近兩個月來，新冠肺炎疫情席卷全國，牽動著每一個人的心。如今，隨著疫情的全球蔓延，日本、韓國、伊朗、意大利、美國等國家也紛紛告急。
在疫情防控過程中，醫(yī)療資源和條件的限制依然是重要難題。在醫(yī)療資源短缺的情況下，對風(fēng)險人群的篩查、疑似患者的確診、重癥患者的救治，都是巨大的挑戰(zhàn)。
中國尤其是武漢作為這次疫情的重災(zāi)區(qū)，在疫情阻擊戰(zhàn)中取得了不凡的成功。其中，人工智能和大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，在新冠肺炎疫情防控過程中也發(fā)揮了巨大作用。
在全民抗疫的背景下，清華大學(xué)計算機(jī)系利用科技攻關(guān)幫助控制疫情，一系列 AI 抗“疫”成果落地各大醫(yī)院和人員密集場所，為新冠疫情的成功防控貢獻(xiàn)了巨大力量。包括：
新冠肺炎智能檢測與分級系統(tǒng)；
自測系統(tǒng)；
疫情 AI 預(yù)測與分析系統(tǒng)；
密切接觸者智能篩查系統(tǒng)；
大型場所高溫人群篩選和預(yù)警系統(tǒng)；
智能防護(hù)聽診系統(tǒng)；
知識疫情；
疫情輿情傳播與演化分析系統(tǒng)；
智能抗疫機(jī)器人；
智能安檢數(shù)據(jù)存儲與處理系統(tǒng)等。
下面，我們就來對清華大學(xué)計算機(jī)系的部分 AI 抗 “疫” 成果進(jìn)行詳細(xì)解讀！
智能篩查、診斷及分診系統(tǒng)
新型冠狀病毒性肺炎疫情來勢洶洶，而 CT 影像是肺部疾病診斷、病程分級及治療效果分析的重要手段之一。清華大學(xué)陳挺、王光宇、陳寧團(tuán)隊研發(fā)的 COVID-19 的全生命周期智能篩查、診斷及分診系統(tǒng)使用了圖像識別、語義分割、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵 AI 技術(shù)，可以對 COVID-19 肺炎、其他病毒性肺炎及細(xì)菌性肺炎的六類典型病灶 (磨玻璃影、實變、空腔空洞等) 自動進(jìn)行精準(zhǔn)定位，并實現(xiàn)病灶的像素級識別，其準(zhǔn)確率超過 90%。此外，該系統(tǒng)可以自動計算不同種類病灶的體積占比等量化特征，為影像科醫(yī)生提供精準(zhǔn)判讀建議。
新冠肺炎影像輔助診斷應(yīng)用界面
系統(tǒng)還有基于近兩萬張 X-ray 胸片訓(xùn)練智能篩查模型，實現(xiàn)細(xì)菌性肺炎、病毒性肺炎病人和正常人的快速甄別，模型準(zhǔn)確率在 95% 以上，用于優(yōu)化 “疑似” 病人的智能篩查和診斷流程，避免候診交叉感染，緩解醫(yī)療資源壓力。
AI 讀片模型使用了將近 40 萬張 CT 圖像進(jìn)行訓(xùn)練，通過多模態(tài)算法等模型，對患者檢驗、影像學(xué)、體格檢查、輔助檢查等多個維度進(jìn)行綜合分析，新冠肺炎輔助診斷準(zhǔn)確率達(dá)到 90% 以上，對住院病人發(fā)展為危重癥及器官衰竭 (肝腎功能、心臟、凝血等) 的預(yù)測準(zhǔn)確率超過 85%。
新冠肺炎診斷分級預(yù)測應(yīng)用界面
目前系統(tǒng)已在中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院、中山大學(xué)附屬第二醫(yī)院醫(yī)院、宜昌市中心人民醫(yī)院部署落地，并于 3 月 10 日開始在武漢金銀潭醫(yī)院進(jìn)行部署測試。
