親人患上阿爾茨海默病是一種怎么樣的體驗？

幾年以前，中國科學(xué)院軟件研究所（以下簡稱軟件所）特別研究助理孫偉的爺爺被確診為這種疾病，在那些遺忘、幻想、無理取鬧的故事里，沉淀著一種隱匿的悲傷，是他見到爺爺偶爾清醒時，無盡的落寞，是爺爺明明不記得自己，卻還要努力附和。他無力對抗這種情緒。

與此同時，孫偉所在的軟件所人機(jī)交互與智能信息處理實驗室正在研制“多模態(tài)自然人機(jī)交互神經(jīng)系統(tǒng)疾病輔助診斷工具”，目的是為了幫助這類容易誤診、漏診的疾病更早期更客觀地進(jìn)行評估、診斷和篩查，進(jìn)而為治療、延緩病程爭取時間。

在過去十年時間里，這項研究從實驗室成果，到多中心臨床試驗，再到今年獲批國家醫(yī)療器械注冊證，實現(xiàn)商業(yè)轉(zhuǎn)化，邁過了一個又一個臺階。

要以人為中心，而非技術(shù)為中心

2023年7月8日上午，順義區(qū)大孫各莊鎮(zhèn)趙家峪村政務(wù)服務(wù)站里人滿為患，百余位50歲以上的村民參與了由北京協(xié)和醫(yī)院和軟件所組織的流調(diào)活動，他們需要配合完成多項針對神經(jīng)系統(tǒng)疾病的人機(jī)交互檢測任務(wù)。

在其中一間不足10平米的辦公室里，科研人員用電子化的認(rèn)知檢查系統(tǒng)，融合了電子化檢查量表、書寫功能、發(fā)音信息的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)，對每個被試的記憶力、執(zhí)行力和認(rèn)知能力進(jìn)行全面評估。

在平板上完成一套30道題的測試至少需要半小時，尤其考驗村民的配合度。輔助他們完成答題的研究人員，一邊耐心講解測試規(guī)則，一邊還要安撫他們煩躁的情緒。即便如此，還是有些不理解的村民中途離場，留下一句“浪費時間”。

平板認(rèn)知檢查。胡珉琦攝

這項流調(diào)活動從2013年正式開始，被試來自順義區(qū)的5個村莊，每年開展四到五次，每次對應(yīng)一到兩個村，目前已累積有30000多人次的數(shù)據(jù)量。

孫偉從2017年正式參與。他說，規(guī)模最大的村莊多達(dá)500人，要在兩天時間全部完成四五項檢測任務(wù)。高強度的工作，幾乎讓工作人員失聲，甚至一度把小賣部的金嗓子喉寶買空。

這些在許多村民看來特別“麻煩”的測試，究竟有什么價值？

隨著我國加速步入老齡化社會，腦卒中、帕金森病、阿爾茨海默病等老年神經(jīng)系統(tǒng)疾病會嚴(yán)重影響他們的壽命和生活質(zhì)量。

神經(jīng)系統(tǒng)疾病主要表現(xiàn)為認(rèn)知障礙、運動障礙、肌張力異常等，一直以來，臨床上主要通過各種量表、測試、問卷調(diào)查等方法對病人的神經(jīng)功能進(jìn)行評價。

“這套方法雖然在全世界已經(jīng)使用了幾十甚至上百年時間，但它最大的局限就在于，高度依賴醫(yī)生的主觀經(jīng)驗判斷?！表椖控?fù)責(zé)人、軟件所研究員田豐解釋，不同醫(yī)生的評估結(jié)果存在差異，而且由于神經(jīng)功能描述的復(fù)雜性和困難性，大量基層醫(yī)院容易出現(xiàn)誤診、漏診，患者被確診時往往已是中晚期。

是否可以通過醫(yī)工交叉手段，基于科學(xué)量化指標(biāo)開發(fā)統(tǒng)一診斷標(biāo)準(zhǔn)的神經(jīng)功能評價系統(tǒng)，提升基層醫(yī)療機(jī)構(gòu)的專科醫(yī)生診斷神經(jīng)系統(tǒng)疾病的能力？

十年前，北京協(xié)和醫(yī)院神經(jīng)科主任朱以誠找到了一直從事人機(jī)交互研究的田豐團(tuán)隊。

人機(jī)交互技術(shù)是指通過計算機(jī)輸入、輸出設(shè)備，以有效的方式實現(xiàn)人與計算機(jī)的對話。而神經(jīng)系統(tǒng)疾病體現(xiàn)為觸覺、聽覺等多個感官功能受損，是人機(jī)交互技術(shù)絕佳的應(yīng)用領(lǐng)域。醫(yī)生只需通過患者與計算機(jī)的自然感官交互結(jié)果，分析疾病在交互模態(tài)下的表征，就可以客觀定量地判定患者當(dāng)前的健康狀態(tài)。

“從我的導(dǎo)師戴國忠研究員開始，我們實驗室的文化從來不是蹲守在象牙塔里寫文章，而且千方百計去實現(xiàn)技術(shù)落地，解決社會痛點問題。”田豐和朱以誠一拍即合。

