今年同濟大學「追求卓越學生獎」獲得者中有一位被身邊同學稱為「硬核學霸」的回族姑娘,她叫蘭伊莎,是我校電子與信息工程學院計算機科學與技術專業2020屆本科畢業生,她的學術之路剛剛開始但成績喜人。
二維醫學圖像這樣立體起來
點擊滑鼠即可進入患者心臟最深處,放大圖像、心房心室的毛細血管清晰可見,再用滑鼠轉換角度,即可360度全方位查看心臟健康狀況,快速準確地找到問題所在。蘭伊莎剛上大一時,學長領她加入一個國家大學生創新創業訓練計劃(國創)項目,這個名字叫《心臟支架三維重建(體繪製)》的項目,就是前面說到的通過編程把二維圖像轉換成三維立體可視化圖形,醫生和患者就可以在電腦上看到心臟和血管的直觀圖像,醫患交流更加直觀方便了。
胸部CT圖像三維可視化結果
作為一名計算機專業的學生,面對複雜艱深的醫學知識,她在一開始也覺得頭疼,對滿篇都是專業術語的英語論文無從下手,但她知道鑽研學術之路從來就不會輕鬆,除了自己的專業知識,她靠課外閱讀、網絡等途徑向一座座生物醫學的大山奮力攀登。
在用整整一周的時間弄懂了第一篇論文後,蘭伊莎突然茅塞頓開,她說「其實不妨用看小說的心態來看論文,每一篇論文都是一個新鮮的觀點。」從最開始逐字逐句讀,到選擇性地略讀,再到有了想法再去閱讀,最終定型屬於自己的可行方法,這個過程「從量變到質變」。
調查研究、總結現有成果並提出創新思路,編寫程序代碼、分析數據、反覆修改代碼……「當看到一張張黑乎乎的二維CT圖像轉化為多彩可視的三維圖形時,很震撼!」那一刻,蘭伊莎開始了自己未來的思考:「在人工智慧時代,計算機與每個人的生活息息相關,也應該被廣泛應用到造福人類健康的偉大事業中。」
用算法消除醫學圖像噪聲
如果說大一時參加的國創項目是蘭伊莎將計算機技術與生物醫學相結合的一次試水,那麼大二期間由她負責的上海市大學生創新創業訓練計劃(上創)項目《關於冠狀動脈內IVUS和OCT圖像序列中運動偽影的抑制方法的研究》,便是她開始挑科研大梁了。
心臟的周期性搏動、管腔內搏動的血液,再加上冠狀動脈本身的不規則形態結構,引發導管在回撤的過程中發生抖動,採集到的血管圖像會失真。醫生想要獲得精準的圖像就需要排除這些抖動或者儀器自身的幹擾。
蘭伊莎負責的這個項目便是要抑制這些醫學圖像的噪聲幹擾,專業上稱「圖像運動偽影的抑制」。「如果能抑制或排除幹擾,不僅可以減少醫生手動分割排除噪聲的工作,還可以為後續的可視化奠定良好的基礎。」蘭伊莎告訴記者。
心血管圖像減噪數據處理圖
她開始了跋涉。閱讀文獻、思考程序算法、反覆測試,一次次降低生成圖像的噪聲,思考不足、不斷改進,直到圖像精準清晰。「用算法消除圖像噪聲,這種對心血管疾病診斷效果很好的圖像並未像CT等醫學圖像一樣普及,所以研究的人不多,蘭伊莎的研究具有開拓意義。」學校評審組的專家介紹。最終這項科研在「同思雙創——2019年同濟大學本科生優秀國創上創項目沙龍展示」中獲得「優秀項目」稱號。
獲獎堅定了蘭伊莎將人工智慧技術用於造福人類健康的信心。「只要是威脅人類健康的疾病,我都願意用專業做力所能及的工作,以助醫生『武器』更好、治療更優質更高效。」
「我想為醫學事業貢獻自己的一份力量」
本科期間,蘭伊莎以第一、二作者等身份發表多篇SCI論文,現擔任多個SCI期刊審稿人及評審編者。至今她已收到來自英國劍橋大學全額獎學金博士(中國僅有兩人)、牛津大學博士、帝國理工碩士等名校的錄取通知。本科期間她曾在美國德州大學奧斯汀分校(計算機專業排名Top10)及新加坡南洋理工大學等實驗室進行科研交流,獲得同濟大學「學術之星」稱號,也是2016年嘉定區人大代表候選人、2020年上海市優秀畢業生。
在 「學術之星」答辯現場,蘭伊莎以這樣一段話總結了本科的實驗心得並與同學們共勉。「在科研的路上,每個人前進的腳步有深有淺,挫折與失敗也在所難免。但大道至簡,行穩才能致遠。即便每天都出現代碼和網絡漏洞,我們也可以將算法的一點點改進當作一次次冒險,興趣和努力最終會將所有困難席捲。」
在不斷處理醫學圖像的過程中,癌症問題也引起了她的注意。在全球範圍內1/5的男性和1/6的女性均會患癌,1/8的男性和1/11的女性會因此死亡。而五年生存率,即患病5年後仍存活的人數估計能達到4380萬。未來,蘭伊莎會繼續深造,運用計算機人工智慧的方法進行生物分析和精準醫療,致力於研究癌症以及生理缺陷的問題。
蘭伊莎說:「雖然我不能像醫生那樣真正妙手回春,但是我想為醫學事業和生命健康貢獻自己的一份力量。」 (陳婷)