湖畔實驗室：迎著數據科學的“朝陽”出發

文| 張冰 嵇國華 虞涵棋 段雨澤 季磊

從空中俯瞰余杭區南湖西側，一座高水準的創研基地——湖畔實驗室已然崛起。作為目前浙江省唯一一家由民營企業承建的省級實驗室，湖畔實驗室以解決經濟社會發展重大瓶頸問題為導向，在未來信息、未來健康、未來能源等新興賽道開展了大量應用基礎研究、前沿技術探索和產業化應用推廣，將是杭州推動浙江成為世界數字經濟創新策源地的重要平臺。

▲湖畔實驗室南湖園區

▲醫生檢查患者CT 片

▲醫療AI 胰腺癌早篩技術

一場與“癌癥之王”的較量找到了癌癥早篩的鑰匙

胰腺癌，素有“癌癥之王”的稱號，平均五年生存率不到10%，是中國乃至全球生存率最低的惡性腫瘤。80%的胰腺癌一旦發現就是晚期，發病兇猛，極難治愈；目前臨床指南缺乏有效篩查手段，容易出現漏診或誤診，體檢及醫院常用的平掃CT圖像對比度低，很難識別早期胰腺病變。

近期，湖畔實驗室醫療AI實驗室的一群算法工程師在醫院放射科緊張忙碌著，將他們基于“平掃CT+AI”胰腺癌早期篩查的最新技術成果，配合醫院的PACS 系統與診療流程進行部署。一張普通胸部CT，在醫療AI 的加持下，可以較為準確地識別出早期胰腺癌。

2023 年11 月，湖畔實驗室聯合上海市胰腺疾病研究所、浙江大學醫學院附屬第一醫院、約翰霍普金斯大學等多家機構，首次實現以“平掃CT+AI”進行大規模的胰腺癌早期篩查，相關成果在國際頂級醫學期刊《自然醫學》上發表。針對胰腺癌變位置隱匿、在平掃CT 圖像中無明顯表征等特點，研究團隊構建了一個獨特的深度學習框架，最終訓練為胰腺癌早期檢測模型PANDA，利用AI放大并識別平掃CT 圖像中那些肉眼難以識別的細微的病理特征，實現高效、安全的早期胰腺癌檢測，并克服了過往篩查手段假陽性偏高的技術難題。

成果的最大創新之處在于，首次證實了在平掃CT 上使用AI進行胰腺癌篩查的可行性，并達到了之前認為可能達不到的高性能。過去對腫瘤的檢測和診斷，主要使用增強CT，需要給病人注射或口服造影劑，并不適合大規模篩查使用。相較而言，平掃CT普遍被百姓所接受，在體檢和門診等場景中更為常見，不增加額外費用、檢查、輻射等。因此，“讓AI 配合影像，而非影像配合AI”，成為了研究團隊最初確立的準則。

敏感性（即不易漏診）和特異性（即不易誤診）是評價醫學影像類AI 篩查工具的兩大標準，提高敏感性可能會增加誤診的風險，而提高特異性可能會增加漏診的風險，因此需要在一定程度上對二者進行權衡。截至目前，這項技術已在醫院門診、體檢中心等場景被調用超過50 萬次，通過對20530 名真實病例的多場景驗證，將胰腺癌早篩工具達到了92.9%的敏感性以及99.9%的特異性，發現了31 例臨床漏診病變，有2 例早期胰腺癌病患已完成手術治愈。其中1 名患者每年定期體檢，并安排胸部CT檢查，體檢中并沒有發現任何異常，而在其體檢后的第7 個月，該患者的CT 圖像數據被納入到該研究的回顧性臨床驗證，被檢出“有95%概率患有胰腺神經內分泌腫瘤（PNET）”。在經過多學科會診后，院方決定召回患者進行磁共振增強檢查并成功手術，后續結合術后病理報告，這名患者最終被確認為屬于早期PNET。在接下來半年的隨訪中，這位患者的腫瘤并沒有復發或轉移。

通過一系列的應用案例，大家逐漸相信癌癥是可以在早期就被篩查出來的。湖畔實驗室醫療AI 團隊負責人、IEEE Fellow呂樂表示，這項研究是一個重要的里程碑，在臨床上證實“平掃CT+AI”的癌癥篩查技術路徑的可靠性?！蹲匀会t學》也就此專門刊發評論文章，稱“基于醫療影像AI 的癌癥篩查即將進入黃金時代”。

2024 年1 月，安提瓜和巴布達總理布朗訪華，來訪浙江期間見證了安巴衛生部與湖畔實驗室的合作簽約，湖畔實驗室將為安巴的醫院和醫療機構提供醫療AI產品，幫助當地醫生采取“平掃CT+AI”的方式，實現胰腺癌、食管癌等癌癥和心血管等慢性疾病的早期篩查，雙方也將在當地高校和醫院深入探索更多臨床和科研合作機會，促進醫療AI 技術進步。

一群“賽車手”的工業軟件改造打破了世界紀錄

求解器，又被稱為“工業軟件之芯”。大到金融風險防控、機場航班的起降時間，小到快遞員路線選擇、商鋪選址，都需要實現經濟學中最簡單而又最權威的目標——“尋求最優解”。而求解器，也就成為了求出這些“方程組”的最佳工具。但在過去幾十年的科技發展進程中，因技術壁壘高、研發難度大，中國企業始終無法超越歐美企業，獲得求解器市場的主導權。