此后，科研人員除了要構(gòu)建多通道的人機(jī)交互技術(shù)，豐富診斷指標(biāo)，提升準(zhǔn)確率，還要優(yōu)化檢測流程?！昂笳邚挠嬎銠C(jī)技術(shù)的角度并沒有多大難度，但對于提升臨床檢測效率至關(guān)重要?！睂O偉認(rèn)為，這就需要科研人員同時具備用戶思維。

李信金是軟件所博士一年級的學(xué)生，這已經(jīng)是他第四次跟隨醫(yī)護(hù)人員到順義進(jìn)行流調(diào)。事實上，這也是每一個進(jìn)入田豐團(tuán)隊的學(xué)生必須經(jīng)歷的一項“鍛煉”。

“第一次接觸村民之前，我以為我們只要克服技術(shù)難題就行，但自從面對面跟他們進(jìn)行測試后才明白，只有被試能順利完成這些檢測任務(wù)，這項技術(shù)才有意義。”

以認(rèn)知檢查系統(tǒng)為例，李信金說，題目的類型、數(shù)量、時長、可理解性都會直接影響老年被試的配合度，此外，還要時刻留意他們的情緒狀態(tài)，耐心講解，積極安撫，避免他們中途放棄測試。

“因此，我們必須認(rèn)真考慮如何實現(xiàn)交互友好，讓技術(shù)變得親民。” 李信金談道，參與這項醫(yī)工交叉研究，最重要的認(rèn)知轉(zhuǎn)變就是，要以人為中心，而非技術(shù)為中心。

為疾病評估檢測造一把“尺子”

在國家863計劃、國家重點研發(fā)計劃等多個國家級項目的支持下，軟件所已經(jīng)構(gòu)建了一套利用筆式、姿態(tài)、眼動、智能實物、語音、觸屏移動設(shè)備等多通道交互技術(shù)的神經(jīng)系統(tǒng)疾病輔助診斷工具。

“它最核心的優(yōu)勢，就是把過程數(shù)據(jù)以特征的形式提取出來，并以定量化的方式參與到評估系統(tǒng)中。”孫偉告訴《中國科學(xué)報》。

以筆交互為例，神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者在運筆時可能存在緩慢、震顫、認(rèn)知障礙等多種情況，傳統(tǒng)檢測方法中，臨床醫(yī)生主要觀察的是圖形繪制結(jié)果，以及震顫狀況，但有了人機(jī)交互，通過電子筆對觸控屏幕進(jìn)行輸入，除了可以完整記錄患者書寫時的移動軌跡，還可以精確到速度、加速度、運筆特征，甚至是筆與接觸面的壓力特征。

再比如步態(tài)交互，神經(jīng)系統(tǒng)疾病患者大多會導(dǎo)致運動功能受損，在行走過程中下肢出現(xiàn)受力狀態(tài)和運動形態(tài)的變化，而基于深度視覺捕捉技術(shù)和AI算法，則可以獲取人體在自然行走、坐下、抬膝、雙手指鼻等各種狀態(tài)下的運動學(xué)參數(shù)，其中包括步寬、步高、周期步速、步長協(xié)調(diào)性等一系列肉眼難以精細(xì)捕捉的運動學(xué)特征。

體態(tài)功能檢查。胡珉琦攝

田豐特別提到了最新的一項交互技術(shù)——眼動檢查。研究團(tuán)隊構(gòu)建了基于近眼眼動捕捉技術(shù)與VR環(huán)境相結(jié)合的智能眼動分析評價系統(tǒng)，集成了朝向眼跳、反向眼跳、平滑追蹤等三十余項經(jīng)典眼動測試及自由閱讀、圖片閱讀等新型測試范式。該系統(tǒng)在早期帕金森和輕度認(rèn)知障礙患者識別任務(wù)中整體準(zhǔn)確率均已突破90%。

眼動檢查。胡珉琦攝

“這些方法可以彌補傳統(tǒng)神經(jīng)功能評價中存在的不足，為神經(jīng)醫(yī)學(xué)檢測提供定量化、多模態(tài)和非任務(wù)態(tài)監(jiān)測的支持?！碧镓S強調(diào)。

2018年，“多模態(tài)自然人機(jī)交互神經(jīng)系統(tǒng)疾病輔助診斷工具”獲得了國家科技進(jìn)步獎二等獎，2019年還入選了國家衛(wèi)生健康委頒發(fā)的“醫(yī)療健康人工智能應(yīng)用落地30最佳案例”。

不過，實現(xiàn)輔助診斷功能只是第一步，有了定量方法，就要有定量標(biāo)準(zhǔn)，也就是建立完整的神經(jīng)功能定量評價體系，為疾病評估和檢測造一把“尺子”。而它的依據(jù)就是建立中國人群運動與認(rèn)知功能定量評測參數(shù)常模，也就是全國正常人群的數(shù)據(jù)模型，并確定正常值范圍，從而為神經(jīng)系統(tǒng)疾病輔助診斷與功能定量評測提供參數(shù)規(guī)范。