新冠肺炎自測系統(tǒng)
為了提升大眾對新冠肺炎的科學(xué)認(rèn)識，減少恐慌，避免無序就醫(yī)造成的交叉感染及對公共衛(wèi)生服務(wù)體系的沖擊，董家鴻院士與張鈸院士牽頭組建由清華大學(xué)精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究院、人工智能研究院和附屬北京清華長庚醫(yī)院組成的醫(yī)工結(jié)合項目組，根據(jù)國家規(guī)范以及臨床反饋，設(shè)計了涵蓋流行病學(xué)史、發(fā)熱癥狀、呼吸道癥狀以及既往病史的可快速迭代的智能評價系統(tǒng)，快速搭建可應(yīng)對大規(guī)模訪問的智能計算架構(gòu)及安全架構(gòu)。
項目組連續(xù)奮戰(zhàn) 8 個晝夜，經(jīng)歷多次測試，最終于 2 月 1 日上線系統(tǒng)。民眾可以通過智能手機(jī)回答設(shè)計問卷，系統(tǒng)程序就能智能化測評人感染風(fēng)險，并提供是否就醫(yī)建議，這對緩解疫情蔓延時社會恐慌，引導(dǎo)居民理性就醫(yī)起到重要作用。而社區(qū)智能疫情防控系統(tǒng)可以通過社區(qū)人群自測評估后自動上報到網(wǎng)格員和社區(qū)中心終端，實現(xiàn)社區(qū)全人群疫情動態(tài)監(jiān)測。
目前該項目已經(jīng)與北京天通苑社區(qū)、碧桂園全國社區(qū)、武漢市武昌區(qū)等社區(qū)合作，與春雨醫(yī)生、騰訊、科大訊飛、九州通、港華燃?xì)獾戎髽I(yè)進(jìn)行洽談，輻射用戶超過 1 個億，服務(wù)用戶超過 300 萬。隨著國際疫情發(fā)展迅猛，項目組還火線開發(fā)了英語、日語、韓語、 意大利語、波斯語等 5 種國際語言版本，為國際友人抗擊新冠疫情提供中國經(jīng)驗與遠(yuǎn)程技術(shù)援助。
智能防護(hù)聽診系統(tǒng)
聽診是最簡便、最直接獲取病人心肺情況的一種手段，但傳統(tǒng)的聽診方式會帶來交叉感染的可能性，各大醫(yī)院建立的隔離防護(hù)設(shè)備也阻止了醫(yī)生對病人進(jìn)行聽診操作。而且，醫(yī)務(wù)人員都是有計劃的進(jìn)入隔離區(qū)，在隔離區(qū)內(nèi)駐留時間也是越短越好?，F(xiàn)場醫(yī)生護(hù)士聽到病理性心肺音了，最好能有記錄，便于以后的進(jìn)一步研究，同時也有助于分享給在清潔區(qū)的其他專家，獲得其他專家的支持。
為解決這一難題，楊斌、魏凌、李建民、金奕江、張鈸團(tuán)隊研發(fā)了用于隔離區(qū)的智能聽診系統(tǒng)，它是一種可以在發(fā)熱門診、隔離病房和方艙醫(yī)院內(nèi)應(yīng)用的智能聽診系統(tǒng)，可以減少醫(yī)務(wù)人員感染風(fēng)險，便于遠(yuǎn)程診斷會診。
本系統(tǒng)利用醫(yī)療級數(shù)字聽診器，利用藍(lán)牙將心肺音信號傳輸?shù)狡桨咫娔X上，由程序智能完成信號轉(zhuǎn)換、存儲、聲音播放等操作。操作人員在與平板電腦連接的藍(lán)牙耳機(jī)中可實時聽到心肺音。利用平板電腦，前端人員還可呼叫后端專家，后端專家通過視頻會議指導(dǎo)前端人員進(jìn)行心肺音聽診，提高了聽診的診斷效率。
目前該系統(tǒng)已經(jīng)通過與企業(yè)合作捐贈方式在火神山醫(yī)院，雷神山醫(yī)院等武漢多家定點醫(yī)院應(yīng)用。
知識疫情助力防疫
