湖畔实验室：迎着数据科学的“朝阳”出发

文| 张冰 嵇国华 虞涵棋 段雨泽 季磊

从空中俯瞰余杭区南湖西侧，一座高水准的创研基地——湖畔实验室已然崛起。作为目前浙江省唯一一家由民营企业承建的省级实验室，湖畔实验室以解决经济社会发展重大瓶颈问题为导向，在未来信息、未来健康、未来能源等新兴赛道开展了大量应用基础研究、前沿技术探索和产业化应用推广，将是杭州推动浙江成为世界数字经济创新策源地的重要平台。

▲湖畔实验室南湖园区

▲医生检查患者CT 片

▲医疗AI 胰腺癌早筛技术

一场与“癌症之王”的较量找到了癌症早筛的钥匙

胰腺癌，素有“癌症之王”的称号，平均五年生存率不到10%，是中国乃至全球生存率最低的恶性肿瘤。80%的胰腺癌一旦发现就是晚期，发病凶猛，极难治愈；目前临床指南缺乏有效筛查手段，容易出现漏诊或误诊，体检及医院常用的平扫CT图像对比度低，很难识别早期胰腺病变。

近期，湖畔实验室医疗AI实验室的一群算法工程师在医院放射科紧张忙碌着，将他们基于“平扫CT+AI”胰腺癌早期筛查的最新技术成果，配合医院的PACS 系统与诊疗流程进行部署。一张普通胸部CT，在医疗AI 的加持下，可以较为准确地识别出早期胰腺癌。

2023 年11 月，湖畔实验室联合上海市胰腺疾病研究所、浙江大学医学院附属第一医院、约翰霍普金斯大学等多家机构，首次实现以“平扫CT+AI”进行大规模的胰腺癌早期筛查，相关成果在国际顶级医学期刊《自然医学》上发表。针对胰腺癌变位置隐匿、在平扫CT 图像中无明显表征等特点，研究团队构建了一个独特的深度学习框架，最终训练为胰腺癌早期检测模型PANDA，利用AI放大并识别平扫CT 图像中那些肉眼难以识别的细微的病理特征，实现高效、安全的早期胰腺癌检测，并克服了过往筛查手段假阳性偏高的技术难题。

成果的最大创新之处在于，首次证实了在平扫CT 上使用AI进行胰腺癌筛查的可行性，并达到了之前认为可能达不到的高性能。过去对肿瘤的检测和诊断，主要使用增强CT，需要给病人注射或口服造影剂，并不适合大规模筛查使用。相较而言，平扫CT普遍被百姓所接受，在体检和门诊等场景中更为常见，不增加额外费用、检查、辐射等。因此，“让AI 配合影像，而非影像配合AI”，成为了研究团队最初确立的准则。

敏感性（即不易漏诊）和特异性（即不易误诊）是评价医学影像类AI 筛查工具的两大标准，提高敏感性可能会增加误诊的风险，而提高特异性可能会增加漏诊的风险，因此需要在一定程度上对二者进行权衡。截至目前，这项技术已在医院门诊、体检中心等场景被调用超过50 万次，通过对20530 名真实病例的多场景验证，将胰腺癌早筛工具达到了92.9%的敏感性以及99.9%的特异性，发现了31 例临床漏诊病变，有2 例早期胰腺癌病患已完成手术治愈。其中1 名患者每年定期体检，并安排胸部CT检查，体检中并没有发现任何异常，而在其体检后的第7 个月，该患者的CT 图像数据被纳入到该研究的回顾性临床验证，被检出“有95%概率患有胰腺神经内分泌肿瘤（PNET）”。在经过多学科会诊后，院方决定召回患者进行磁共振增强检查并成功手术，后续结合术后病理报告，这名患者最终被确认为属于早期PNET。在接下来半年的随访中，这位患者的肿瘤并没有复发或转移。

通过一系列的应用案例，大家逐渐相信癌症是可以在早期就被筛查出来的。湖畔实验室医疗AI 团队负责人、IEEE Fellow吕乐表示，这项研究是一个重要的里程碑，在临床上证实“平扫CT+AI”的癌症筛查技术路径的可靠性。《自然医学》也就此专门刊发评论文章，称“基于医疗影像AI 的癌症筛查即将进入黄金时代”。

2024 年1 月，安提瓜和巴布达总理布朗访华，来访浙江期间见证了安巴卫生部与湖畔实验室的合作签约，湖畔实验室将为安巴的医院和医疗机构提供医疗AI产品，帮助当地医生采取“平扫CT+AI”的方式，实现胰腺癌、食管癌等癌症和心血管等慢性疾病的早期筛查，双方也将在当地高校和医院深入探索更多临床和科研合作机会，促进医疗AI 技术进步。

一群“赛车手”的工业软件改造打破了世界纪录

求解器，又被称为“工业软件之芯”。大到金融风险防控、机场航班的起降时间，小到快递员路线选择、商铺选址，都需要实现经济学中最简单而又最权威的目标——“寻求最优解”。而求解器，也就成为了求出这些“方程组”的最佳工具。但在过去几十年的科技发展进程中，因技术壁垒高、研发难度大，中国企业始终无法超越欧美企业，获得求解器市场的主导权。

