平台AI Station，则显著提升了资源使用率与训练效率，可以支持近80位工程师同时使用计算平台。最终，在浪潮算力基础设施的帮助下，实现了主要模型训练速度提升10倍以上，训练时间由2周多降为2天。
    
           相信治愈的力量
    根据《中国脑血管病临床管理指南》的数据，我国是卒中大国，每年新发卒中病人约300万。因此，我国卒中诊治负担很重，尤其是基层医院，卒中专业医师短缺。
    人工智能医学影像辅助诊断系统的应用，相当于优质稀缺的专家资源以人工智能产品的形式走进基层医院。
    吉林大学第一医院放射线科主任、中华医学会放射学分会副主任委员张惠茅表示，人工智能在卒中临床诊疗的价值，不仅是快速进行医学影像评估，帮助医生快速准确做出治疗方案的决策。对于提升诊断标准化，降低漏诊率和误诊率，整体优化诊疗流程，推动医疗均质化等方面，人工智能都有极大推动作用。
    在科学革命之前，人们只能相信，人类生病是因为打开了潘多拉魔盒。即使到现代社会，医生的职责和医疗的价值，仍然是被谨慎评价的。正如特鲁多医生的墓志铭所说，“有时治愈，经常缓解，总是安慰。”
    不过，在医疗水平发展过程中，最大的变量就是科技。脑卒中从不治之症，到超急诊的变化，再次验证了在人类探究疾病的远征中，人工智能正在让“治愈”的范围不断扩大。
    文中图片来自摄图网
    END
    本文为「智能进化论」原创作品。