清華大學(xué) AMiner 團(tuán)隊利用 AI + 大數(shù)據(jù)，上線了一系列疫情相關(guān)產(chǎn)品，包括：
1. 新型冠狀病毒疫情趨勢預(yù)測：預(yù)測國內(nèi) + 國際的確診病例數(shù)量的變化趨勢，也以官方公布?xì)v史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，引入醫(yī)療隔離和大眾防疫因素，以智能 AI 算法預(yù)測確診病例、治愈人數(shù)等數(shù)據(jù)的變化趨勢；
2. 新型冠狀病毒高關(guān)注度專家學(xué)者分析：從學(xué)術(shù)影響力、研究興趣、合作者網(wǎng)絡(luò)等多個維度對多位全球高關(guān)注度專家學(xué)者的學(xué)術(shù)水平進(jìn)行深度分析；
3. 新型冠狀病毒肺炎學(xué)術(shù)成果時間線：以時間軸的方式聚合新冠肺炎相關(guān)的研究成果，為用戶提供新冠肺炎學(xué)術(shù)情報監(jiān)測；
4. 新型冠狀病毒肺炎疫情惠民惠企政策地圖：收錄展示政府、組織和企業(yè)發(fā)布扶持和幫助政策，助力中小微企業(yè)渡過疫情；
5. 新型冠狀病毒肺炎疫情日報：收錄國內(nèi)外主流媒體新冠疫情中文新聞報道，為用戶提供全面深入的疫情事件報告；
6. 新型冠狀病毒 / 流感病毒知識集錦：整理近年來包括冠狀病毒在內(nèi)的感染性病毒的相關(guān)知識，幫助用戶系統(tǒng)了解新冠肺炎。
更多知識疫情內(nèi)容，可復(fù)制網(wǎng)址（https://covid-19.aminer.cn/）查看
這六個產(chǎn)品，圍繞新冠肺炎疫情，從數(shù)據(jù) (疫情預(yù)測) 到知識 (知識錦集、 專家分析) 到原理 (學(xué)術(shù)成果時間線)，層層深入，為用戶構(gòu)建系統(tǒng)了解新冠肺炎前沿信息、知識結(jié)構(gòu)和科研進(jìn)展的平臺。同時幫助中小微企業(yè)獲取在金融、稅收、房租、人才等多方面的扶持信息，助力中小企業(yè)渡過疫情。疫情專題自 2.21 號上線以來，累計訪問量突破 4 萬，AMiner 團(tuán)隊也在優(yōu)化迭代產(chǎn)品，為更多用戶提供價值。
疫情 AI 話題分析平臺
2 月的疫情來勢洶洶，引起民眾的大量恐慌，一時間新冠肺炎在網(wǎng)上熱議。為了緩解恐慌，也為了管理部門更好了解公眾對疫情話題的討論提供幫助和做出優(yōu)化決策，清華大學(xué)人工智能研究院朱軍老師、張鈸老師和蘇航老師聯(lián)合北京瑞萊智慧科技有限公司共同研發(fā)設(shè)計了一款新冠疫情 AI 話題平臺，它能基于大數(shù)據(jù)分析和 AI 建模，自動識別近期熱點話題，并進(jìn)行新聞追蹤及話題導(dǎo)向、分析地區(qū)關(guān)注度變化，為用戶第一時間推送全網(wǎng)話題最新動態(tài)，滿足用戶對疫情輿情監(jiān)測需求。
除此外，為了研究公眾輿論對這些事件的響應(yīng)，為科學(xué)干預(yù)信息傳播、引導(dǎo)輿論環(huán)境做努力，還研發(fā)了疫情輿情的三元空間傳播與演化分析，它基于抖音全量數(shù)據(jù)，從時間、空間、情感、媒體四個維度，以物理空間、信息空間和社會空間三元空間融合的視角，針對代表性疫情輿情事件，構(gòu)造了可解釋的信息傳播引導(dǎo)動力學(xué)量化模型。
疫情可視化分析平臺
