专访华大基因靳大卫:以火眼实验室为“根据地”,我们要打造数字化抗疫新标杆..._数据猿的博客-程序员宅基地

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西方医学奠基人希波克拉底曾说过:世间最美与最高尚的技术是医学。

诚如所言,自远古狩猎时期起,医学就与人类的命运息息相关。早期,人类笃信疾病源于诅咒、恶魔与神罚,祈祷与仪式方可治愈疾病,随着历史的发展,各区域演化出了不同的医学体系,科技与医疗的结合,始终贯穿其中。

17世纪,基于当时的显微镜技术,荷兰人列文虎克首次发现微生物,微生物领域由此得以开拓;1895年,德国物理学家伦琴发现“X射线”并通过其获取人体内部组织图像,人类医学体系由此迈入全新篇章;而20世纪DNA双螺旋结构的发现,更是为人类打开了通往基因科学的大门。

由此可见,科技的进步时刻在推动医疗领域的发展,医疗领域的需求又会倒逼前沿科技的研发,而人类社会也在两者的相互作用下,逐步通往更美好的未来。而随着数字化时代的来临,医疗赛道也迎来了数字化转型。其中,成立于1999年的华大集团等生命科学的龙头企业,担任了数字化转型中“领头羊”这一角色。

作为全球领先的生命科学前沿机构,华大集团以“产学研”一体化的发展模式引领基因组学的创新发展,通过遍布全球100多个国家和地区的分支机构,与产业链各方建立广泛的合作,将前沿的多组学科研成果应用于医学健康、资源保存等领域,为精准医疗、精准健康等关系国计民生的实际需求提供自主可控的先进设备、技术保障和解决方案。

华大集团业务覆盖全球100多个国家和地区

在新冠疫情肆虐的大背景下,作为生命科学科研与数字化应用领域的佼佼者,华大集团凭借长期深耕这一领域所积累的技术实力,推出用于病原检测的完整技术方案、成套设备、服务平台和标准体系——“火眼”实验室,为全球抗疫做出不可忽视的贡献。

近日,数博会“生命大数据助力健康中国”主题论坛在贵阳举行,数据猿也由此采访到了贵州华大基因科技有限公司总经理靳大卫,听他聊聊华大集团如何以技术赋能抗疫前线的故事。

火眼实验室:火眼金睛照病魔

新冠疫情自去年暴发以来,呈燎原之势不断蔓延,已成为全球百年来最大的公共卫生危机。对于如何控制这场世界级“火灾”,世界卫生组织总干事谭德塞谈到:“谁都不可能蒙住双眼救火。如果不知道谁被感染了,就无法阻止这场大流行”。

事实上,从灾难中汲取教训,建立起预防、控制疫情的长效机制,是人类在“抗争宿命之路”上的必经之处。如著名科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫(Isaac Asimov)在其著作《永恒的终结》里写道:“只有经过严酷的考验,人类才能不断前进,走向发展的高峰。危险的环境和危机感,才是驱使人类不断进步、不断征服新事物的根本动力。”

相较于安乐平和的时代,在灾难倒逼下,人类往往能被激发出更多潜能。对此,靳大卫感触良多。

“2020年的新冠疫情,其实倒逼我们把之前的一系列技术能力整合成了一套完整的、针对大规模核酸检测与预警的解决方案。”靳大卫表示。

从新冠疫情初期开始,华大集团就积极参与抗疫。2020年2月5日,火神山医院刚完工投入使用、雷神山医院还未完工开放,而武汉市每日疑似与确诊病例却在持续增加,形势严峻。在紧张的局势下,由华大基因主导设计与运营、中交二航局施工的疫情防控前沿哨所——武汉“火眼”实验室就此诞生,仅用5天时间快速建成投入试运行。

靳大卫告诉数据猿,“火眼”这个名字出自《西游记》里孙悟空洞察妖魔鬼怪的火眼金睛,寓意是实验室可以精准地把病毒检测出来。

2月5日,华大集团董事长汪建(左)与中交二航局党组副书记、总经理张鸿(右)共同为“火眼”实验室揭牌

作为规模化、标准化的高通量核酸检测实验室,火眼实验室的设计、测试、运行、人员培训及实验所需的配套核心技术产品均由华大主导、提供,采用华大基因自主研发的新冠病毒核酸检测试剂盒(PCR法)的同时,还配备有华大智造自主研发的全自动分杯处理系统MGISTP-7000与自动化病毒核酸提取设备MGISP-960。

基于自动化样本制备系统,火眼实验室可实现一站式核酸提取,加快市民核酸检测速度。值得一提的是,火眼实验室不仅能够提升检测效率,更具备快速复制、广泛推广、高效落地等特点。