這一局面正在改變。2023 年12 月，在工信部產業發展促進中心等單位主辦的首屆能源電子產業創新大賽上，經過兩輪測試賽和一輪正式賽，湖畔實驗室的自研優化求解器MindOpt 最終獲得電力用國產求解器第一名。其在精度指標和速度指標上的優秀表現，源于綜合運用基于松弛退化移動的啟發式鄰域搜索算法、最大團增強的線性約束傳播等創新技術，并成功抓取和利用了電力特殊結構。這一成果，得益于湖畔實驗室決策智能實驗室四個春夏秋冬的不懈努力。

2019 年，決策智能實驗室在國際知名數學家印臥濤的帶領下，開啟了求解器研發的歷程。從零起步，印臥濤從世界各地招募了一批愿意在這個小眾領域閉關修煉的數學“天團”，首先從線性規劃算法開始下手。一年間，研發團隊針對單純形法全員“發狠”，最終把自研求解器雛形版本搬上了國際公開的數據集去測試，卻發現：在將近三分之一的例子上，它都要比商用求解器慢很多。就在內外交困但始終找不到突破口之時，一名團隊成員通過畫圖解題的思維方式，找到了模型的對稱性這一關鍵點。最終，自研求解器MindOpt 的單純形法模塊在2020 年8 月登頂國際權威第三方測評Mittelmann 榜單，一舉打破了世界紀錄。

出現問題，解決問題。在這樣打破重來的循環往復里，四年間，自研求解器MindOpt 迭代了26 個版本，也曾一度被國外廠商斬斷后路。但“守得云開見月明”，2023 年10 月，湖畔實驗室正式推出自研求解器MindOpt 的V1.0版本，這一版本也成為功能完備、性能領先的自研求解器。研發團隊成員們開玩笑地說：“一幫嫌跑車不夠快的賽車手，終于靠自己的雙手改造了汽車?！?/p>

如今，湖畔實驗室自研求解器MindOpt 已廣泛應用于云計算、供應鏈、電商、金融等領域：在電力能源領域，湖畔實驗室與國家電網合作，在多個電力調度問題上性能達到國際領先水平；與中國南方電網電力調度控制中心合作發布“電力調度智能決策平臺”，幫助南方電網總調實現從15 分鐘到秒級的調度，準確率達到經驗豐富的調度員水平，并支撐了中國南方電網第四屆、第五屆電力調度AI 應用大賽。技術在現實業務場景中取得了價值，也許這就是湖畔實驗室求解器團隊堅持初心的動力源泉。

一座“科研+應用”實驗室開啟產業創新發展

2020 年7 月，湖畔實驗室獲批成立，落子于余杭區南湖。創立至今，湖畔實驗室緊跟浙江省“315”技術創新體系建設，不斷推進運行模式的探索創新，用目標導向和自由探索“兩條腿走路”，先后設立了視覺技術、語言技術、人工智能大模型、計算技術等未來信息產業，醫療AI、基因智能等未來健康產業，以及決策智能等未來能源產業科研單元。截至2023 年12 月，湖畔實驗室共集聚由海外著名高校教授、IEEE Fellow、ACM 杰出科學家領銜團隊以及企業高級研究員等組成的人才隊伍數百人。

從MindOpt Studio 決策開發云平臺軟件與國家電網、南方電網電力行業領軍企業合作提升電網調度效率；到Ali266 自研編碼器更好地打開了H.266/VVC標準端到端的生態，為視頻編碼賽道帶來更低成本、更高畫質的視頻解決方案，已在優酷穩定上線運行；再到聯合多家醫學機構首次實現以“平掃CT+AI”進行大規模胰腺癌早期篩查，并在多家醫院落地應用，幫助醫生實現胰腺癌、食管癌等癌癥和心血管等慢性疾病的早期篩查……湖畔實驗室研發方向始終堅持問題導向，瞄準產業側真實需求，從產業問題凝練研究方向，通過實際業務場景驗證促進技術成果演進，并進一步服務和支撐產業高質量發展。

▲ 基于最新一代標準的編解碼方案Ali266 的研發與應用

針對幫助中小微企業應用AI技術進行業務創新，2023 年8 月，湖畔實驗室宣布向社會免費開放100 件AI 專利許可，這是我國人工智能規模最大一次專利開放行動。免費開放的100 件AI 專利許可，將被納入全國首批專利公開實施清單，在浙江知識產權交易中心上架，覆蓋了圖像技術、視頻技術、3D 視覺等諸多AI 技術領域，不乏“交通信號燈感知”“疑似侵權圖片檢測”“時序數據預測”“點云數據處理”“智能字幕生成”等富有廣闊應用場景的專利，讓中小微企業以較低成本甚至零成本獲得AI 技術紅利，加速AI 時代的到來。

湖畔實驗室相信，未來產業作為科技前沿與市場需求交匯的產物，涵蓋了諸多高新技術領域，能夠孕育出全新的生產方式和業態模式，更將創造新的經濟增長點，帶動傳統產業煥發新生，推動經濟社會加速轉型。