NEMO奖表彰健康和工程研究创新
美国南加州大学
一种可以拯救患有罕见疾病儿童的生命的人工右心房。一种利用人工智能预防青光眼导致失明的方法。
这些处于早期阶段的创新项目获得了南加州大学健康事务办公室颁发的NEMO奖。
NEMO奖由Shelly和Ofer Nemirovsky于2023年创立，旨在支持南加州大学维特比工程学院的研究人员与该校各健康科学学院之间的合作。特别是，该奖项专注于尚未获得联邦机构资助和支持或尚未成熟到可以吸引私人投资的项目。
“许多项目在已经确定可行的情况下会得到国立卫生研究院的资金支持，”南加州大学受托人兼1985届毕业生Shelly Nemirovsky说。“但我认为，如果你能在研究的早期阶段介入并取得一些进展，就可以真正推动进步。”
Ofer Nemirovsky补充道：“我们看到的技术非常令人兴奋。”他拥有宾夕法尼亚大学的商业和工程学位，并在那里创立了最初的NEMO奖。“这些提案代表了解决影响特定人群和更广泛人群疾病的解决方案。”
每个获奖的合作项目都体现了多学科团队为解决复杂医疗问题而进行的创造性思考和执行，涉及工程、科学、医学和计算机科学领域的专家。
为了帮助预防失明，ATLAS（洛杉矶人工智能+远程眼科）计划的合作者Benjamin Xu（南加州大学罗斯基眼科研究所青光眼科主任兼临床眼科副教授）、Carl Kesselman（南加州大学信息科学研究所信息学系统研究部主任）、Jose-Luis Ambite（南加州大学维特比工程学院计算机科学副教授）与Lauren Daskivich（洛杉矶县卫生服务部眼科服务和眼健康项目主任）合作，利用人工智能开发了一种更高效的青光眼检测系统。
为了应对一种罕见且危及生命的心脏缺陷，南加州大学维特比工程学院航空航天和机械工程助理教授Niema Pahlevan；南加州大学凯克医学院儿科临床副教授Andrew Cheng；以及洛杉矶儿童医院移植心脏病学Ryan Winston家庭主席Cynthia Herrington心脏外科医生合作设计了一种创新设备，为年轻患者提供最佳生存机会。
利用人工智能诊断青光眼
当Kesselman、Xu、Ambite和Daskivich联手进行ATLAS项目时，他们首先必须学会如何在同一语言下工作。“多学科合作不仅仅是把一群人聚集在一起，”Kesselman（南加州大学维特比工程学院William M. Keck工程教授）说。“而是要学会文化，了解计算机科学家和工程师看待问题的方式，并达成共识。”
Jose-Luis Ambite、Lauren Daskivich、Carl Kesselman和Benjamin Xu（从左至右）正在从事青光眼检测工作。（照片提供：Jose-Luis Ambite；MNPhotoStudios，芝加哥；Will Taylor；南加州大学凯克医学院）
借助NEMO奖和其他来自南加州大学的支持和资金，ATLAS项目结合了不同的学科，共同致力于创新的青光眼诊断和治疗解决方案。
青光眼是全球不可逆失明的主要原因，也是可预防失明的主要驱动因素之一，Xu表示。不幸的是，青光眼检测通常需要专门设备和经过培训的眼科医生或验光师的专业知识——而这些资源有限且逐渐减少。随着人口老龄化和青光眼患病率的增加，对更好检测方法的需求也在不断增长，尤其是在未得到充分服务的人群中。因此，团队指出，在美国超过一半的青光眼病例未被发现和治疗。
解决常见问题的创新方案
眼科医生可以使用眼底相机检查眼睛后部，筛查如青光眼等眼部疾病。由于糖尿病患者的视网膜检查被认为是标准护理，ATLAS团队利用了Daskivich的洛杉矶县糖尿病视网膜病变筛查项目中的大量眼图像数据。加上南加州大学罗斯基眼科研究所提供的图像，ATLAS团队获得了丰富的数据集，以解决其项目的核心问题：如何利用人工智能识别可能患有青光眼的越来越多的人群，并将他们与有限数量的专家联系起来进行诊断和治疗？
“青光眼筛查存在很大的变异性，这需要相当高的技能水平，”Daskivich强调了眼科医生的数量有限。“所以问题是：你能创建AI算法来分析这些图片并建议某人是否应该接受进一步检查吗？”
