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华西医院副院长龚启勇:脑医学与人工智能发展前沿丨CMAI 2018

2018-10-22
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文 | 黄锦

来自雷锋网(leiphone-sz)的报道

近日,2018中国医学人工智能大会暨第一届人工智能雁栖高端论坛在中国科学院大学雁栖湖校区举行。来自全球的20多位专家学者、医生和产业界代表齐聚一堂,围绕人工智能+医疗、医学图像分析、机器学习等热点领域开展了历时两天的深入交流与探讨。

作为大会上午医学人工智能前沿环节的重量级嘉宾,龚启勇教授向与会观众分享了题为“脑医学与人工智能发展前沿”的精彩专题报告。

龚启勇教授

龚启勇教授现任华西医院副院长,是放射领域首位杰青、长江学者特聘教授、基金委“医学影像”创新群体带头人,现担任国际医学磁共振学会(ISMRM)精神磁共振学组副主席(暨候任主席)、国际华人医学磁共振学会主席和Frontiers in Psychiatry分册Computational Psychiatry主编等职务。

他长期从事功能性脑疾病的磁共振神经放射学研究,提出脑行为偶链假说并在此基础上系统地建立精神放射影像体系。因此作为首位中国学者为放射学排名第一的Radiology撰写精神影像邀约综述,并受邀领衔主持编写享有“临床指南”声誉的北美临床放射医师系列医学继续教育培训教材《Neuroimaging Clinics of North America》之《Psychoradiology》分册。

代表性工作“磁共振影像学分析及其对重大精神疾病脑机制的研究”和“精神影像技术的基础与临床应用研究”分别获2015年国家自然科学奖二等奖和2017年中华医学科技奖一等奖。并在国家自然科学基金委科学仪器基础研究专项的资助下研发出具有自主知识产权的磁共振实时互动眼动分析系统,进一步促进了精神放射影像技术的发展。

龚启勇教授在大会中指出,人工智能和多模态核磁共振等新兴技术极大地促进神经放射诊断学的快速发展并催生了精神放射影像学科新方向,推动并形成了精神疾病客观标志物研究与应用新领域。

以下为龚启勇教授的演讲内容,雷锋网AI掘金志经龚启勇授权,作了不改变原意的编辑:

龚启勇教授首先从中美和欧盟的脑计划讲起。

美国的“脑计划“开始于2013年4月,计划10年间投入60亿美元,从开发新技术、新工具和新方法开始,再实现从神经元普查、大脑工作动态图像、脑病治疗、人脑研究网络等七大目标。欧盟也在同年的10月开启了人脑计划,计划10年间投入10亿欧元,旨在通过计算机技术模拟大脑,建立一套全新的、革命性的生成、分析、整合、模拟数据的信息通信技术平台,以促进相应研究成果的应用性转化。

中国脑计划则于2018年正式落地,并提出以“一体”和“两翼”为宗旨。“一体”指的是以阐释人类认知的神经基础(认识脑)为主体和核心,“两翼”指的是脑重大疾病的研究和通过计算和系统模拟推进人工智能的研究。举个例子,脑计划可能会使用人工智能算法来筛选脑部医学影像,进而比较健康大脑和患病大脑,并逐渐形成大脑数据库。

而分析判断脑部医学影像就要用到神经放射诊断学的知识。传统的影像学检查无法发现患者的脑功能变化,也就无法得出客观和定量的诊断、预测和治疗指标。

脑功能性疾病是临床难以处理的重要神经精神疾患。尤其是心理认知障碍等精神类疾病,给个人、家庭和社会带来沉重的疾病负担,其具有患病率高(17.5%)、致残率高、复发率高、求治率低(5%)、自杀率高和治愈率低的特点,在人类疾病负担最重的前五种疾病之中,精神疾病已占据了四种,它们分别是抑郁症、物质滥用、精神分裂症和双相情感障碍。

然而精神疾病有难确诊的特点。Grace Helen Kent和A.J.Rosanoff在1910年的研究就提出,精神疾病和精神健康之间并没有明确的分界线,而且,从健康到发病的整个过程也十分缓慢,很难察觉。总之,缺乏客观生物学表征是解决相关临床难题的瓶颈。

精神影像学是一个新兴的领域,它将医学影像技术应用于心理健康、神经生理和精神疾病的分析,为临床诊疗提供指导。

比起传统影像检查,多模态精神磁共振技术实现了精神疾病脑异常的可视化和可量化,而且还具有无放射性、无创和操作简单等特点。

新兴的精神放射影像学有很多优势,不仅对脑功能性疾病发病机制上实现了深度理解,在检测上实现了客观和早期诊断,还在预测上实现了预后和早期干预。另外,多模态的成像技术和人工智能的结合还使得神经放射学更加的量化和可视化。

举实际例子来说,利用精神影像学可以解决实际的临床问题,比如观测首发精神分裂症患者的脑部异常。

利用多模态精神磁共振技术中的DTI可以发现患者脑蛋白质微观结构异常。依据“脑行为偶链”假说,多模态的磁共振影像可以判断脑部结构异常和功能异常的关系。 再比如可以用精神影像学来观测抗精神病药物治疗后的精神分裂症患者的脑部异常。

龚启勇教授总结出的“脑行为偶链”假说。

可以看到,药物治疗后的精神分裂症功能和结构都会得到改善。同样,可以使用多模态核磁共振技术来观测抑郁症患者的脑部结构,比如使用DTI纤维示踪成像来观测有抑郁自杀倾向的神经回路。用磁化传递率(MTR)来观测耐药难治性抑郁的神经回路。

与AI结合所得到的初步结果显示,用结构MRI可以预测抑郁症治疗反应的预后情况;用静息态功能磁共振成像技术定量预测创伤幸存者的个体精神病理;结合机器学习和DTI可对强迫症患者进行客观精神影像学分类。另外,通过由采集链、质控链和解析链组成的精神影像技术链填补了影像技术在精神疾病检查中的空白。

现在,作为精神影像技术链的组成部分之一,在华西医院已经研制出自主知识产权的基于实时反馈的脑功能磁共振视觉刺激与眼动分析系统。

总的来说,多模态的核磁共振技术和AI等先进工具使得神经放射诊断学形成了精神影像学科新分支,也使得脑疾病的精准医学成为可能。

最后,龚启勇教授总结到,精神影像学已成为国际放射学发展的重要热点领域,不仅推动了重大神经精神疾病的病理机制探讨,还形成了脑疾病客观标志物的临床研究与应用新领域,尤其是开始影响到重大脑功能性疾病的临床实践和管理。

了解更多CMAI大会的嘉宾精彩报告,请关注微信公众号“AI掘金志”的后续报道。

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