為了讓社會大眾認(rèn)知疫情，讓決策者洞察疫情，進(jìn)而有助于科學(xué)防疫，清華大學(xué)計算機(jī)系數(shù)據(jù)庫實驗室李國良教授團(tuán)隊研發(fā)了疫情可視化分析平臺 (https://ncov.deepeye.tech/)。
通過這個平臺，社會大眾可以從時間和空間維度迅速地了解疫情的分布情況、每日新增各類病例的趨勢、各個省市的治愈率和死亡率分布、患者的年齡分布和性別比例以及病例類型變化等情況。不但為社會大眾提供了一個讀懂疫情數(shù)據(jù)、了解身邊疫情的平臺，而且還為許多流行病學(xué)的科研人員提供疫情分析數(shù)據(jù)。
密切接觸者智能篩查系統(tǒng)
新型冠狀病毒感染的肺炎疫情在全國各地蔓延，對人民的生命健康構(gòu)成重大威脅。作為重災(zāi)區(qū)的湖北省疫情形勢十分嚴(yán)峻，短期內(nèi)患者數(shù)量增加、流調(diào)人員短缺、社區(qū)對密切接觸者的層層排查超出人力負(fù)荷等，這些都給當(dāng)?shù)氐囊咔楣ぷ鲙砹穗y題。由清華大學(xué)計算機(jī)系史元春教授、喻純副研究員組織研發(fā)的 “新冠肺炎密切接觸者智能篩查系統(tǒng)” 已驗收上線，可望為上述難題提供有效解決方案。
該系統(tǒng)直接切入湖北省隨州市曾都區(qū)的實際情況，讓當(dāng)?shù)?65 萬居民通過手機(jī)主動報告自己近期密切接觸的人員。系統(tǒng)基于曾都區(qū)既往和每日更新的確診病人、疑似病人、發(fā)熱病人及其密切接觸人員的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，進(jìn)而關(guān)聯(lián)挖掘出高風(fēng)險人員。
系統(tǒng)從廣大居民端而非僅從患者端入手排查密切接觸者，以居民自發(fā)填寫、及時反饋取代疾控人員和社區(qū)干部面對面調(diào)查登記、事后反饋，變 “要我報告” 為 “我要報告”，極大削減了疫情防控期間工作人員的工作量；系統(tǒng)還為居民提供實時健康提示功能，使其在第一時間得知密切接觸情況變化并及時做好防護(hù)；同時，系統(tǒng)還擴(kuò)大了接觸人員排查層級，通過用戶之間的關(guān)聯(lián)及時掌握 “密切接觸者的密切接觸者”，為疾控工作擴(kuò)大防線、跟進(jìn)措施提供了高效信息支撐。
史元春教授團(tuán)隊此次提出以眾包技術(shù)（crowdsourcing）模式，從信息流上改變現(xiàn)有的工作方式，將數(shù)據(jù)采集由有限能力的流調(diào)人員擴(kuò)大到區(qū)域所有人員，達(dá)到最大化，由于這種方式密接信息反饋及時準(zhǔn)確，也增大了用戶的主動性，可有效減輕疫區(qū)流調(diào)的工作壓力。姜皓博士認(rèn)為，該系統(tǒng)是做好疫情嚴(yán)重地區(qū)流調(diào)和密切接觸者篩查工作的有力助手，尤其是對于后續(xù)返鄉(xiāng)、復(fù)工過程中疫情的及時監(jiān)控和防范，將會帶來直接的幫助。
大型場所風(fēng)險人群篩選和預(yù)警
由清華大學(xué)計算機(jī)系溫江濤教授團(tuán)隊開展的大型場所新型冠狀病毒（2019-nCoV）高溫人群和與之接觸人群的篩選和預(yù)警項目，旨在解決超大型人群聚集場所（如機(jī)場、車站、商場等）無法快速同時識別大規(guī)模高溫（體溫 37.3 以上）人群并追蹤識別相關(guān)接觸人群的問題。
該項目技術(shù)方案要點如下：
