發(fā)布日期：2017-10-27
2分鐘可以做什么事？打電話、發(fā)郵件、刷屏之外，你可能沒想過還能檢測血液中的白血球數(shù)量。今年五月在 NVIDIA Inception 人工智能新創(chuàng)公司競賽上，來自硅谷的初創(chuàng)公司 Athelas 從 NVIDIA CEO 黃仁勛手上接下了火熱新興項目的冠軍，他們利用光譜學(xué)（spectroscopy）及機器學(xué)習(xí)打造一個可攜式硬件，2分鐘完成驗血，企圖改變傳統(tǒng)血液檢測的游戲規(guī)則。
圖丨 Athelas 以光譜學(xué)及機器學(xué)習(xí)打造一個血液檢測硬件（圖片來源：DT 君）
人工智能強勢回歸后，應(yīng)用呈現(xiàn)百花齊放，除了諸多業(yè)者投入影像及語音識別外，還有一個領(lǐng)域也是大熱門，那就是醫(yī)療保健，從影像輔助診斷、健康管理及監(jiān)控、醫(yī)療保險評估及定價，一直到癌癥研究、新藥開發(fā)，都有不少初創(chuàng)公司提出很好的概念及作法。調(diào)研機構(gòu) CB Insights 就指出，去年有將近 70 家以 AI 為核心的醫(yī)療保健初創(chuàng)公司獲得融資，比 2012 年不到 20 件交易案，明顯見到這塊領(lǐng)域快速升溫。
事實上，每年醫(yī)療相關(guān)支出大約是 7 萬億美元，大約占全球 GDP 的 1 成，不僅初創(chuàng)公司躍躍欲試，科技巨頭也不愿錯過，今年九月蘋果 iPhone 十周年發(fā)表會上，蘋果 CEO 庫克指出：“醫(yī)療監(jiān)護市場遠(yuǎn)比智能手機大得多。這將是蘋果未來的大事。”除了收購 Gliimpse 、Emotient 等公司外，還針對研究人員開發(fā)出 ResearchKit 應(yīng)用程序，使其可利用 iPhone 進行大規(guī)模研究。而 CareKit 則讓研究人員和機構(gòu)通過手機的感測器和工具即時監(jiān)測病人。鎖定美國兩大最花錢的疾?。禾悄虿〖靶呐K病。
顛覆傳統(tǒng)血液檢測行規(guī)
如果你是《魔戒》（The Lord of the Rings）的粉絲，應(yīng)該會記得一個詞 Athelas，那是源自于中土的一種藥草，具有治愈功效。現(xiàn)實中的 Athelas 是一個位在硅谷山景城的新創(chuàng)公司，走進辦公室可以看到墻上掛著一張手繪設(shè)計圖，畫著一臺外型看起來有點像是亞馬遜智能音箱 Echo 的產(chǎn)品，但功能卻大不同，那是他們開發(fā)用以血液診斷的裝置。
圖丨Athelas 的辦公室墻上掛著一張硬件設(shè)備的手繪設(shè)計圖（圖片來源：DT 君）
“我們是一家開發(fā)便攜式血液診斷裝置的公司。你腦海中肯定會浮現(xiàn)幾個問題，例如這是什么意思？做啥用的？”Athelas 聯(lián)合創(chuàng)辦人 Deepika Bodapati 笑著說，“我們專注在全部血細(xì)胞數(shù)（Complete Blood Count，CBC）。”
當(dāng)我們做健康檢查時，護士往往會替我們抽血，簡單來說，CBC 就是血液學(xué)檢查，是一種普遍、常規(guī)的檢測，其中白血球數(shù)值就是一個指標(biāo)。白血球的重要性在于它是人體中對抗細(xì)菌的戰(zhàn)將，如果白血球數(shù)量過低就可能引發(fā)感染癥狀，另外，通常某些原因或疾病會導(dǎo)致白血球數(shù)量異常，例如化療、白血病（Leukemia）、發(fā)炎等。
一般來說，當(dāng)我們想要檢驗血液得到醫(yī)院或檢驗機構(gòu)，消費者除了要花時間等待檢驗結(jié)果，還得支付不便宜的費用，特別是美國的醫(yī)療保險昂貴，多半會限制保戶一年內(nèi)可以檢驗的次數(shù)（此部分因個人支付多少保險費用而異），使得患者難以在第一時間內(nèi)就掌握到身體出了變化，甚至是惡化。
“當(dāng)我們身體不太舒服時，很習(xí)慣拿了體溫計放進嘴巴，因為量體溫是評估身體狀況的一個指標(biāo)，但為什么我們對于血液變化的掌握不能像量體溫一樣方便呢？”Deepika Bodapati 強調(diào)。
因此，他們利用機器學(xué)習(xí)和電腦視覺技術(shù)，打造一個跟體溫計一樣簡單使用、便于攜帶的裝置。只要扎一下手指、將血滴在專屬檢驗試片上，把試片放進裝置里，接著打開手機上的 APP，2 分鐘后，你就可以看到白血球數(shù)（WBC）、淋巴球（Lymphocytes）、適中性白血球（Neutrophils）的數(shù)量。