前进的道路出现在2022年，当时Xu的青光眼临床知识、Ambite的尖端AI技术专长、Daskivich的医疗实施经验和Kesselman的计算平台使团队能够组织其庞大的数据集。
“这是一个真正的团队合作，每个成员都带来了不同的专业知识，”Xu说。“这需要让平时不交谈的许多人聚在一起。这是我们能够克服实施科学巨大障碍的多学科团队。”
在NEMO奖和其他未来资金的支持下，团队希望评估算法的有效性和公平性；展示将AI算法整合到现有筛查工作流程中的可行性；并开发多模态AI算法，考虑年龄、种族和家族史等多个因素来检测青光眼。
拯救年轻生命的难得机会
Pahlevan和Cheng早年在帕萨迪纳的加州理工学院相识。一个联合研究项目使他们的注意力转向了接受Fontan手术的年轻患者。Fontan手术是一种用于治疗左心发育不良综合征的姑息性手术，这种罕见且危及生命的心脏缺陷使得左心室发育不良。通过这种手术，年轻患者可以用单个心室代替两个心室的功能。然而，最终单心室循环会失败，患者需要进行心脏移植。
在洛杉矶儿童医院的一位同事的介绍下，Pahlevan和Cheng与Herrington结识，后者寻求与工程师和力学专家合作，以创建人工右心房（ARA），从而改善Fontan循环衰竭患者的机械循环支持。经过九年的合作，三人离开发ARA更近了一步，这一成果有望改变他们年轻患者的生活——得到了NEMO奖的帮助。
Fontan手术首次由外科医生在1968年提出；到了1990年代，医生们将其视为治疗单瓣膜心脏缺陷年轻患者的常规治疗方法，给许多孩子带来了成年的机会。由于Fontan手术的进步以及围手术期和术后护理的改进，团队预计未来20年内Fontan循环患者人数将翻倍。
尽管取得了这些进展，大多数Fontan患者最终会面临各种健康挑战，因为循环开始衰竭，包括脑、肾、肝、肺和淋巴系统的各种问题。如果没有心脏移植——需求远远超过供应——Fontan患者将面临越来越高的心力衰竭和早逝风险。
通常情况下，心室辅助装置（VADs）用于心力衰竭患者，全球约有2600万人使用VADs，使他们在等待心脏移植的过程中得以存活。对于全世界大约7万名Fontan循环逐渐衰竭的患者来说，VADs很少是一个选择，因为他们的特殊心脏解剖结构——但ARA可能会改变这一点。
据团队介绍，没有其他研究人员和工程师成功尝试过创建ARA。其他人试图从头开始定制VAD，但Cheng表示这需要太多时间，不是一个实际的解决方案。通过创建一种可以增强现有VAD的ARA设备，Cheng、Herrington和Pahlevan希望缩短产品投入实际应用的时间，为那些希望活到能够接受心脏移植的年轻患者带来希望。
NEMO奖资金将有助于他们完成设备设计，并与传统VAD一起进行生产和测试。
对于Pahlevan来说，这个项目代表了一个他从未想过会在他的研究领域实现的机会。“工程师很少有机会真正为患者福祉做出贡献，”他说。“对我来说，这一点非常重要。”
对于Cheng来说，这个项目在两个方面具有重要意义。作为电气工程专业出身并决定上医学院的人，他一直希望有机会用工程学的视角解决医学问题。“从另一个角度来看，这些家庭是我经常照顾的患者，”作为洛杉矶儿童医院Fontan诊所主任的Cheng说。“能够为他们提供一些切实可行的东西，大大提高良好结果的可能性对我来说非常重要。”
“在设备开发的关键时刻，赢得NEMO奖意义重大，”Herrington说。“我移植界的同事们兴奋地看到这项设备有可能在他们的职业生涯和有生之年上市。我无法感谢NEMO团队够多。”
对于Nemirovskys夫妇而言，他们对ARA和ATLAS等合作项目的支持是无尽回报的。
“我很高兴看到明年会有怎样的新项目，因为我感到自从第一个奖项推出以来，消息已经传开，我们收到了更多的申请、更多故事、更多的一切，”Shelly Nemirovsky说。“潜力是无限的。”
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