15秒完成一次CT圖像診斷

在“天河二號(hào)”的輔助下，科學(xué)團(tuán)隊(duì)篩選出的某藥物與冠狀病毒蛋白的模擬結(jié)合模型。

平安是對(duì)社會(huì)最大的貢獻(xiàn)

為打贏疫情防控人民戰(zhàn)爭(zhēng)、總體戰(zhàn)、阻擊戰(zhàn)提供強(qiáng)大科技支撐

2020年新年開局，一場(chǎng)突如其來的新冠肺炎疫情席卷全國(guó)，給人民生命安全和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展帶來嚴(yán)峻考驗(yàn)。在這場(chǎng)不能輸?shù)膽?zhàn)爭(zhēng)中，廣州科技力量精銳盡出。在國(guó)家超級(jí)計(jì)算廣州中心，“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)，以每秒最高十億億次的超強(qiáng)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影像智能診斷平臺(tái)，建立新冠肺炎病患時(shí)空軌跡數(shù)據(jù)庫(kù)……以大國(guó)重器之力，與時(shí)間賽跑，與死神戰(zhàn)斗。

重器之下還有人。大年初九，廣州智睿醫(yī)藥科技有限公司首席執(zhí)行官謝偉東博士搭上一班空蕩蕩的飛機(jī)，從加拿大返回廣州。彼時(shí)，智睿醫(yī)藥已通過“天河二號(hào)”從數(shù)千種上市藥物中篩選出30余種潛在藥物。但戰(zhàn)斗沒結(jié)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(xù)尋找對(duì)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(xué)技術(shù)。”廣州超算，已全面融入防控疫情的主戰(zhàn)場(chǎng)，彰顯國(guó)之重器的力量與擔(dān)當(dāng)。

文、圖/廣州日?qǐng)?bào)全媒體記者方晴 通訊員莫倩

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(jī)前，謝偉東從長(zhǎng)期合作伙伴廣州呼吸疾病研究所處聽說了新冠病毒所引發(fā)肺炎疫情的嚴(yán)重性。從事多年分子生物學(xué)研究和藥物篩選研發(fā)的他馬上意識(shí)到，對(duì)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(qiáng)項(xiàng)！

作為一家把人工智能應(yīng)用于新藥挖掘的企業(yè)，智睿醫(yī)藥自主研發(fā)了一套深度學(xué)習(xí)算法系統(tǒng)，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(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)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(duì)病毒結(jié)構(gòu)的特定靶點(diǎn)，把藥物化合物結(jié)構(gòu)輸入到系統(tǒng)中，跟靶點(diǎn)進(jìn)行對(duì)接，通過多個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)其對(duì)接的情況，結(jié)合越好，代表藥物化合物效果更好。

為什么要用到超算？“因?yàn)榈鞍拙w是一個(gè)很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，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(jì)算機(jī)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(gè)月。而以“天河二號(hào)”的算力，只需要兩三天。“在這個(gè)過程中，超算、大數(shù)據(jù)、人工智能，缺一不可。”

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

同日，智睿醫(yī)藥研究團(tuán)隊(duì)馬上聯(lián)動(dòng)廣州超算中心科研團(tuán)隊(duì)，啟動(dòng)了基于“星光超算應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)”上自主研發(fā)的集合傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)、高通量計(jì)算、以及最新AI方法的藥物篩選軟件平臺(tái)，在“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)上重點(diǎn)針對(duì)已上市藥物進(jìn)行了藥物虛擬篩選。

兩三天時(shí)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(bào)道的藥物。團(tuán)隊(duì)把這些結(jié)果全部公布在網(wǎng)上，供科研機(jī)構(gòu)無償使用。

為了方便其他科研團(tuán)隊(duì)的后續(xù)研究，謝偉東還立即聯(lián)系全球多地藥物供應(yīng)商，花了2周時(shí)間，完成所有潛在藥物化合物的采購(gòu)，免費(fèi)提供給下一個(gè)團(tuán)隊(duì)開展病毒抑制試驗(yàn)。目前藥效正在進(jìn)一步驗(yàn)證中。

“疫情暴發(fā)后，我相信全世界的科學(xué)家們，都在為治療新冠肺炎做著三件事：新藥研發(fā)、老藥新用、研制疫苗。這是身為科學(xué)家的責(zé)任。”謝偉東說，“我大年初九從加拿大回來時(shí)，所有人都叫我不要回來，飛機(jī)幾乎是空的。但我一定要回來，這是一場(chǎng)戰(zhàn)斗，我們責(zé)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(zhàn)斗還沒有結(jié)束。謝偉東告訴記者，智睿醫(yī)藥正依托集合了近一億個(gè)化合物的3D結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)開展化合物的挖掘。目前已篩選出一批化合物，完成采購(gòu)后將聯(lián)合P3實(shí)驗(yàn)室開展病毒抑制實(shí)驗(yàn)。但新藥研發(fā)并不容易，它需要嚴(yán)格、復(fù)雜的步驟和大量的投入，最快也需要2到3年時(shí)間。

“所幸，人類現(xiàn)在有超算、人工智能、大數(shù)據(jù)這些科技力量，縮短了新藥研發(fā)的時(shí)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(hào)’這樣的超級(jí)計(jì)算機(jī)。在這場(chǎng)戰(zhàn)‘疫’中，它是科學(xué)家手中強(qiáng)大的武器。”

