《谷歌和美国国防部正在制造一种人工智能驱动的显微镜，以帮助医生发现癌症》

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导读：

• 美国国防部与谷歌联手打造了一款人工智能显微镜，可以帮助医生识别癌症。

• 该工具名为“增强现实显微镜”，通常需要花费医疗系统 9 万至 10 万美元。

• 专家认为，增强现实显微镜将有助于支持小型实验室的医生，因为他们正面临劳动力短缺和工作量不断增加的问题。

在西雅图退伍军人医院的办公室里，纳迪姆-扎法尔博士需要解决一场争论。

扎法尔是一名病理学家，通过对体液和组织进行临床化验来诊断癌症等疾病。这是一门经常在幕后工作的专业，但却是医疗保健的重要支柱。

去年年底，扎法尔的同事向他咨询了一个前列腺癌病例。病人显然患上了癌症，但两位医生对癌症的严重程度存在分歧。扎法尔比他的同事认为该癌症更具侵袭性。

扎法尔求助于他的显微镜——这是病理学领域的经典爱用工具，医生们依靠它来帮助做出诊断。但这台设备可不是普通的显微镜。它是由谷歌和美国国防部联合打造的人工智能显微镜。

两人用这台特殊的显微镜检查了病例，扎法尔的判断是正确的。几秒钟后，人工智能就准确地标出了扎法尔认为更具侵袭性的肿瘤部位。机器支持他的观点后，扎法尔说他的同事被说服了。

扎法尔在接受采访时说：“他脸上露出了笑容，他同意了这一点。这就是这项技术的魅力所在，它就像是某种仲裁者。”

这种人工智能驱动的工具被称为增强现实显微镜（AugmentedReality Microscope，简称 ARM），谷歌和国防部多年来一直在研究它。这项技术仍处于早期阶段，还没有被积极用于帮助诊断，但初步研究很有希望，对于不容易获得第二意见的病理学家来说，它可能是一种有用的工具。

病理学家的新工具

米特尔是一家非营利机构，与政府机构合作解决涉及技术的重大问题。那里的研究人员正在与 ARM 合作，找出可能给临床病理学家带来问题的漏洞。

乍一看，ARM 很像高中生物教室里的显微镜。这台设备是米色的，有一个大的目镜和一个用于检查传统玻璃载玻片的托盘，但它还连接着一个放置人工智能模型的方形计算机塔。

当准备好玻璃载玻片并将其固定在显微镜下时，人工智能就能勾勒出癌症的位置。病理学家可以通过目镜和单独的显示器看到这条绿色的亮线。人工智能还能显示癌症的严重程度，并在显示器上生成黑白热图，以像素形式显示癌症的边界。

米特尔公司高级自主系统工程师帕特里克-米诺特说，由于人工智能直接覆盖在显微镜的视野上，因此不会干扰病理学家的既定工作流程。

这种便捷的实用性是一种有意的设计选择。近年来，病理学家一直在与劳动力短缺作斗争，就像医疗保健的许多其他领域一样。但随着人口老龄化的加剧，病理学家的工作量也在不断增加。

这对病理专业来说是一个危险的组合。如果病理学家的工作过于繁重而出现遗漏，就会给病人带来严重后果。

一些机构一直在尝试将病理学家的工作流程数字化，以此来提高效率，但数字化病理也带来了一系列挑战。数字化一张玻片可能需要超过千兆字节的存储空间，因此与大规模数据收集相关的基础设施和成本会迅速膨胀。对于许多小型医疗系统来说，数字化还不值得大费周章。

ARM 并不是要取代数字病理系统，但米诺特说，它可以帮助医疗机构绕过对数字病理系统的需求。例如，病理学家可以选择使用 ARM 的软件对幻灯片进行屏幕抓图，这样的存储成本要低得多。

ARM 的成本通常在 9 万到 10 万美元之间。

米诺特补充说，ARM 可以确保物理显微镜，而不仅仅是计算机，仍然是病理学家工作过程中的一部分。他开玩笑说，很多人都警告他不要乱动他们的显微镜。

大数据是硅谷的强项

很少有人能像美国国防部国防创新部门（DIU）首席医疗官尼尔斯-奥尔森博士这样理解病理学家面临的挑战。

国防创新部门成立于 2015 年，是美国军方整合商业界开发的尖端技术的一种方式。该组织负责与公司谈判合同，使他们能够开展合作，规避漫长的官僚主义障碍。

奥尔森是一名病理学家，在DIU任职之前，他曾在美国海军服役。2018 年，他被派往密克罗尼西亚的美国岛屿领土关岛，在那里的海军医院担任实验室医疗主任和血库主任。

在关岛的两年时间里，奥尔森是岛上两名病理学家之一，也是海军医院唯一的病理学家。这意味着他经常要独自做出重大决定和诊断。

研发增强现实显微镜的目的是为病理学家提供第二道防线，奥尔森说它不会取代医生本身。他补充说，显微镜最初的明显用例是在较小的远程实验室，它也可以作为培训中的病理住院医生的资源。

