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“天河二号”15秒完成一次CT图像诊断

  • 2020-03-04
  • 来源: 广州日报
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超级计算机搭建CT影像智能诊断平台 练就战“疫”“火眼金睛”

“天河二号”超级计算机

  2020年新年开局,一场突如其来的新冠肺炎疫情席卷全国,给人民生命安全和经济社会发展带来严峻考验。在这场不能输的战争中,广州科技力量精锐尽出。在国家超级计算广州中心,“天河二号”超级计算机,以每秒最高十亿亿次的超强算力,助力筛选出能抑制病毒的小分子药物,搭建“15秒断诊”的新冠肺炎CT影像智能诊断平台,建立新冠肺炎病患时空轨迹数据库……以大国重器之力,与时间赛跑,与死神战斗。

  重器之下还有人。大年初九,广州智睿医药科技有限公司首席执行官谢伟东博士搭上一班空荡荡的飞机,从加拿大返回广州。彼时,智睿医药已通过“天河二号”从数千种上市药物中筛选出30余种潜在药物。但战斗没结束,他还要借助超算与人工智能算法的力量,从上亿种化合物中继续寻找对新冠病毒有特效的“克星”。

  “人类同疾病较量最有力的武器就是科学技术。”广州超算,已全面融入防控疫情的主战场,彰显国之重器的力量与担当。

  找药:两三天选出30种潜在药物

  年廿八,在登上去加拿大的飞机前,谢伟东从长期合作伙伴广州呼吸疾病研究所处听说了新冠病毒所引发肺炎疫情的严重性。从事多年分子生物学研究和药物筛选研发的他马上意识到,对没有特效药的未知病毒,“老药新用”是最快也最安全的。筛选出有效的“老药”,正是他的强项!

  作为一家把人工智能应用于新药挖掘的企业,智睿医药自主研发了一套深度学习算法系统,过去一年半以来,该公司一直借助广州超算中心的“天河二号”超级计算机开展化合物筛选、药物挖掘。

在“天河二号”的辅助下,科学团队筛选出的某药物与冠状病毒蛋白的模拟结合模型。

  谢伟东告诉记者,用算法筛查药物的原理是,针对病毒结构的特定靶点,把药物化合物结构输入到系统中,跟靶点进行对接,通过多个指标评价其对接的情况,结合越好,代表药物化合物效果更好。

  为什么要用到超算?“因为蛋白晶体是一个很复杂的结构,要用虚拟小分子找它的活性位,甚至需要几百万次的尝试。”以普通计算机的算力,从所有上市药物中筛选出有效的药物,需要2至3个月。而以“天河二号”的算力,只需要两三天。“在这个过程中,超算、大数据、人工智能,缺一不可。”

  大年初二(1月26日),上海科技大学饶子和/杨海涛课题组公布了测量的2019-nCoV冠状病毒3CL水解酶(Mpro)的高分率晶体结构。

  同日,智睿医药研究团队马上联动广州超算中心科研团队,启动了基于“星光超算应用服务平台”上自主研发的集合传统统计、高通量计算、以及最新AI方法的药物筛选软件平台,在“天河二号”超级计算机上重点针对已上市药物进行了药物虚拟筛选。

  两三天时间,便迅速定位了30余种可能起作用的潜在药物,包括六种此前未见报道的药物。团队把这些结果全部公布在网上,供科研机构无偿使用。

  为了方便其他科研团队的后续研究,谢伟东还立即联系全球多地药物供应商,花了2周时间,完成所有潜在药物化合物的采购,免费提供给下一个团队开展病毒抑制试验。目前药效正在进一步验证中。

  “疫情暴发后,我相信全世界的科学家们,都在为治疗新冠肺炎做着三件事:新药研发、老药新用、研制疫苗。这是身为科学家的责任。”谢伟东说,“我大年初九从加拿大回来时,所有人都叫我不要回来,飞机几乎是空的。但我一定要回来,这是一场战斗,我们责无旁贷。”

