近日，香港大學(xué)統(tǒng)計(jì)與精算學(xué)系系主任尹國(guó)圣教授聯(lián)合其他多位學(xué)者發(fā)表一篇最新論文，介紹了一個(gè)最新的新冠肺炎在線診斷系統(tǒng)。據(jù)了解，該系統(tǒng)對(duì)新冠肺炎診斷的準(zhǔn)確率 88%、AUC 值 93%、敏感度 86%、特異度 90%，

　　參與這項(xiàng)研究的人員，還有西南財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)院助理教授劉斌博士、研究生高曉雪、何孟霜、劉霖以及劉斌博士的同事呂鳳毛(西南財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)學(xué)院助理教授)。

　　目前，論文正在評(píng)審中，但是 COVID-19 診斷系統(tǒng)已經(jīng)在線、免費(fèi)使用，Python 程序及數(shù)據(jù)完全開(kāi)源

　　尹國(guó)圣教授表示，通過(guò)對(duì)非典疫情及各類(lèi)流感病毒的研究，香港大學(xué)一直都走在世界科研的最前沿。2003 年非典期間，深圳和香港的科研人員就曾聯(lián)合宣布，從果子貍等野生動(dòng)物體內(nèi)找到非典病毒前體。

　　基于生物統(tǒng)計(jì)和臨床試驗(yàn)方向的多年研究經(jīng)驗(yàn)，從 2020 年 1 月底，尹國(guó)圣教授帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)始嘗試一些新冠肺炎方面的研究，基于 CT 圖像診斷是其中一項(xiàng)工作。

　　但是，由于沒(méi)有公開(kāi)的 CT 圖像數(shù)據(jù)集，團(tuán)隊(duì)需要花大量的時(shí)間去尋找開(kāi)放的樣本并對(duì)樣本進(jìn)行標(biāo)記。

　　后來(lái)，medRxiv 上有一項(xiàng)工作，整理了一些關(guān)于新冠病人 CT 圖像分析的論文預(yù)印本。該論文從 medRxiv 和 bioRxiv 文章的預(yù)印本中提取了 746 張病人的 CT 圖像，并訓(xùn)練了一個(gè)新冠病人二分類(lèi)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

　　然而，其結(jié)果顯示的預(yù)測(cè)效果還未能達(dá)到臨床標(biāo)準(zhǔn)。

　　尹國(guó)圣教授認(rèn)為，一個(gè)原因是樣本量較小，另一個(gè)重要原因是沒(méi)有充分利用 CT 圖像樣本自身豐富的標(biāo)注信息。這批 CT 數(shù)據(jù)跟傳統(tǒng)的醫(yī)療圖像數(shù)據(jù)最大的差別是，每個(gè)樣本都來(lái)自一篇醫(yī)學(xué)影像學(xué)論文。

　　在這些文章中，臨床醫(yī)生對(duì)新冠病人的胸部 CT 病灶特征做了詳細(xì)的描述，有些還和其他常見(jiàn)肺部疾病的病灶特征做了仔細(xì)的對(duì)比分析。

　　因此，在尹教授看來(lái)，“這批數(shù)據(jù)，雖然樣本數(shù)量有限，但信息量極大，是一個(gè)具有代表性，價(jià)值很高的數(shù)據(jù)集。”

　　研究人員進(jìn)一步對(duì)樣本附帶的文本信息進(jìn)行了針對(duì)性的研究，發(fā)現(xiàn) 760 篇論文涵蓋了對(duì)于新冠肺炎的五種病灶(Lesion)的描述，其中每個(gè)病人 CT 影像上均會(huì)出現(xiàn)其中一種或者多種病灶。通過(guò)對(duì)新冠確診病人的 CT 圖像的診斷描述進(jìn)行分析，這五種病灶是影像學(xué)上對(duì)新冠肺炎診斷的主要標(biāo)準(zhǔn)。

　　于是，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一個(gè)基于 CT 圖像的 Lesion-Attention 深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(LA-DNN)。

　　模型一方面學(xué)習(xí)圖像中可以區(qū)分新冠病人和非新冠病人的特征，另一方面把模型的“注意力”集中在病灶區(qū)域，即學(xué)習(xí)多標(biāo)簽病灶，這就是團(tuán)隊(duì)提出的 LA-DNN(Lesion-Attention Deep Neural Networks)模型，如同臨床醫(yī)生通過(guò) CT 圖像判斷病情時(shí)會(huì)側(cè)重關(guān)注異常的病灶區(qū)域而略過(guò)正常區(qū)域一樣，模型同時(shí)訓(xùn)練兩個(gè)任務(wù)，相互協(xié)調(diào)，從而使得模型性能得到顯著的提升，其各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了臨床標(biāo)準(zhǔn)。

　　同時(shí)，團(tuán)隊(duì)也采用了遷移學(xué)習(xí)，即利用預(yù)訓(xùn)練的 VGG、DenseNet 等神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)作為模型的骨干網(wǎng)絡(luò)。

　　新冠 CT 圖像診斷系統(tǒng)上線后，團(tuán)隊(duì)仍然在繼續(xù)收集新的樣本，在線系統(tǒng)的訓(xùn)練樣本比最初的樣本數(shù)量翻了一倍，并定期重新訓(xùn)練模型，在線系統(tǒng)的效果比論文中的結(jié)果又有提升。

　　對(duì)于該成果未來(lái)的應(yīng)用方向，尹教授表示，希望前線抗擊疫情的醫(yī)務(wù)人員使用該系統(tǒng)，分享數(shù)據(jù)、開(kāi)展合作研究，幫助進(jìn)一步測(cè)試和改進(jìn)系統(tǒng)。

　　“目前，中國(guó)的疫情得以控制，而其他許多國(guó)家和地區(qū)仍然存在很大壓力，希望該系統(tǒng)可以在疫情仍然嚴(yán)重的區(qū)域發(fā)揮作用，減輕核酸檢測(cè)的負(fù)擔(dān)。”
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