为什么华大基因具备快速核酸检测能力?这要归功于火眼实验室的信息化流程与自动化设备应用。基于华大智造ZLIMS实验室信息管理系统,实验室可以实现全自动化样本接收、录入和分装程序,自动化提取核酸并实时监控管理核酸检测全过程。

武汉“火眼”实验室(传统实验室版)

基于华大的高通量测序整体解决方案与高质量设备,武汉火眼实验室通过赋能疑似病例检测、高危人群排查,消解了公众恐慌情绪。

火眼实验室在武汉的成功应用,也证明了该模式在疫情防控中能够发挥巨大效用,使其得以推广至全球。截至2020年底,华大基因运营的“火眼”实验室已在北京、武汉、深圳、 石家庄、哈尔滨等国内多个主要城市落地;累计在海外运营“火眼”实验室超过80个,分布在全球近30个国家(地区),持续确保全球抗击疫情的检测需求。

进入2021年,虽然我国疫情态势趋于平缓,但世界范围内,疫情仍然在肆虐,且仍有波及国内的风险——今年,我国石家庄、大连、云南、广州等地陆续爆发小规模疫情,提醒我们,仍然不可对疫情掉以轻心。此前战功赫赫的火眼实验室,也在抗疫过程中不断完善升级,以应对复杂多变的局势。

靳大卫告诉数据猿,当前的火眼实验室,并非拘泥于传统实验室的单一形态。华大基因的科研人员经材料测试与场景调研,不断拓展新的方案。目前,火眼实验室已具备多种可以因地制宜的形态方案——除了传统实验室的模式,还有方舱版、车载版,帐篷版,以及紧急状况下可以迅速充气的气膜版等。

靳大卫介绍道:“上述几种模式,面向不同的应用场景,每种模式都根据用途量身设计,从而保证具体操作层面上的可行性与稳定性。如车载版方案,能够快速运转至任何指定地点,比如一个1万人的小区因为出现病例被暂时封闭,只需把配备有实验室的车辆开过去,一天以内就能检测完该小区所有人,高效满足海关口岸、疾控中心卫生检疫等特殊场地的核酸检测需求。”

火眼实验室(翼舱版)

除车载版方案外,靳大卫还着重介绍了基于火眼实验室的另一拓展方案——火眼实验室(气膜版)。此前,凭借其创新的设计,气膜版方案获得了CGD当代好设计金奖、“The Great One产品设计至尊奖”、2020好设计金奖与2021德国iF产品设计奖。

据靳大卫介绍,火眼实验室(气膜版)采用了充气拱形结构,由三个仓组成,分别为样本接收区、样本制备区与扩增区。而在实验室内部,更是配备有光交互智能门禁、无接触传递窗、智能舱压控制等智能化系统,以及高通量自动化样本制备系统等检测设备,从而更好地应对突发公共卫生事件。

火眼实验室(气膜版)

“今年1月8日,日检测通量10万单管的‘火眼’实验室(气膜版)经过通宵连夜建设,仅用时10个小时火速亮相河北体育馆,由12舱软气膜和3舱硬气膜组成,整体每日最高可检测样本量达到 100万人份。在石家庄大规模核酸筛查工作中,火眼实验室共检测超过757万人份核酸样本,为大规模疫情防控工作贡献了科技力量。”靳大卫表示。

在参加海外抗疫时,传统的预制化方案并不能满足数日内完成交付、搭建的需求。因此要求火眼实验室(气膜版)必须支持空运,这也促使科研人员将实验室结构与材质等因素纳入考量。

对此,靳大卫表示,为方便运输,火眼实验室(气膜版)经多次测试,最终采用了阻燃、耐磨、稳定性高的PVC材料作为建筑主材,通过双层气膜形成气拱结构提供负压环境,并可通过放气来打包。打包的火眼实验室可借由客机空运至所需地,避免了繁琐的常规运输流程,而抵达当地后,气膜版实验室只需充气即可快速搭建,第一时间投入使用。

火眼实验室(气膜版)

“相较于修建一所传统实验室所需的动辄数月的工期,不以建筑为载体的气膜版实验室只需十几个小时即可完工。与此同时,该方案具有很高的性价比,当地防疫工作结束后,即可把气膜版实验室压缩为包裹,通过科技运抵其他地方,进行重复利用。”靳大卫解释道。

不止如此,该方案还支持在表面直接喷筑复合材料以变成混凝土壳体结构,从而形成永久性建筑,这也使得永久保留实验室成为可能。

华大集团在抗疫期间立下了赫赫战功。而随着疫苗的研制与铺开,人类逐渐进入后疫情时代:以我国为例,随着我国疫情防控水平越来越高,核酸检测试剂需求也随之降低。那么,后疫情时代,在抗疫方面投入巨大、多方位布局的“抗疫功臣”华大集团将往何处去?