  制药:目前已筛选出一批化合物

  但特效药还没有诞生,战斗还没有结束。谢伟东告诉记者,智睿医药正依托集合了近一亿个化合物的3D结构数据库,通过“天河二号”超级计算机开展化合物的挖掘。目前已筛选出一批化合物,完成采购后将联合P3实验室开展病毒抑制实验。但新药研发并不容易,它需要严格、复杂的步骤和大量的投入,最快也需要2到3年时间。

  “所幸,人类现在有超算、人工智能、大数据这些科技力量,缩短了新药研发的时间。”谢伟东说,“我是广州人,也是中大人。我很自豪,在广州、在中大,有‘天河二号’这样的超级计算机。在这场战‘疫’中,它是科学家手中强大的武器。”

  分析:定点医院疗效数据在线分析

  对疫情的防控也离不开大数据的测算与助力。当前,广州超算正在助力全国战“疫”。

  昨日,超算中心负责人向记者介绍,通过与国家卫健委及其所属机构的合作,超算中心部署了国务院医疗救助组新冠肺炎病例医疗质控系统。“我们利用已有健康医疗平台的优势基础,紧急研发部署了基于超算的抗新冠病毒疫情信息系统和数据库,实现定点医院全部病例数据和临床药物疗效数据的实时采集与在线分析,实现抗疫医疗质量控制与分析。”

  在阻断疫情扩散方面,广州超算中心也发挥了重要作用。该负责人介绍,从大年三十开始,广州超算中心的科研团队就参与启动了“疫情踪”软件的研发工作。这个软件基于已确诊的病患,利用传统流行病调查与大数据追踪分析等手段,结合地理信息技术,构建了新冠病毒肺炎病患时空轨迹数据库。

  “软件可以每5-10分钟采集一次用户的轨迹数据,并反馈到广州超算中心,通过中心强大的计算后台,定期将用户数据和已确诊病患的数据进行时空匹配度对比,这样,就可以实时评估、反馈用户的感染风险,并且提醒用户进行自我隔离或主动就医,从而帮助阻断病毒传染。”

  诊断:标注可疑区域辅助精确诊断

  记者了解到,除助力药物筛选、研制战“疫”“弹药”,超算中心还和中山大学附属医院合作,紧急开发了一套新冠病毒肺炎CT影像智能诊断平台。

  之所以是紧急研发,是因为这个平台是拿来“救急的”。超算中心负责人昨日告诉记者,在疫情暴发的初期,全国疑似病例迅速增加,湖北省的情况尤其严重。“但一位专业医生在一天内只能诊断70多个病人,在疫情重灾区是远远不够的。”

  因此,在拿到第一手新型冠状病毒肺炎CT影像数据后,广州超算中心紧急组织了医学图像智能诊断小组,与中山大学附属医院的专业医生合作,仅用一天的时间就开发出了初步诊断模型,并部署到超算平台上进行模型调优和测试优化,成功搭建了基于超算的新型冠状病毒肺炎CT影像智能诊断平台。

  据悉,这个平台能够在高检测精度下,平均15秒完成一个病人的CT图像诊断。医生仅需将病人的CT图像批量打包上传到平台上,即可在短时间内得到全部影像的智能诊断结果,平台还会将CT图像中的可疑区域标注出,辅助医生进行精确诊断。

  “天河二号”: 疫情发生前 就是医疗“老手”

  在这场战“疫”中,广州超算为什么深受信赖?是实力。据悉,广州超算中心的“天河二号”超级计算机拿下了全球超算五百强的六连冠。在广东省、广州市政府的支持下,广州超算已经成为全球应用领域最广、用户数量最多的超算中心之一,在全球超算Dominant Sites排名上位列第五,是我国唯一进入这个排名前十的超算中心。

  该负责人告诉记者,生物医药、健康医疗领域是广州超算中心一直以来重点发展的应用领域,中心在这一领域投入了大量的资源、人才团队开展应用研究和用户合作,取得显著应用成效。

  “比如,我们与国家卫健委下属的标普医学中心是长期合作单位。在疫情暴发前,我们已经有了优秀的应用基础、完善可靠的硬件基础和软件环境、业务熟练的人才团队,可以迅速开展疫情防控的相关工作,在短时间内就取得比较好的成果。”


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