隨著世界范圍內(nèi)的人口老齡化情況不斷加重，對(duì)醫(yī)療水平提升的訴求等級(jí)也不斷提升。而精確的診斷技術(shù)，能夠提早疾病的發(fā)現(xiàn)，從而及時(shí)遏制病情的惡化，節(jié)省后續(xù)的開(kāi)支，分子診斷無(wú)疑為精確診斷的需求提供了可能。但目前的分子診斷的市場(chǎng)普及速率還受限于資金、技術(shù)、與人才的投入，人工智能技術(shù)的引入能夠有效服務(wù)于分子診斷上、中、下游三級(jí)市場(chǎng)中不同場(chǎng)景的需求，并有效緩解其各級(jí)市場(chǎng)的壓力。

一、分子診斷市場(chǎng)現(xiàn)狀簡(jiǎn)述

分子診斷因其精確性和強(qiáng)因果性，近年來(lái)其市場(chǎng)份額逐漸增大。分子診斷的上游市場(chǎng)關(guān)注于診斷原材料的提供，包括各種生物酶、多肽、生物指針等；而中游市場(chǎng)囊括了大部分的試劑和儀器的提供方；下游市場(chǎng)集中于教育機(jī)構(gòu)及醫(yī)療機(jī)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)室分析服務(wù)。雖然中游市場(chǎng)（試劑、儀器）占據(jù)了大部分的市場(chǎng)份額，但下游市場(chǎng)的研究與分析卻是這個(gè)行業(yè)創(chuàng)新能力的主要產(chǎn)出。來(lái)自于實(shí)驗(yàn)室的研究結(jié)果，既能豐富上游市場(chǎng)的產(chǎn)出，同時(shí)也能夠?yàn)橹杏问袌?chǎng)產(chǎn)品的優(yōu)化提供建議，從而活化整個(gè)市場(chǎng)。

長(zhǎng)久以來(lái)，分子診斷的實(shí)驗(yàn)階段其實(shí)驗(yàn)人員往往面臨著巨大的工作壓力，人口老齡化和生活方式病更是加重了這種壓力，而壓力之下，其工作結(jié)果的精確性和準(zhǔn)確率也會(huì)收到影響。人工智能技術(shù)的出現(xiàn)為緩解這種壓力提供了可能，并為診斷的準(zhǔn)確性和高效率提供了保證。

二、分子診斷中的人工智能技術(shù)

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：典型的監(jiān)督性機(jī)器學(xué)習(xí)模型，通過(guò)層層神經(jīng)節(jié)點(diǎn)構(gòu)建來(lái)完成反向傳播算法應(yīng)用梯度下降訓(xùn)練。在分子診斷領(lǐng)域，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠服務(wù)于更深層的蛋白質(zhì)組學(xué)研究，以及蛋白序列關(guān)聯(lián)性研究。

數(shù)據(jù)可視化：適用統(tǒng)計(jì)圖形、圖表、信息圖和其他工具，數(shù)據(jù)可視化可以清晰有效的以視覺(jué)傳遞定量信息。分子診斷中產(chǎn)生的海量信息，往往需要著從實(shí)驗(yàn)人員到其他受眾的信息傳遞，可通過(guò)數(shù)據(jù)可視化來(lái)實(shí)現(xiàn)這種有效傳遞。

虛擬現(xiàn)實(shí)：簡(jiǎn)稱虛擬技術(shù)或虛擬環(huán)境，利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供數(shù)據(jù)或其他信息的模擬。分子診斷可利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)實(shí)現(xiàn)大批量的虛擬篩選，節(jié)省實(shí)驗(yàn)成本，提升實(shí)驗(yàn)效率。

三、人工智能在分子診斷領(lǐng)域的應(yīng)用分布

四、人工智能技術(shù)在分子診斷領(lǐng)域應(yīng)用案例

富士通： 與島津制作所，以及FUJITSU Human Centric AIZinrai共同進(jìn)行致力于提高質(zhì)譜儀測(cè)量波形峰值提取相關(guān)的人工智能活用方面的研究，建立自動(dòng)生成深度學(xué)習(xí)專用訓(xùn)練數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)圖像化對(duì)波形輪廓進(jìn)行解析。 最終完成的人工智能自動(dòng)峰值提取技術(shù)已經(jīng)可在數(shù)秒之內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)人員需耗費(fèi)兩小時(shí)才能完成的操作，誤檢率7%、漏檢率9%，并消除了不同操作人員帶來(lái)的分析精度差異；

E PFL工程學(xué)院 ： 編寫人工智能程序，通過(guò)針對(duì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)中分子結(jié)構(gòu)的訓(xùn)練，實(shí)現(xiàn)超短時(shí)間內(nèi)預(yù)測(cè)原子對(duì)外加磁場(chǎng)的反應(yīng)，助力核磁共振光譜來(lái)確定有機(jī)分子中原子的確切位置。 技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)在于其能夠在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度極高的量子化學(xué)運(yùn)算，比現(xiàn)有的方法計(jì)算速度快近10000倍。 針對(duì)同樣的問(wèn)題，其計(jì)算時(shí)間能夠從16年縮短到6分鐘。