但早在关岛之前，奥尔森就梦想着能有一个类似 ARM 的工具。2016 年 8 月 10 日，奥尔森在圣迭戈海军医疗中心担任住院医生时，决定给他在谷歌的一个联系人发邮件。在这封邮件中，奥尔森描述了一个类似 ARM 显微镜的粗略构想。

有一段时间，奥尔森说他一无所获。但几个月后，他站在加州山景城的谷歌办公楼，挤在一间只有公司少数人才能进入的房间里。在那里，他看着一台早期的人工智能显微镜在他带来的一小套切片上成功地鉴定出了癌症。

奥尔森说，房间里非常闷热，因为里面的每个人都非常"兴奋"。

奥尔森说：“我不想说这就像第一次见到自己的孩子一样，但当时的感觉就像，这太棒了，这将成为一件大事。”

大约在他被派往关岛的时候，DIU 的一位产品经理看到了奥尔森的研究。两人在 2019 年共同撰写了一篇关于国防部和硅谷如何合作利用人工智能的文章。他们说，有数百万患者注册了联邦政府的医疗保健系统，这意味着它拥有 "世界上最全面的医疗保健数据集"。这些数据显然具有商业用途。

他们写道：“大数据是硅谷的拿手好戏，其外溢到民用医疗系统的潜力是巨大的。”

此后不久，DIU 开始寻找商业合作伙伴来帮助构建和测试 ARM。该组织挑选了光学技术公司杰恩光学负责硬件，在对 39 家公司进行评估后，选择了谷歌开发软件。

谷歌云医疗保健战略和解决方案全球总监阿什玛-古普塔说，该公司后来为 ARM 推出了四种算法，可以识别乳腺癌、宫颈癌、前列腺癌和有丝分裂。谷歌员工和谷歌基础设施都无法访问这些数据。

古普塔在接受采访时说：“这些数据一直都是加密的。从如何收集数据、如何存储数据，到如何分析数据，以及中间的任何事情。”

大量测试有待完成

在硬件和软件都准备就绪后，DIU 一直在开展初步研究，以测试 ARM 的功效。

2022 年秋，该组织在《病理学信息学杂志》上发表了一篇经同行评审的论文。论文第一作者、国防部首席数字与人工智能办公室负责人工智能评估的副主任大卫-金说，论文发现，乳腺癌人工智能算法在大量样本中的表现还算不错，但也有注意事项。

论文特别研究了人工智能在检测淋巴结乳腺癌转移时的表现，金说，人工智能在某些类型的细胞上表现得比其他类型更好。他说，这项研究很有希望，但在为病理学家提供真正的病人护理支持之前，仍有大量严格的测试工作要做。

金说：“这样的东西极有可能带来好处，但也有很多风险，因为它将改变癌症诊断的方式。 ”

从关岛返回并在2020年开始在国防大学工作的奥尔森也被列为论文的作者。他说，对其他三个模型（前列腺癌、有丝分裂和宫颈癌）的独立评估尚未在研究所进行。

对ARM的研究正在进行中，DIU还在征求米特尔等组织和退伍军人事务部等医疗系统的反馈意见。虽然还有很多工作要做，但由于研究所已经验证了最初的概念，该组织正开始考虑如何扩大技术规模并与监管机构合作。   

DIU 与谷歌和杰恩光学谈判达成了协议，允许该技术在军队和商业领域推广。DIU 希望在今年秋天的某个时候通过总务管理局网站向所有政府用户提供 ARM。

退伍军人事务部普吉特海湾分部的扎法尔说，尽管ARM最终肯定会帮助病理学家，但普通大众将从这项技术中获益最多。他说，ARM 的准确性、速度和成本效益都将有助于提供更好的医疗服务。

扎法尔说：“人工智能就在这里，而且会不断发展。关键是不要害怕这些技术，而是要对它们进行分流，使其最好地满足我们的医疗和保健需求。”

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