(1) 通過復(fù)眼視覺技術(shù)和紅外處理技術(shù)，可實現(xiàn)超大范圍搜索和識別高溫人員，并進(jìn)行預(yù)警；
(2) 通過人員定位和行為軌跡追蹤，識別并記錄所有與高溫人群有所接觸的人；
(3) 采用人臉識別技術(shù)直接刷選出所有密切接觸的可疑人群，并進(jìn)行預(yù)警。
該項目預(yù)期在 5 月底前實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將大大提高對病毒的防控能力。
此前，溫江濤教授團(tuán)隊自主研發(fā)的復(fù)眼相機(jī) RayShaper Bee 被 IEEE Spectrum 評選為 CES2020 十大最佳新發(fā)明（gadget）之一。該產(chǎn)品的技術(shù)核心在于開創(chuàng)性的復(fù)眼計算視覺技術(shù)以及基于生物視覺思路的追蹤識別算法系統(tǒng)，這些技術(shù)已在世界蒙特勒音樂節(jié)、維密秀等項目中成功應(yīng)用。
雙模式智能消毒機(jī)器人
為解決封閉環(huán)境的高效消毒與殺菌的實際問題，徐華、孫曉民、鄧俊輝團(tuán)隊研發(fā)了利用干霧與紫外線相結(jié)合的雙模式智能消毒機(jī)器人。它可以在高危區(qū)域內(nèi)，替代人工進(jìn)行消毒和滅菌工作，并通過自主導(dǎo)航、避障和自主移動的方式抵達(dá)消毒區(qū)域?qū)Νh(huán)境物表面 (光滑表面，粗糙多孔表面) 的芽孢以及各種多重耐藥菌以及流動空氣中的病菌達(dá)到 99.9999% 的殺滅效果。
該項研發(fā)成果自 2020 年 2 月 1 日正式內(nèi)部啟動合作立項，2 月 26 日完成樣機(jī)研發(fā)和綜合測試驗證；3 月開始已經(jīng)規(guī)?；慨a(chǎn)，并投入到國內(nèi)包括武漢、北京、內(nèi)蒙等多個疫情重點地區(qū)使用。
抗疫機(jī)器人
咽拭子取咽部及扁桃體分泌物作病毒檢測是最有效的確診方式之一，為了避免檢測過程中醫(yī)患之間的直接接觸，孫富春、方斌團(tuán)隊開發(fā)了醫(yī)患隔離的咽拭子取樣系統(tǒng)。
該系統(tǒng)通過外部裝置的粗定位和內(nèi)窺鏡導(dǎo)航精準(zhǔn)定位的兩個步驟實現(xiàn)咽拭子準(zhǔn)確送入采集區(qū)，同時結(jié)合機(jī)械手觸覺感知，通過視觸融合技術(shù)確認(rèn)采集樣本動作的力度和角度，保證整個采集質(zhì)量的可靠性和有效性。通過結(jié)合機(jī)器人智能感知與操作技術(shù)，注重實時感知與自主操作，更加智能，減少醫(yī)生操作負(fù)擔(dān)，提高效率。
日益成熟的人工智能，正成為抗擊新冠肺炎疫情戰(zhàn)場上一群特別的 “逆行者”。未來的 AI 也將會在更多重大事件中發(fā)揮舉足輕重的作用，讓我們拭目以待。
學(xué)術(shù)君也將持續(xù)關(guān)注更多抗 “疫” AI 項目的成果進(jìn)展，并為大家?guī)碓敿?xì)解讀。
參考資料：
https://mp.weixin.qq.com/s/e5zvMoIDhpW5pCvFUkATHw
https://mp.weixin.qq.com/s/af_H7koKnGj9xwcmaI_CaQ
https://mp.weixin.qq.com/s/31tTyHoYHNewrKo6U27LnQ
https://mp.weixin.qq.com/s/9aRFTSz9P3nLNW8nUvxDqg