圖丨 APP 會顯示白血球、淋巴球、中性粒細(xì)胞的數(shù)量及狀態(tài)，相當(dāng)直覺化（圖片來源：DT 君）
血糖機問世后，讓糖尿病患者得以在家自我監(jiān)測血糖，Athelas 想得也是一樣的事，讓血液檢測進入居家環(huán)境，就能幫助一般大眾監(jiān)控血液，定期掌握自己的健康狀況，像是接受化療、白血病或嗜中性白血球低下癥（Neutropenia）的患者就有這樣的需求。
除了讓血液檢驗的效率提升之外，對比主要是傳統(tǒng)的計數(shù)儀、流式細(xì)胞儀（flow based cytometry），新檢測手段的成本也大大降低。
現(xiàn)在到醫(yī)院驗血是使用庫爾特計數(shù)儀（Coulter Counter）、Sysmex Counter（Sysmex 為醫(yī)療儀器廠牌）等儀器分析，通常購買這些儀器的成本大約是 25 萬美元，通過 AI 及電腦則可設(shè)計出平價的方案。Athelas 產(chǎn)品除了進入診所之外，官網(wǎng)上也提供采訂閱制服務(wù)，用戶訂購后，就會將裝置寄送到消費者家中，收取每月 20 美元的費用。在家可以得出檢測結(jié)果，省下交通往返時間，提升健康監(jiān)護的效率，同時費用也親民許多。
光靠一滴血真能準(zhǔn)確嗎？
Athelas 硬件只需 3 個簡單步驟：滴血、放進機器、打開 APP，就能看到結(jié)果，又省下舟車勞頓、排隊等時間跟費用成本，確實很有機會顛覆了傳統(tǒng)的規(guī)則，不過，Deepika Bodapati 可能看到了我眼中的疑惑，她接著替我說出了問題：“想必你接下來就會問準(zhǔn)確嗎？這東西可行嗎？”
特別是血液新創(chuàng)公司 Theranos 爆出史上大騙局，宣稱小量驗血就可在 40 分鐘內(nèi)檢驗出血型、膽固醇、糖尿病、懷孕等 200 多種檢測結(jié)果，公司市值一度飆高到 90 億美元，但卻因拿不出數(shù)據(jù)而被揭穿，此事件卻也拖累了從事血液檢測的新創(chuàng)公司，受到外界質(zhì)疑以及影響募資。
“所以我們從第一天就都把數(shù)據(jù)公開在網(wǎng)站上，同時持續(xù)做很多研究、臨床測試，跟學(xué)校、醫(yī)療院所合作，對我們來說是最重要的事。”Deepika Bodapati 強調(diào)。例如 Athelas 與高資訊吞吐量的醫(yī)院合作，像是 FEMAP 家庭醫(yī)院。
另外，也做了與傳統(tǒng)檢測方式的對比研究，護士替患者采血使用傳統(tǒng)方法檢驗，隔一分鐘之后，再抽一次血使用 Athelas 方法檢驗，進行兩者比較，從 170 位病人的研究結(jié)果顯示 Athelas 達(dá)到了符合黃金標(biāo)準(zhǔn)（Gold Standard）裝置的水準(zhǔn)。
美國食品藥物管理局（FDA）依照用途及風(fēng)險等級將醫(yī)療器材分為三類：第一類（Class Ⅰ）器材屬于低風(fēng)險，不用于維護病人生命，不致于危害病人的健康，例如牙線、鏡片、繃帶等。第二類（Class Ⅱ）器材的風(fēng)險高于第一類，需要更多監(jiān)管和控制來確保其安全性及有效性，例如避孕套、衛(wèi)生棉條、助聽器、血壓計等。第三類（Class Ⅲ）器材的風(fēng)險等級最高，大部分是用以維持病人的生命與健康，或是植入體內(nèi)，例如心臟瓣膜、人工心臟等。
目前 Athelas 硬件正在 FDA Class II 的審查階段。不過，通過與醫(yī)院合作研究，已經(jīng)小量在診所環(huán)境和家庭用戶使用，目前每天有 80 名病人使用這個裝置，用來監(jiān)控自己的病情。
DT 君也采訪了專業(yè)醫(yī)師的看法，一位不愿具名的放射腫瘤科醫(yī)生指出，重點還是得看是否通過 FDA 認(rèn)證，“如果通過了，就代表認(rèn)同這個檢驗器材等同于現(xiàn)有的血球計數(shù)儀。”但若從商業(yè)模式來看，他相當(dāng)看好 Athelas 的機會，“在美國應(yīng)該會成功，主要是美國幅遠(yuǎn)廣大，遠(yuǎn)距看診跟開立處方很早就上路，加上看診費用相當(dāng)昂貴，這是硬需求。未來遠(yuǎn)距‘檢測’一定會被認(rèn)可為正式醫(yī)療紀(jì)錄，只是時間上的問題。”他說。
Athelas 提出的便利、低成本的概念確實良好，有助于患者進行自主管理，更有效率的掌握身體狀況，再加上利用深度學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)距醫(yī)療等技術(shù)符合趨勢走向，讓 Athelas 在今年八月完成了一筆 370 萬美元、由紅杉資本領(lǐng)投的種子輪募資，而 Athelas 的天使投資人則有基因檢測公司 Color Genomics 聯(lián)合創(chuàng)始人 Elad Gil 、云服務(wù)公司 Salesforce 首席科學(xué)家 Richard Socher 等。
