美国国防部与Google合作开发可识别癌症的AI显微镜

尼尔斯·奥尔森 (Niels Olson) 博士使用增强现实显微镜。美国国防部

在西雅图退伍军人管理局医院的办公室里，纳迪姆·扎法尔医生需要解决一场争论。 

扎法尔是一名病理学家，是那种对体液和组织进行临床实验室测试以诊断癌症等疾病的医生。这是一个经常在幕后运作的专业，但它是医疗保健的重要支柱。

去年年底，扎法尔的同事向他咨询了一个前列腺癌病例。很明显，病人患有癌症，但两位医生对于癌症的严重程度意见不一。扎法尔认为癌症比他的同事更具侵袭性。 

扎法尔转向他的显微镜，这是一种深受人们喜爱的病理学工具，医生依靠它来帮助做出诊断。但该设备不是普通的显微镜。这是美国国防部和谷歌（Google）打造的人工智能显微镜。 

两人通过特殊显微镜观察了这个案例，扎法尔是对的。几秒钟之内，人工智能就标记出了扎法尔认为更具侵袭性的肿瘤确切部分。在机器支持他之后，扎法尔说他的同事被说服了。 

扎法尔在接受 CNBC 采访时表示：“他脸上挂着微笑，他同意这一点。” “这就是这项技术的美妙之处，它有点像仲裁员。”

这种由人工智能驱动的工具被称为增强现实显微镜（ARM），谷歌和国防部多年来一直在悄悄研究它。该技术仍处于早期阶段，尚未积极用于帮助诊断患者，但初步研究很有希望，官员们表示，对于病理学家来说，它可能是一个有用的工具，而无需轻易获得第二意见。

病理学家的新工具

目前共有 13 个 ARM，其中一个位于华盛顿特区郊外的 Mitre 设施。 Mitre 是一家非营利组织，与政府机构合作解决涉及技术的重大问题。研究人员正在与 ARM 合作，找出可能在临床环境中给病理学家带来问题的漏洞。 

乍一看，ARM 看起来很像高中生物教室里的显微镜。该设备是米色的，配有一个大目镜和一个用于检查传统载玻片的托盘，但它还连接到一个装有人工智能模型的四四方方的计算机塔。 

当载玻片准备好并在显微镜下固定时，人工智能能够勾勒出癌症的位置。轮廓显示为一条亮绿色的线，病理学家可以通过目镜和单独的监视器看到。人工智能还可以指示癌症的严重程度，并在显示器上生成黑白热图，以像素化形式显示癌症的边界。     

8 月份，CNBC 与 Mitre 设施的研究人员一起演示了 ARM。 

Mitre 的高级自主系统工程师帕特里克·迈诺特 (Patrick Minot) 表示，由于人工智能直接覆盖在显微镜的视野上，因此它不会中断病理学家既定的工作流程。 

简单实用是一种有意的设计选择。近年来，与医疗保健领域的许多其他领域一样，病理学家一直在应对劳动力短缺的问题。但随着人口老龄化，病理学家的病例量也在不断增加。 

对于该专业来说，这是一个危险的组合。如果病理学家过于紧张而错过了一些事情，可能会给患者带来严重的后果。 

一些组织一直在尝试将病理学家的工作流程数字化，以提高效率，但数字病理学也面临着一系列挑战。对一张幻灯片进行数字化可能需要超过千兆字节的存储空间，因此与大规模数据收集相关的基础设施和成本可能会迅速增加。对于许多较小的卫生系统来说，数字化还不值得这么麻烦。 

ARM 并不是要取代数字病理系统，但迈诺特表示，它可以帮助卫生组织绕过对数字病理系统的需求。例如，病理学家可以选择使用 ARM 的软件来截取载玻片的屏幕截图，这种软件的存储成本要低得多。

ARM 通常会花费卫生系统 90,000 至 100,000 美元。

Minot 补充说，ARM 确保物理显微镜（而不仅仅是计算机）仍然是病理学家工作流程中不可或缺的一部分。他开玩笑说，许多人警告他不要乱动显微镜。 

“大数据是硅谷最擅长的”

很少有人像国防部国防创新部门 (DIU) 首席医疗官尼尔斯·奥尔森 (Niels Olson) 博士那样了解病理学家面临的挑战。 

DIU 成立于 2015 年，是军方整合商业界开发的尖端技术的一种方式。该组织与公司谈判合同，以便他们能够合作并规避长期的官僚主义障碍。 

奥尔森是一名病理学家，在 DIU 任职之前，他曾在美国海军服役。2018年，他被派往美国密克罗尼西亚群岛属地关岛，在海军​​医院担任实验室医疗主任和血库主任。 

在关岛的两年里，奥尔森是岛上两名病理学家之一，也是海军医院唯一的病理学家。这意味着他经常自己做出重大决定和诊断。

“说‘这是癌症，这是这种癌症’不仅仅是你的工作。” 奥尔森在接受 CNBC 采访时表示，工作的一部分就是说‘这绝对不是癌症’，当你独自一人时，这可能会让人感到紧张。“我希望在关岛有一台增强现实显微镜，这样就能有人、有其他东西提供帮助。”

