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病毒克星!夺冠世界人工智能创新大赛的“深兰核酸快速检测一体机”

深兰科技2020-08-05 21:57发文

7月 冠军
      7月10日,在2020世界人工智能大会云端峰会上,世界人工智能创新大赛召开了年度盛典,揭晓获奖团队。深兰科技研发的基于三代测序的AI引擎便携式核酸快速检测一体机(以下简称“一体机”),从600余个产业场景应用赛参赛项目中脱颖而出,获得冠军,为中国“AI生物安全”领域的病毒核酸检测提供了关键技术!
作为2020世界人工智能大会的重要赛事,世界人工智能创新大赛(以下简称AIWIN)的一大特色是全面与真实场景进行了深度交互。大赛定位于国家级人工智能科技创新与全球化产品首发平台,致力于携手以深兰科技为代表的一批人工智能参赛企业,共同助力上海成为人工智能国家战略高地。

 ◆  ◆

病毒克星诞生记

这个项目是在新冠疫情的特殊背景下诞生的,产品的全称是“AI引擎便携式核酸快速检测一体机”,是一个软件和硬件研发结合,可进行病毒快速检测的基因测序类仪器。除了提供阳性/阴性的检测结果,还能提供样本病原物种信息、浓度以及跟踪病毒变异状况。

产品具有广谱病原体的识别能力,不仅能快速准确、高效便捷地识别出当前测序样本是否包含某种病毒,还能检测是否包含与某种病毒相似的未知病毒。此外,该产品将人工智能和三代测序技术结合,这将大大提高病毒检测的速度和准确度,并且便携,使检测场地不受限制。

深兰科学院生命科学院院长唐鲲博士在2020 AIWIN医疗赛道终评会的路演和专家答辩环节中(上图)表示:“深兰科技是全国少有的以AI驱动的,软硬兼备的高科技公司,同时在计算机视觉、生物智能、认知智能、自动驾驶等核心技术领域具备世界冠军级技术,并且也是全国首个具备新冠病毒核酸检测能力的AI企业。只有在雄厚的技术基础和专业的硬件平台之上,才能够真正实现对于医疗应用场景的深度赋能,更好地服务民生!”

疫情期间,核酸检测诊断上暴露出了很多弊端,比如检测流程非常复杂,拿到样本后冷链运输到中心实验室进行检测和返回报告,这个过程大约需要24-48小时。2020年全国政协会议上李克强总理号召科学家研发出无需实验室环境的快速核酸检测技术,该一体机产品恰好非常符合国家提出的技术要求。

这款“基于三代测序的AI引擎便携式核酸快速检测一体机”的设计由三个部分组成:

(1)样本提取及建库:基于成熟的微流控样本前处理和核酸提取的解决方案,加入了新开发的快速样本建库实验流程,把样本的自动提取和建库压缩到最短20分钟。

(2)测序:进行三代测序30-40分钟,即可得到大量的核酸序列数据。

(3)数据分析:测序完后得到的原始信号是电信号,需要先将电信号翻译成碱基序列。

目前我们正在优化已有的序列生成的算法,可以将碱基的basecalling过程变得更快、更准确。获得碱基序列后要进行序列识别,来确定具体的物种信息,病毒种类信息以及位置信息等等。

传统方法需要进行大量运算而且时间很长,我们构建了一个基于CNN的深度学习分析引擎,对校正后的碱基序列中所包含的物种或病原体进行快速分类、鉴别和分析。一体机可以在45-60分钟之内完成核酸检测,准确度达到95%以上。目前的AI分析引擎可以在10秒钟内识别2000多种不同的病毒,计划在项目完成后具备检测2万到3万个物种的能力。

根据NCBI(美国国家信息生物中心)数据,全世界已知的病毒一共大概不到3万种,这意味着,未来一体机可“一网打尽”所有的病原体或者微生物的检测,不管是鸡瘟、猪瘟、农作物等动植物病毒,或是新冠等人际传播的传染性病毒。这对于病毒的快速、现场防控,提升国家生物安全具有重大意义!

可见,一体机是顺应国家“分级诊疗”制度实施的产品。

相较传统分子诊断方法,一体机的优势包括:

可以检测出多种病毒物种,监测病毒变异;

对场地、专业人员要求非常低;

检测结果准确度高。

基于以上优势,一体机可以解决上述场景涉及的机构单位缺乏专业检测实验环境和专业检测技术人员的痛点,可以用于快速检测筛查使用。

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