郑大故事：“医工结合”让结肠镜检查不再痛苦
                          ——记第十四届中国研究生电子设计竞赛一等奖和最佳论文奖团队

　  “郑州大学‘消灭息肉小分队’获得此次竞赛的一等奖。”听到获奖的消息，团队的队长马燕松了一口气，这一段时间的努力没有白费，昼夜无休的努力终于得到了回报。今年八月，在南京举行的第十四届中国研究生电子设计竞赛中，由我校信息工程学院的马燕、陈洁莹、刘晓妲、刘倩倩和王朝阳组成的“消灭息肉小分队”设计的《AI辅助结肠镜下息肉实时检测系统》获得了全国总决赛团队一等奖和最佳论文奖，杨潇楠被评为优秀指导老师。

    “最终目标是把它用到医院中去”
    根据国家癌症中心全国肿瘤登记数据报告，我国城市和农村地区结直肠癌发病率分别位列恶性肿瘤的第2位和第5位，死亡率分别位居第4位和第5位。结直肠癌是一种早期和晚期死亡率相差极大的癌症，早期结直肠癌生存率能够达到90%，尽早发现并治疗后几乎就能痊愈，而晚期结直肠癌生存率却只有20%，因此，及时检测出癌变息肉就显得极其重要。
    杨潇楠老师是肠镜检查的亲历者，一回想起做肠镜的经历，他就用“折腾”、“难受”来概括。做肠镜的前一天就要禁食，准备清理肠道，还得吃清肠药，一晚上要往卫生间跑十来趟，保证做肠镜时肠道内清理干净。但由于肠道的长度较长，医生给病人做肠镜时可能会漏检癌变息肉，病人有时还要复检第二次、第三次。大部分病人做肠镜都会吃不消，更何况那些上了年纪的老人。杨潇楠于是想设计一种服务于结肠镜的早癌检测系统，装上这套系统的结肠镜可以一次性尽可能地检测出所有息肉，同时判断出息肉的种类以及是否癌变，减轻病人因复检而造成的痛苦。“我们不做‘玩具’，也不仅仅是发表一篇论文就完事。”杨潇楠说，“我们的最终目标是要把这套检测系统用到医院中去。”早在2017年末，杨潇楠就和他的科研团队进行了立项，他们的初衷一直是想方设法让病人从这套系统中受益，而获得奖项只是因为努力恰好碰上了机遇。
    “我们现在都算是半个医生”
    立项之初，团队成员面临的第一个困难就是医工学科交叉的问题——小队成员在医学方面都是零基础。为解决这一问题，杨潇楠邀请了郑大一附院的消化内二科、消化内三科医生加入团队，对队员们进行医学方面的指导，让队员们对项目所涉及的领域有更好的了解。可在双方合作的过程中，又出现了新的问题，医生对人工智能也没有一个明确的概念，双方对彼此的专业领域互不了解。因此，跨专业的学术交流成了双方合作的最大障碍。为此，杨老师每周都会召集双方在会议室召开定期会议，一起讨论遇到的问题，相互提出见解和意见，并在一次次交流中相互学习。“不夸张地说，我们的几位核心队员现在已经可以算是半个医生了。”杨潇楠笑着说道。
    在对原型机进行系统完善的过程中，队员们需要帮助系统对病原特征进行“学习”——即通过导入病例图片，在用人工鉴别的方式对不同病例的患病情况进行判断后，将所得数据导入人工智能的“智能神经”中，让系统对病原特征进行深入分析和记忆，以达到在面对类似病况时能做到“举一反三”。为了尽可能在“学习”过程中模拟真实的临床情形，小队成员深入到临床一线，对真实病例的图片进行搜集，并逐张进行人工鉴别，在遇到不确定的情况时，小队成员会请专业医生进行判断。“为了确保准确性，每张图片我们都会请至少五位不同的医生进行判断，以避免判断结果存在差错和遗漏。”在整个“学习”的过程中，小队成员对上万张病例图片进行了逐张判断，并录入程序，使设备的症状检出准确率从最初的不到70%提高到了95.7%。“涉及到医疗问题时，我们的每项工作不说百分之百，但也要尽全力做到接近百分之百的准确，”杨潇楠说道，“为了这个目标，我们对待项目的每一个细节，都很严谨和小心。”
    “稳定就是把每一步都做好”
    今年八月中旬，在南京信息工程大学举办的第十四届中国研究生电子设计竞赛全国总决赛现场，来自全国400多所高校的队伍会聚于此，每支队伍的桌子上都摆放着各式各样的设计作品，学科交叉的设计随处可见，AI在这里也不再是创新的代名词。消灭息肉小分队想要脱颖而出压力很大，但是他们有自己的“制胜法宝”。这个“法宝”就是这套检测系统使用一百次就工作一百次的稳定性。每支队伍演示作品只有一次机会，当有些队伍不论怎么按机器的开关都不见其运作时，消灭息肉小分队只要下达工作指令，随着肠镜的移动，检测系统就会在疑似息肉处打出红框将息肉锁定，并准确地判断出息肉的大小以及癌变情况。
    “稳定绝对不是虚头巴脑的，能做到高度稳定的原因，就是把每一步都做好。”杨潇楠说。系统运行的稳定来自消灭息肉小分队的严格与踏实，一步没走好绝不迈下一步，就连决赛前“那几步”更是慎之又慎。消灭息肉小分队在七月初华中分赛区的国赛选拔赛晋级后，想要进一步完善他们的网络，来迎接八月的决赛。但在调试网络的过程中，敏感性、准确性等参数运行的都很好，唯独特异性出现了问题。杨潇楠老师提出，问题是不是出在数据集上，而马燕和她的队友们则认为是其他原因，他们在解决方案上产生了分歧，有同学甚至还想放弃，问题的解决也因此陷入了僵局。可争吵归争吵，他们仍是一个集体，在接下来的半个月里，消灭息肉小分队在实验室里“扎下了根”，每天的工作就是打开网络，一行挨着一行仔细检查算法的编写，检查一遍后再反复排查，直到确定算法没有问题，才把问题的重心转移到数据集上来，最后发现问题出在了数据集的标注和验证上，并及时在决赛前修复了它。
    谈到什么时间可以把这套系统投入生产时，团队成员却没有一个人能给出答案。“产品太遥远了，前面还不知道会有什么难题，我们现在只想把这套系统做成百分之百能用的东西。”杨潇楠说，“下一步我们想把这套系统投入医院中小试，让它见识更多、更复杂的肠道环境，从中不断改进学习。”未来，消灭息肉小分队还要继续稳步前行，把他们的理想归于造福广大患者的实处。（学生记者  茹兆龙 刘笑瑜 王润 撰稿）