ARM 旨在作为病理学家的第二道防线，奥尔森表示它不会取代医生本身。他补充说，显微镜的最初明显用途是在较小的偏远实验室中，它也可以作为病理住院医师培训的资源。

但早在到达关岛之前，奥尔森就梦想着开发出像 ARM 这样的工具。2016 年 8 月 10 日，当奥尔森在圣地亚哥海军医疗中心担任住院医师时，他决定向他在 Google 的联系人发送消息。在 CNBC 看到的这封电子邮件中，奥尔森描述了像 ARM 这样的显微镜的大致概念。  

奥尔森说有一段时间他什么也没听到。但几个月后，他站在加利福尼亚州山景城的谷歌办公楼里，挤在一个上锁的房间里，只有公司的少数人可以进入。在那里，他目睹了早期人工智能显微镜在他随身携带的一小套载玻片上成功识别出癌症。 

奥尔森说，房间里很闷热，因为里面的每个人都很“兴奋”。 

“我不想说这很像第一次见到你的孩子，但有点像，这太棒了，这会成为一件事，”奥尔森说。

在他被派往关岛期间，DIU 的一位产品经理偶然发现了奥尔森的研究。两人于 2019 年共同撰写了一篇文章，介绍国防部和硅谷如何合作利用人工智能。他们表示，有数百万患者加入了联邦政府的医疗保健系统，这意味着联邦政府拥有“世界上最全面的医疗保健数据集”。这些数据具有明显的商业用途。

他们写道：“大数据是硅谷最擅长的领域，其渗透到民用医疗系统的潜力是巨大的。”

此后不久，DIU 开始寻找商业合作伙伴来帮助构建和测试 ARM。该组织选择了光学技术公司 Jenoptik 来处理硬件，在评估了 39 家公司后，选择了谷歌来开发软件。  

谷歌云医疗保健战略和解决方案全球总监 Aashima Gupta 表示，该公司已为 ARM 推出了四种算法，可以识别乳腺癌、宫颈癌、前列腺癌和有丝分裂。人工智能模型是根据 DIU 的数据进行训练的，古普塔表示，谷歌员工和谷歌基础设施都无法访问这些数据。 

“它全程加密，”古普塔在接受 CNBC 采访时表示。“从数据的收集方式、存储方式和分析方式，以及介于两者之间的任何事情。” 

需要进行“大量”测试 

硬件和软件都已准备就绪后，DIU 已开始进行初步研究，以测试 ARM 的功效。 

2022 年秋季，该组织在《病理信息学杂志》上发表了一篇同行评审论文。该论文的主要作者、国防部首席数字和人工智能部门人工智能评估副主任戴维·金 (David Jin) 表示，该论文发现乳腺癌人工智能算法在大量样本中表现相当不错，但也有一些警告。情报办公室。

这篇论文专门研究了人工智能在检测乳腺癌淋巴结转移时的表现，金表示，它在某些类型的细胞上比其他细胞表现得更好。他说这项研究很有希望，但在它能够支持病理学家提供真正的患者护理之前，仍然需要进行“大量”严格的测试。

金在接受 CNBC 采访时表示，“这样的事情具有极大的益处潜力，但也存在很多风险”，因为它将改变癌症诊断的方式。  

奥尔森从关岛回来并于 2020 年开始在 DIU 工作，他也被列为该论文的作者。他说，DIU 尚未对前列腺癌、有丝分裂和宫颈癌等其他三种模型进行独立评估。

ARM 的研究正在进行中，DIU 也在征求 Mitre 等组织和退伍军人事务部等卫生系统的反馈。虽然还有很多工作要做，但由于 DIU 已经验证了最初的概念，该组织开始考虑如何扩展该技术并与监管机构合作。   

DIU 与谷歌和业纳谈判达成协议，允许通过军事和商业方式分发该技术。DIU 希望在今年秋天的某个时候通过总务管理局网站向所有政府用户提供 ARM。 

VA Puget Sound 的扎法尔表示，尽管 ARM 肯定会帮助病理学家，但最终，普通公众将从该技术中受益最多。他表示 ARM 的准确性、速度和成本效益都将有助于更好的护理。 

（本文依据了CNBC的消息）