后疫情下的新尝试:拓展火眼、远程超声机器人

在后疫情时代,“火眼”将迎来新的使命。

靳大卫表示,疫情平稳后,火眼实验室并不会就此退役,而是将同华大集团长期耕耘的生命科学事业结合,赋能各地的公共卫生机构,为全球加强肿瘤防控、精准诊治感染等事业提供综合解决方案,并在肿瘤、传染疾病等方面的大规模检测上继续发挥效用,力争成为公共卫生新基建。

不止如此,作为全球领先的生命科学前沿机构,华大集团旗下华大智造基于车载版实验室的成功经验,以及其在超声设备的前沿发展与应用领域上的研究,更是推出了5G远程超声机器人移动车,突破了传统诊疗方式的局限。

华大智造的超声机器人移动车

“5G远程超声机器人移动车由检查区、信息录入区和血样采集区组成,将5G技术的快速传输与华大智造自研的MGIUS-R3远程超声机器人结合,配以AI智能辅助诊断软件。医生端基于触觉交互反馈系统,通过操控车载病人端所搭载的六维力传感器探头,即可实现远程超声诊断。”靳大卫告诉我们。

作为5G远程超声机器人移动车的核心,MGIUS-R3远程超声机器人是华大智造科研力量的集中体现。据靳大卫介绍,作为全球第一款实现远程实时控制,六维机械臂的超声机器人产品,其通过集成机器人、实时远程控制及超声影像等技术,突破了传统超声诊疗方式的桎梏。

华大智造的MGIUS-R3远程超声机器人工作演示

当下,大部分医院都配备有超声检测设备,超声诊断同我们的距离其实并不遥远。而在此情形下,华大智造为何选择研发5G远程超声机器人移动车呢?靳大卫为我们揭晓了答案。

“远程超声诊断系统,不仅从技术上突破了影像技术,还有助于医疗模式创新。目前,其应用场景主要基于其所搭建的移动式超声检查服务站,面向基层筛查、集团体检、院前诊断三个方向。”

靳大卫解释道,基层筛查主要面向地域覆盖广的基层区域,因为这些地区常常存在单点诊断量低,缺乏专业超声医生等问题,因此,超声机器人移动车灵活与便捷的优势便可得到很好的体现。与此同时,其所具备的早筛特性,使得很多基层群众看到超声车,往往会出于好奇进行检查,在帮助潜在患者及时就医的同时,也提高了医疗资源的利用率。

对此,靳大卫举了这样一个例子:

“就在前段时间,华大智造的5G远程超声机器人移动车开到了浙江安吉,为当地20名女性志愿者进行了乳腺筛查,而筛查的结果出乎我们的意料,20例女性志愿者中有14例被发现存在乳腺结节的现象,其中有两例疑似病变,这说明很多基层的群众并不太注重自己的身体,缺乏定期的体检,可能等到某一部位出现病变被觉察到,才会去医院进行诊断,这样往往就容易错过了黄金治疗时间。所以我们在产品推出前期,就有一系列的巡展和义诊的计划,目的就在于提高当地居民的体检意识,防止患者病情贻误。”

与此同时,远程超声诊断系统还可在院前诊断方面发挥效用:紧急情况下,患者尚未抵达医院时,医院科室即可通过互联网远程实时操控超声机器人来实现超声检查并指导治疗,为应急救援、偏远地区创伤及急重症救治的院前评估提供保障。


5G远程超声机器人移动车工作演示

集团体检,是远程超声诊断系统的第二个应用场景,面向企业集团客户,为其提供直达的集约化医疗服务。传统的企业体检需要员工集结统一时间进行检查,而超声机器人可以使体检时间更加的灵活,可以根据员工工作时间、休息间隙来选择检查时间,并且检查的项目可以选择腹部、甲状腺、乳腺、膀胱等等,让体检服务更加的定制化,更加高效。

可以说,远程超声机器人凭借其科技内核,提升了优质医疗资源的可及性,同时,也助力了医疗产业的数字化转型升级。今年2月,华大智造远程超声机器人获评国家卫健委甲级5G医疗应用示范案例,可以说,给业界提供了数字化转型的标杆。

具备早筛效用的远程超声机器人、正在拓宽用途的火眼实验室......作为生命科学和医疗领域数字化的先行者,华大集团硕果累累。百尺竿头,更进一步,当下,华大基因已完成多癌种早筛技术的开发,同时积极推动早筛基因检测产品的研发与上市。在未来,华大基因很可能会将发展重心从防疫转向常规疾病的预防与早筛,在生命科学产业数字化转型的汪洋大海中继续探索,正如玛格丽特·杜拉斯在《蟒蛇》中所写:“始终处在激情中,这期间存在极致的恐慌与欣喜,却没有停歇,也不会感到疲惫。”

文:威化化 / 数据猿

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