这一局面正在改变。2023 年12 月，在工信部产业发展促进中心等单位主办的首届能源电子产业创新大赛上，经过两轮测试赛和一轮正式赛，湖畔实验室的自研优化求解器MindOpt 最终获得电力用国产求解器第一名。其在精度指标和速度指标上的优秀表现，源于综合运用基于松弛退化移动的启发式邻域搜索算法、最大团增强的线性约束传播等创新技术，并成功抓取和利用了电力特殊结构。这一成果，得益于湖畔实验室决策智能实验室四个春夏秋冬的不懈努力。

2019 年，决策智能实验室在国际知名数学家印卧涛的带领下，开启了求解器研发的历程。从零起步，印卧涛从世界各地招募了一批愿意在这个小众领域闭关修炼的数学“天团”，首先从线性规划算法开始下手。一年间，研发团队针对单纯形法全员“发狠”，最终把自研求解器雏形版本搬上了国际公开的数据集去测试，却发现：在将近三分之一的例子上，它都要比商用求解器慢很多。就在内外交困但始终找不到突破口之时，一名团队成员通过画图解题的思维方式，找到了模型的对称性这一关键点。最终，自研求解器MindOpt 的单纯形法模块在2020 年8 月登顶国际权威第三方测评Mittelmann 榜单，一举打破了世界纪录。

出现问题，解决问题。在这样打破重来的循环往复里，四年间，自研求解器MindOpt 迭代了26 个版本，也曾一度被国外厂商斩断后路。但“守得云开见月明”，2023 年10 月，湖畔实验室正式推出自研求解器MindOpt 的V1.0版本，这一版本也成为功能完备、性能领先的自研求解器。研发团队成员们开玩笑地说：“一帮嫌跑车不够快的赛车手，终于靠自己的双手改造了汽车。”

如今，湖畔实验室自研求解器MindOpt 已广泛应用于云计算、供应链、电商、金融等领域：在电力能源领域，湖畔实验室与国家电网合作，在多个电力调度问题上性能达到国际领先水平；与中国南方电网电力调度控制中心合作发布“电力调度智能决策平台”，帮助南方电网总调实现从15 分钟到秒级的调度，准确率达到经验丰富的调度员水平，并支撑了中国南方电网第四届、第五届电力调度AI 应用大赛。技术在现实业务场景中取得了价值，也许这就是湖畔实验室求解器团队坚持初心的动力源泉。

一座“科研+应用”实验室开启产业创新发展

2020 年7 月，湖畔实验室获批成立，落子于余杭区南湖。创立至今，湖畔实验室紧跟浙江省“315”技术创新体系建设，不断推进运行模式的探索创新，用目标导向和自由探索“两条腿走路”，先后设立了视觉技术、语言技术、人工智能大模型、计算技术等未来信息产业，医疗AI、基因智能等未来健康产业，以及决策智能等未来能源产业科研单元。截至2023 年12 月，湖畔实验室共集聚由海外著名高校教授、IEEE Fellow、ACM 杰出科学家领衔团队以及企业高级研究员等组成的人才队伍数百人。

从MindOpt Studio 决策开发云平台软件与国家电网、南方电网电力行业领军企业合作提升电网调度效率；到Ali266 自研编码器更好地打开了H.266/VVC标准端到端的生态，为视频编码赛道带来更低成本、更高画质的视频解决方案，已在优酷稳定上线运行；再到联合多家医学机构首次实现以“平扫CT+AI”进行大规模胰腺癌早期筛查，并在多家医院落地应用，帮助医生实现胰腺癌、食管癌等癌症和心血管等慢性疾病的早期筛查……湖畔实验室研发方向始终坚持问题导向，瞄准产业侧真实需求，从产业问题凝练研究方向，通过实际业务场景验证促进技术成果演进，并进一步服务和支撑产业高质量发展。

▲ 基于最新一代标准的编解码方案Ali266 的研发与应用

针对帮助中小微企业应用AI技术进行业务创新，2023 年8 月，湖畔实验室宣布向社会免费开放100 件AI 专利许可，这是我国人工智能规模最大一次专利开放行动。免费开放的100 件AI 专利许可，将被纳入全国首批专利公开实施清单，在浙江知识产权交易中心上架，覆盖了图像技术、视频技术、3D 视觉等诸多AI 技术领域，不乏“交通信号灯感知”“疑似侵权图片检测”“时序数据预测”“点云数据处理”“智能字幕生成”等富有广阔应用场景的专利，让中小微企业以较低成本甚至零成本获得AI 技术红利，加速AI 时代的到来。

湖畔实验室相信，未来产业作为科技前沿与市场需求交汇的产物，涵盖了诸多高新技术领域，能够孕育出全新的生产方式和业态模式，更将创造新的经济增长点，带动传统产业焕发新生，推动经济社会加速转型。