分析：定點(diǎn)醫(yī)院療效數(shù)據(jù)在線分析

對(duì)疫情的防控也離不開大數(shù)據(jù)的測(cè)算與助力。當(dāng)前，廣州超算正在助力全國(guó)戰(zhàn)“疫”。

昨日，超算中心負(fù)責(zé)人向記者介紹，通過與國(guó)家衛(wèi)健委及其所屬機(jī)構(gòu)的合作，超算中心部署了國(guó)務(wù)院醫(yī)療救助組新冠肺炎病例醫(yī)療質(zhì)控系統(tǒng)。“我們利用已有健康醫(yī)療平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)基礎(chǔ)，緊急研發(fā)部署了基于超算的抗新冠病毒疫情信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)醫(yī)院全部病例數(shù)據(jù)和臨床藥物療效數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與在線分析，實(shí)現(xiàn)抗疫醫(yī)療質(zhì)量控制與分析。”

在阻斷疫情擴(kuò)散方面，廣州超算中心也發(fā)揮了重要作用。該負(fù)責(zé)人介紹，從大年三十開始，廣州超算中心的科研團(tuán)隊(duì)就參與啟動(dòng)了“疫情蹤”軟件的研發(fā)工作。這個(gè)軟件基于已確診的病患，利用傳統(tǒng)流行病調(diào)查與大數(shù)據(jù)追蹤分析等手段，結(jié)合地理信息技術(shù)，構(gòu)建了新冠病毒肺炎病患時(shí)空軌跡數(shù)據(jù)庫(kù)。

“軟件可以每5-10分鐘采集一次用戶的軌跡數(shù)據(jù)，并反饋到廣州超算中心，通過中心強(qiáng)大的計(jì)算后臺(tái)，定期將用戶數(shù)據(jù)和已確診病患的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)空匹配度對(duì)比，這樣，就可以實(shí)時(shí)評(píng)估、反饋用戶的感染風(fēng)險(xiǎn)，并且提醒用戶進(jìn)行自我隔離或主動(dòng)就醫(yī)，從而幫助阻斷病毒傳染。”

診斷：標(biāo)注可疑區(qū)域輔助精確診斷

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

之所以是緊急研發(fā)，是因?yàn)檫@個(gè)平臺(tái)是拿來“救急的”。超算中心負(fù)責(zé)人昨日告訴記者，在疫情暴發(fā)的初期，全國(guó)疑似病例迅速增加，湖北省的情況尤其嚴(yán)重。“但一位專業(yè)醫(yī)生在一天內(nèi)只能診斷70多個(gè)病人，在疫情重災(zāi)區(qū)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。”

因此，在拿到第一手新型冠狀病毒肺炎CT影像數(shù)據(jù)后，廣州超算中心緊急組織了醫(yī)學(xué)圖像智能診斷小組，與中山大學(xué)附屬醫(yī)院的專業(yè)醫(yī)生合作，僅用一天的時(shí)間就開發(fā)出了初步診斷模型，并部署到超算平臺(tái)上進(jìn)行模型調(diào)優(yōu)和測(cè)試優(yōu)化，成功搭建了基于超算的新型冠狀病毒肺炎CT影像智能診斷平臺(tái)。

據(jù)悉，這個(gè)平臺(tái)能夠在高檢測(cè)精度下，平均15秒完成一個(gè)病人的CT圖像診斷。醫(yī)生僅需將病人的CT圖像批量打包上傳到平臺(tái)上，即可在短時(shí)間內(nèi)得到全部影像的智能診斷結(jié)果，平臺(tái)還會(huì)將CT圖像中的可疑區(qū)域標(biāo)注出，輔助醫(yī)生進(jìn)行精確診斷。

“天河二號(hào)”： 疫情發(fā)生前 就是醫(yī)療“老手”

在這場(chǎng)戰(zhàn)“疫”中，廣州超算為什么深受信賴？是實(shí)力。據(jù)悉，廣州超算中心的“天河二號(hào)”超級(jí)計(jì)算機(jī)拿下了全球超算五百?gòu)?qiáng)的六連冠。在廣東省、廣州市政府的支持下，廣州超算已經(jīng)成為全球應(yīng)用領(lǐng)域最廣、用戶數(shù)量最多的超算中心之一，在全球超算Dominant Sites排名上位列第五，是我國(guó)唯一進(jìn)入這個(gè)排名前十的超算中心。

該負(fù)責(zé)人告訴記者，生物醫(yī)藥、健康醫(yī)療領(lǐng)域是廣州超算中心一直以來重點(diǎn)發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域，中心在這一領(lǐng)域投入了大量的資源、人才團(tuán)隊(duì)開展應(yīng)用研究和用戶合作，取得顯著應(yīng)用成效。

“比如，我們與國(guó)家衛(wèi)健委下屬的標(biāo)普醫(yī)學(xué)中心是長(zhǎng)期合作單位。在疫情暴發(fā)前，我們已經(jīng)有了優(yōu)秀的應(yīng)用基礎(chǔ)、完善可靠的硬件基礎(chǔ)和軟件環(huán)境、業(yè)務(wù)熟練的人才團(tuán)隊(duì)，可以迅速開展疫情防控的相關(guān)工作，在短時(shí)間內(nèi)就取得比較好的成果。”

【編輯:王詩(shī)堯】

[責(zé)任編輯：楊凡、武云泉]

想爆料？請(qǐng)登錄《陽(yáng)光連線》（ https://minsheng.iqilu.com/）、撥打新聞熱線0531-66661234或96678，或登錄齊魯網(wǎng)官方微博（@齊魯網(wǎng)）提供新聞線索。齊魯網(wǎng)廣告熱線0531-81695052，誠(chéng)邀合作伙伴。