圖丨 3 個步驟就知道白血球的數(shù)量
用于協(xié)助癌癥及心血管疾病患者
Athelas 團隊成員相當(dāng)年輕，Deepika Bodapati 和另一位創(chuàng)辦人 Tanay Tandon 分別只有 22、20 歲，并借由不同的專業(yè)實現(xiàn)了事業(yè)上的互補性，Tanay Tandon 是斯坦福人工智能實驗室的成員（Stanford AI lab），專長在于機器視覺、機器學(xué)習(xí)。而斯坦福大學(xué)除了 AI 之外，將分子影像研究用于癌癥診療在國際間同樣相當(dāng)知名，Deepika Bodapati 就是來自斯坦福多模態(tài)分子影像實驗室（Multimodality Molecular Imaging Lab ，MMIL）的研究員。
圖丨Athelas 兩位聯(lián)合創(chuàng)辦人 Tanay Tandon（左）、 Deepika Bodapati（右）（圖片來源：DT 君）
其實，Tanay Tandon 最早在 2014 年就創(chuàng)立了這家公司，那年他只有 17 歲，當(dāng)時他的構(gòu)想是設(shè)計一個特殊的顯微鏡組接在手機鏡頭上，利用機器學(xué)習(xí)和電腦視覺算法，從血液中辨識是否得到瘧疾，還獲得了 YCombinator Hackathon 比賽的第一名，不過在當(dāng)時要實現(xiàn)的難度頗高，加上他認(rèn)為應(yīng)該要讓設(shè)備和服務(wù)變得更專業(yè)化，故在一年半前調(diào)整方向，轉(zhuǎn)為打造一個獨立的裝置，并且與醫(yī)療保健機構(gòu)合作。
對于這款裝置的設(shè)計關(guān)鍵要素，Tanay Tandon 指出，硬件的核心是驅(qū)動系統(tǒng)（actuation system），利用高斯邊緣自動對焦算法（Gaussian edge autofocusing algorithm）建立一個捕捉細(xì)胞的標(biāo)準(zhǔn)方法，同時，把美國疾病管制與預(yù)防中心（CDC）公開的影像數(shù)據(jù)、斯坦福大學(xué)和加利福尼亞大學(xué)舊金山分校（UCSF）的研究人員搜集的血液資料，匯整成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，再利用電腦視覺和深度學(xué)習(xí)來辨識、分類細(xì)胞種類。而 Deepika Bodapati 則是負(fù)責(zé)開發(fā)快速染色機制，與血液細(xì)胞接觸后，不僅能讓細(xì)胞成像，更會凸顯它們的型態(tài)，讓機器“看懂”。
圖丨不同于傳統(tǒng)的計數(shù)儀、流式細(xì)胞儀，Athelas 以深度學(xué)習(xí)作為系統(tǒng)核心（圖片來源：DT 君）
目前 Athelas 除了與癌癥學(xué)家合作，將設(shè)備用來幫助癌癥患者監(jiān)測化療后的進展，未來更希望應(yīng)用在心臟疾病的預(yù)防。在美國，每一天就有超過 2000 人死于心臟病或中風(fēng)，心血管疾病堪稱是美國第一大殺手，過去 10 年中有大量研究顯示，心臟病發(fā)作并不全然是因為膽固醇過高、脂肪塞住血管，造成動脈阻塞最大的罪魁禍?zhǔn)灼鋵嵤前l(fā)炎。“這不是我們憑空想象，不少文獻(xiàn)就指出心臟病與白血球是有關(guān)聯(lián)的。”
Tanay Tandon 指出，在心臟病爆發(fā)前兩三天，體內(nèi)發(fā)炎狀況會來到高峰，也就是一個警訊，而且心臟病在家里發(fā)生的情況往往比在醫(yī)院高出許多，所以如果用戶能夠在家檢視血液中的白血球數(shù)量，其實就可以察覺身體已經(jīng)開始出狀況，必須趕快前往醫(yī)院檢查、服藥，如此就能預(yù)防心臟病發(fā)、中風(fēng)等憾事發(fā)生。
對于 Athelas 的未來計劃，Tanay Tandon 指出，他們正在努力將更多的功能整合到系統(tǒng)里，像是發(fā)炎追蹤，尿道感染、更多的細(xì)胞計數(shù)等，這需要和現(xiàn)有的臨床醫(yī)學(xué)界合作，另一個目標(biāo)就是把設(shè)備帶進更多的護理站、家庭以及醫(yī)院。
來源：DeepTech深科技（微信號 mit-tr）
