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慧眼识癌:做“互联网+精准医学诊断”的先行者
访医学院“互联网+”全国银奖团队
发布日期:2021-12-06 阅读次数:1038 来源单位:党委宣传部(新闻中心挂靠)  责任编辑:范苏

通过痰液就能检测出是否患有肺癌,在很多人看来这是难以置信的,但我校医学院学生团队集成创新了复合纳米微球富集肺癌细胞技术以及单细胞分离技术,将AI技术和病理诊断相结合,研发出痰液筛查肺癌的诊断方式,一举解决了肺癌细胞病理诊断难题。不久前,团队的项目《慧眼识癌——肺癌细胞病理诊断赛道的领跑者》获得了第七届中国国际“互联网+”大学生创新创业大赛全国银奖。

肺癌是指原发于肺部气管、支气管和肺泡等组织的恶性肿瘤。近半个世纪以来,肺癌的发病率和病死率都处于迅速上升的趋势。早发现、早治疗,是提高肺癌患者生存率最有效的方法,然而目前尚没有性价比高的普查手段。“现在临床上常见的诊断方法就是X线胸片或CT扫描,但是并不能确诊,有时患者还会担心辐射的问题。”团队负责人、临床182班陈怡洋说道,肺癌确诊的金标准是细胞病理诊断,但对病理科医生来说,细胞制片并准确找出肺癌细胞是一项十分花费时间精力的工作。

生活在医学家庭,陈怡洋从小就耳濡目染知道癌症细胞病理筛查的难点。就读临床专业三年来,她一直在探索如何找到一个更好的诊断路径,能解决痰液制片难、肺癌细胞寻找难、病理确诊难等肺癌诊断方面的问题。从大二开始,她就和志同道合的同学一起组成团队,申请了“AI辅助肺癌细胞病理诊断”的大学生创新项目。

在肺癌细胞病理涂片图像中,肺癌细胞很少且与其它大量的良性细胞夹杂在一起,识别极为困难,不仅需要花费很长时间,而且需要长期的经验积累,这是一个世界性难题,不亚于“大海捞针”。在研究过程中,团队成员们发现利用纳米微球技术富集肺癌细胞是一个很好的路径。“因为良恶性细胞的性质不同,我们希望能找出一种特殊的蛋白能对癌细胞表面受体有特异性的吸附力。”功夫不负有心人,团队成功地研发出了被覆特殊复合蛋白的Fe3O4磁性纳米颗粒,能很好解决痰液中肺癌细胞收集难的问题。“多次实验数据表明,这个微球可以很好地在患者痰液中吸附肺癌细胞,能将确诊阳性率提升30%以上。”团队成员、临床203班席珺婷自豪地说道。

在解决好如何富集癌细胞的问题之后,他们还萌发出运用“互联网+”思维,把AI技术运用到肿瘤细胞诊断上的想法。“同学们的想法看似简单,但十分前卫,真正做起来却并不容易。”团队指导老师、医学院吴辉群副教授说,相比于CT影像上的肺结节,显微镜拍摄到的肺癌细胞病理图像中很多细胞都是成团成簇的。另外,不同的医院制片的差异也会影响到病理图像的显示,这些都增加了标注和机器学习的难度。

“科研就是一步一步地解决问题。遇到困难不可怕,重要的是学会如何解决困难,这是我们从这个项目过程中领悟到的科研道理。”陈怡洋和团队成员们首先从细胞分离做起,但国内没有现成的分离液可以使用,更改分离液的配方是他们想到可能实现分离肺癌细胞的方法。在医学院季菊玲教授的指导下,重新进行配比,团队最终研制出适合肺癌细胞的分离液,可以使制片出来的复杂癌细胞簇不会重叠在一起,通过AI技术就能实现精准识别标注,从而提升诊断的效率。

要想让AI能实现精准识别,还需要收集大量的肺癌细胞病理图像和专家的标注来训练AI算法,这是摆在团队面前最大的“拦路虎”。为此,在学院老师以及校友专家的帮助下,团队与复旦大学附属中山医院、上海交通大学附属胸科医院、同济大学附属肺科医院以及学校附属医院等大型医院病理科开展了合作,积累多中心的肺癌细胞病理资源,建立肺癌细胞病理标注数据库。

 “有了标注数据,我们就想着如何将病理科专家积累的肺癌细胞诊断经验,通过AI技术进行具体化应用,这样能够帮助更多医生进行诊断。”团队吸纳了不同专业的同学加入,有的负责细胞标注、有的负责AI算法优化,有的负责开发系统原型,有的负责联系医院试用。不久,“慧眼识癌的远程病理诊断系统”原型被开发出来,实现了“云端”对肺癌细胞的识别诊断。

“相比以前坐在显微镜前一遍一遍地观察来说要轻松得多!”“遇到拿不定主意的病理图像还能请专家远程会诊,省去了患者去大医院就诊的宝贵时间和往返费用!”在部分临床试用中,系统收到了许多医生的赞扬。他们表示,“慧眼识癌”的系统为病理医生带来了很多便利,不仅节约了诊断时间,还提高了效率,给患者带来了实惠。

“慧眼识癌”项目的成功,除了团队成员们的努力,更离不开学校的支持和老师们的指导。作为以在校本科生为主的队伍参加“互联网+”大学生创新创业大赛,团队的压力是不可避免的。“把参加比赛当成一种学习,当成一个完善项目的机会。”学校和医学院的领导在备赛过程中除了对项目进行点评和完善,还经常对同学们进行心理疏导,并制定了各种计划帮助他们备赛。

除了获得全国银奖之外,这个项目也得到了院士们的点赞。樊嘉院士评价道:“该项目与临床样本检测符合率很高,是‘互联网+精准医学诊断’的一个成功范例,未来互联网+AI精准诊断和治疗大有可为,应用会越来越宽广。”陈义汉院士也认为他们的项目是“符合国际标准,技术国内领先”。

虽然首战就取得了不俗的成绩,但陈怡洋表示这个项目需要打磨的地方还有很多。目前,团队已经与中国肺癌防治联盟达成了合作,将推动痰液早筛成为国家肺癌筛查的推荐项目,帮助患者进行无创诊断,使得病理医生能更简便、更准确地实现筛查工作,让肺癌细胞尽早现形。

(校报记者 范苏 校报学生记者 贾宏业 钟钰婷)

医学院“慧眼识癌”团队。


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