Cyclica ： 在IBM和安大略省卓越中心的技術(shù)支持下，Cyclica將在其Ligand Express添加預(yù)測(cè)性ADMET預(yù)測(cè)模型，這一系列使用專用人工智能深度學(xué)習(xí)方法構(gòu)建ADMET預(yù)測(cè)模型可將多向藥理學(xué)結(jié)合，并輔助實(shí)驗(yàn)人員作出明智的決策。

晶泰科技（XtalPi）： 通過(guò)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法有效的提取結(jié)構(gòu)特征，高效地動(dòng)態(tài)配置藥物晶形，完整的預(yù)測(cè)一個(gè)小分子的所有可能晶形，縮短晶形開(kāi)發(fā)周期，提升ADMET性質(zhì)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度。

五、人工智能在分子診斷領(lǐng)域的應(yīng)用局限

高端人工智能人才缺口：數(shù)據(jù)顯示，未來(lái)中國(guó)人工智能人才缺口高達(dá)500萬(wàn)，而為實(shí)現(xiàn)學(xué)科結(jié)合，跨學(xué)科人才更是難得，目前缺少成體系的分子診斷人工智能人才培養(yǎng)方案。

缺乏完善的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系及共享機(jī)制：分子診斷專業(yè)門檻高，產(chǎn)業(yè)鏈條復(fù)雜，這造就來(lái)自不同分子診斷市場(chǎng)層級(jí)的數(shù)據(jù)割裂嚴(yán)重、標(biāo)準(zhǔn)不一。另外，由于監(jiān)管政策和機(jī)構(gòu)改制頻繁，數(shù)據(jù)銜接難度更大，完整度和精準(zhǔn)度都很難適應(yīng)復(fù)雜模型的訓(xùn)練。

“黑盒子”特性使普及困難：深度學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)雖能實(shí)現(xiàn)高精度的計(jì)算結(jié)果，但其推理計(jì)算過(guò)程難以回溯，導(dǎo)致難以對(duì)病人解釋具體原理，造成普及困難。

六、人工智能在分子診斷領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

第三方分子診斷獨(dú)立病例機(jī)構(gòu)建立：為了彌補(bǔ)人才缺口，如今越來(lái)越多的第三方獨(dú)立診斷機(jī)構(gòu)紛紛建立，通過(guò)與大型醫(yī)院及研發(fā)機(jī)構(gòu)合作，可接手其數(shù)據(jù)信息，利用開(kāi)發(fā)的人工智能系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將結(jié)果反饋給客戶，同時(shí)完成自己本身的數(shù)據(jù)積累。

線上線下協(xié)同發(fā)展：高速互聯(lián)網(wǎng)和分子診斷技術(shù)逐步結(jié)合，特別是5G技術(shù)出現(xiàn)后，高維度的數(shù)據(jù)共享成為可能，眾多針對(duì)分子診斷實(shí)驗(yàn)分析的開(kāi)源軟件、程序開(kāi)始流通；

大型集團(tuán)公司加入市場(chǎng)競(jìng)技：越來(lái)越多的以信息技術(shù)為主導(dǎo)的科技公司開(kāi)始參與醫(yī)療市場(chǎng)、分子診斷市場(chǎng)的競(jìng)技，依賴其本身的資金技術(shù)及數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，開(kāi)始搶占市場(chǎng)份額。

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機(jī)器之心「智周」人工智能技術(shù)應(yīng)用報(bào)告系列 重點(diǎn)關(guān)注現(xiàn)有人工智能技術(shù)應(yīng)用較成熟且應(yīng)用潛力較大的正在進(jìn)行智慧升級(jí)的傳統(tǒng)行業(yè)及場(chǎng)景，逐行業(yè)、逐場(chǎng)景為產(chǎn)業(yè)用戶高效而不失深度地呈現(xiàn)不同人工智能技術(shù)的產(chǎn)業(yè)落地現(xiàn)狀、企業(yè)案例、技術(shù)應(yīng)用趨勢(shì)等。 「智周」人工智能技術(shù)應(yīng)用報(bào)告系列包含核心版及深度版兩個(gè)版本：

核心版濃縮精華分析內(nèi)容至2頁(yè)內(nèi)，覆蓋重要數(shù)據(jù)、分析結(jié)論及案例簡(jiǎn)述，以供使用者高效系統(tǒng)地了解人工智能技術(shù)在自身所關(guān)注產(chǎn)業(yè)內(nèi)的潛在機(jī)會(huì)。

深度版在核心版的基礎(chǔ)上，包含詳盡的行業(yè)或場(chǎng)景痛點(diǎn)分析、技術(shù)解讀、落地案例詳解及資料附錄等，以供有深度研究需求的使用者進(jìn)行深入探究。

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