COVID-19对肺部的影响：AI技术与国际合作的力量

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COVID-19对肺部的影响：AI技术与国际合作的力量

在全球范围内，COVID-19大流行对人类健康和社会经济产生了深远的影响。尽管疫苗的普及和治疗方法的改进使得急性期的COVID-19得到了有效控制，但其长期影响仍然是一个亟待解决的问题。埃默里大学（2024USNews美国大学排名：24）的研究人员与来自北美、欧洲和亚洲的国际团队合作，利用人工智能（AI）技术分析了3400多名患者的CT扫描，揭示了COVID-19对肺部的显著损害。这项研究不仅为我们提供了关于COVID-19即时影响的宝贵见解，还揭示了其长期影响的潜在风险。

AI技术在COVID-19医疗影像中的应用

人工智能技术在医疗影像中的应用已经取得了显著进展。2024年3月21日，最新研究表明，AI现在可以像人脸识别软件识别人群中的面孔一样，在肺部超声图像中检测COVID-19。这一发现提升了AI驱动的医疗诊断技术，使医疗专业人员能够更快地通过算法筛查超声图像，识别疾病迹象，从而快速诊断COVID-19和其他肺部疾病。这项研究发表在《Communications Medicine》上，始于疫情初期，当时临床医生需要工具来快速评估急诊室中大量患者。

约翰霍普金斯大学的Muyinatu Bell教授表示，他们开发了这一自动检测工具，以帮助在高负荷情况下需要快速准确诊断患者的医生。该工具还具有开发可穿戴设备的潜力，这些设备可以跟踪如充血性心力衰竭等疾病，这些疾病会导致患者肺部液体过多，类似于COVID-19。

AI通过分析超声图像中的B线特征来检测肺部炎症。研究团队开发的软件可以从真实和模拟数据中学习，然后识别超声扫描中的异常情况，表明患者感染了COVID-19。该工具是一个深度神经网络，旨在像大脑中的神经元一样识别模式、理解语言并完成其他复杂任务。

疫情初期，由于缺乏患者数据，科学家们难以使用AI评估肺部超声图像中的COVID-19指标。现在，研究团队证明，通过计算机生成的数据集，他们仍然可以在评估和检测COVID-19特征方面达到高精度。

COVID-19对肺部健康的长期影响

根据美国疾病控制与预防中心（CDC）的信息，某些医疗状况的人群更容易因COVID-19而重病。这些状况包括癌症、慢性肾病、慢性肝病、慢性肺病、囊性纤维化、痴呆或其他神经系统疾病、糖尿病（1型或2型）、残疾、心脏病、HIV感染、免疫功能低下或免疫系统减弱、精神健康状况、超重和肥胖、身体不活动、怀孕、镰状细胞病或地中海贫血、吸烟（现吸烟者或曾吸烟者）、器官或血干细胞移植、中风或脑血管疾病、物质使用障碍和结核病。老年人和有多种基础疾病的人群风险更高。种族和少数民族群体以及残疾人也面临更高的风险。保持COVID-19疫苗接种和采取预防措施对这些高风险人群尤为重要。

埃默里大学的研究进一步揭示了COVID-19对肺部的长期影响。研究将患者分为健康、轻度COVID-19和重度COVID-19三组，发现重度COVID-19患者的肺部表面，特别是纵隔和基底表面，出现了显著的变形。这些变形可能会影响肺功能，进而影响健康和生活质量，并可能增加整体死亡率。研究使用了3D残差卷积网络来分割和分析肺部图像，创建了详细的肺部变形图。研究表明，AI技术不仅有助于理解COVID-19的即时影响，还能提供关于其长期影响的见解。

3D残差卷积网络在医学研究中的应用

3D残差卷积网络是一种深度学习技术，已经在医学研究中展现出巨大的潜力。埃默里大学AI.Health团队利用这一技术揭示了COVID-19患者的肺部形态变化与疾病严重程度之间的关系。研究结果发表在《计算医学与生物学杂志》上。研究团队通过3D残差卷积网络分析发现，COVID-19患者的肺部中纵隔和基底表面出现显著变形。研究人员收集了3230名患者的胸部CT扫描数据，并将其分为健康、轻度COVID-19和重度COVID-19三组。通过深度学习方法，研究团队构建了肺部形态变化的“地图”，发现无论疾病严重程度如何，感染COVID-19的患者肺部均出现变形。特别是在健康组与重度COVID-19组之间，基底表面差异显著。研究指出，这些变形可能会损害肺功能，导致健康、生活质量和死亡率的潜在不良后果。

研究团队还强调，尽管COVID-19的急性期已基本缓解，但长期COVID-19的影响仍然令人担忧。研究负责人Anant Madabhushi博士表示，虽然尚未专门研究长期COVID-19患者，但调查这些患者是否存在残留的肺部变形对于了解该疾病的长期影响至关重要。

国际合作在COVID-19研究中的重要性

国际合作在COVID-19研究中发挥了至关重要的作用。近年来，中国在高质量研究方面的国际合作逐渐减少。根据《自然指数》的数据，中国的“份额”在2022年首次超过美国，成为全球领先。然而，中国的国际合作比例却在下降，2022年中国的“份额/数量”比率达到82%，而2015年这一比率为72%。相比之下，美国和德国的国际合作比例在同一时期有所下降。新冠疫情期间的旅行限制是导致这一趋势的因素之一，疫情使得中国科学家难以与国际同行见面，导致国际合作在研究人员职业生涯中的重要性下降。此外，中国政府鼓励科学家更多地在本地期刊上发表研究成果，进一步减少了国际合作的动机。政治紧张局势也对中西方的科学合作产生了负面影响，许多西方国家对中国科学家的怀疑增加，导致签证程序复杂化，阻碍了科学家之间的交流。尽管如此，中国仍在与其他国家，特别是“一带一路”倡议成员国，扩大合作。未来，中西方关系可能会有所改善，但目前中国的高质量研究正变得越来越内向。

埃默里大学的研究正是国际合作的一个典范。研究团队不仅包括来自北美的科学家，还包括来自欧洲和亚洲的研究人员。这种跨国界的合作使得研究能够利用全球范围内的数据和资源，从而得出更为全面和准确的结论。国际合作不仅有助于共享知识和技术，还能促进不同国家和地区之间的理解和信任。

结论

COVID-19大流行对全球健康和社会经济产生了深远的影响。尽管急性期的COVID-19得到了有效控制，但其长期影响仍然是一个亟待解决的问题。埃默里大学的研究利用AI技术揭示了COVID-19对肺部的显著损害，为我们提供了关于COVID-19即时和长期影响的宝贵见解。AI技术在医疗影像中的应用已经取得了显著进展，3D残差卷积网络在医学研究中展现出巨大的潜力。国际合作在COVID-19研究中发挥了至关重要的作用，未来需要进一步加强国际合作，以应对全球健康挑战。通过理解COVID-19在早期对肺部的影响，我们可以更好地治疗该疾病，并为未来的公共卫生危机做好准备。