2021年8月，由北京協(xié)和醫(yī)院牽頭發(fā)起，全國13家神經(jīng)科醫(yī)院參與的關(guān)于神經(jīng)功能定量評價系統(tǒng)的研究性多中心臨床試驗正式啟動，覆蓋超5000人，累計進(jìn)行醫(yī)學(xué)臨床檢查數(shù)萬次，建立了包括手寫、語音、步態(tài)、抓握、生理、影像的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)庫。

“目前，我們已經(jīng)基本建立了完整的神經(jīng)功能定量評價體系，包括評測硬件設(shè)備、軟件平臺、參數(shù)體系及正常值范圍。”田豐認(rèn)為，這套評價系統(tǒng)相當(dāng)于未來醫(yī)院神經(jīng)科的一項基礎(chǔ)設(shè)施，讓神經(jīng)系統(tǒng)功能檢測成為像血常規(guī)、心電圖一樣的標(biāo)準(zhǔn)化手段。“也只有如此，才能最大程度地賦能基層?！?/p>

科學(xué)家創(chuàng)業(yè)如何“避坑”

持續(xù)一年半的這項多中心臨床試驗的承辦方是中科睿醫(yī)，這是由軟件所在2020年孵化成立的醫(yī)療科技企業(yè)，而它的首席執(zhí)行官正是出自田豐團(tuán)隊的范向民。

2019年，由于前期技術(shù)與臨床數(shù)據(jù)的積累，多模態(tài)神經(jīng)系統(tǒng)疾病輔助診斷工具已經(jīng)趨于成熟，更讓團(tuán)隊欣喜的是，越來越多基層醫(yī)院開始主動向他們尋求合作。于是，范向民帶領(lǐng)團(tuán)隊進(jìn)行了一次深入的市場調(diào)研，確信各級醫(yī)院神經(jīng)科室對于這項技術(shù)工具存在剛需。

從一個純粹的科研工作者轉(zhuǎn)型成商業(yè)化企業(yè)的管理者，范向民主動求變。然而，從成果轉(zhuǎn)化，到走通商業(yè)化之路，他感受到了巨大的鴻溝。

“科學(xué)家創(chuàng)業(yè)路上最大的‘坑’，就是仍然以純粹的技術(shù)創(chuàng)新來定義商業(yè)化價值?！?/p>

在范向民看來，做企業(yè)，瞄準(zhǔn)需求是第一步，但光有需求也是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

“以醫(yī)療產(chǎn)品為例，除了要明確臨床價值，還必須考慮產(chǎn)品獲批上市路徑、臨床收費、醫(yī)院運營效率等等因素。有的產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新很好，但臨床有效性和安全性難以驗證，就遲遲無法獲得市場準(zhǔn)入資格?！?/p>

他直言，即便有了“資格證”，還面臨一系列商業(yè)化問題，包括建立銷售渠道，做學(xué)術(shù)推廣、醫(yī)生教育等市場活動。

“總之，所謂的關(guān)鍵技術(shù)在商業(yè)化中的重要性占比要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于科研人員對它的預(yù)期?！?/p>

去年年底，中科睿醫(yī)獲得了數(shù)千萬元的A輪融資，累計融資額已近億元。資本青睞的重要原因，一方面是臨床產(chǎn)品研發(fā)層面的穩(wěn)健進(jìn)展，包括運動功能定量檢查系統(tǒng)已于今年年初正式獲批國家醫(yī)療器械注冊證，另外眼動智能分析評價系統(tǒng)、數(shù)字化認(rèn)知功能定量評測與訓(xùn)練系統(tǒng)等核心產(chǎn)品都在注冊審評過程中，將會于近期陸續(xù)獲批上市。

另一方面，目前的系列產(chǎn)品已在全國150多家醫(yī)院臨床與科研應(yīng)用，其中就包括北京天壇醫(yī)院、北京宣武醫(yī)院這樣的國內(nèi)神經(jīng)科龍頭醫(yī)院，證明了企業(yè)較強的學(xué)術(shù)推廣能力。

值得一提的是，企業(yè)的組織架構(gòu)是以服務(wù)商業(yè)化為主的多元團(tuán)隊，范向民是其中唯一具有科研背景的管理者。他的重要任務(wù)就是鏈接商業(yè)與技術(shù)成果，與科學(xué)家和臨床專家對話。

2023年上半年，田豐牽頭啟動了國家科技創(chuàng)新2030重大項目“面向神經(jīng)系統(tǒng)疾病預(yù)警的智能人機(jī)交互關(guān)鍵技術(shù)”。要實現(xiàn)疾病早期預(yù)警，最有價值的資源就是隊列研究，采集老百姓健康或者早期疾病狀態(tài)的數(shù)據(jù)樣本。隊列研究需要有足夠大的人群規(guī)模，長期跟蹤，從而找到疾病發(fā)展的拐點。

基于軟件所人機(jī)交互與智能信息處理實驗室最新的研究支持，范向民帶領(lǐng)的商業(yè)化團(tuán)隊也將把實現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的早篩與預(yù)警，使得中國老人不僅長壽而且能健康長壽作為終極目標(biāo)。

來源：中國科學(xué)報