基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人工智能醫(yī)療關(guān)于慢性阻塞性肺疾病的研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

朱 強(qiáng)，朱明輝，楊 震，梁志欣，陳良安 （解放軍總醫(yī)院呼吸科，北京100853）

0 引言

慢性阻塞性肺疾?。╟hronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種常見(jiàn)的以持續(xù)氣流受限和進(jìn)行性發(fā)展為特征的呼吸系統(tǒng)疾病，隨著病情發(fā)展可合并肺源性心臟病和呼吸衰竭，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量［1］。COPD在全球有較高的患病率和死亡率，患病率達(dá)10%左右，每年約有300萬(wàn)人死亡，有學(xué)者預(yù)測(cè)到2020年將成為世界第三大死亡原因［2-3］，而我國(guó)衛(wèi)生部公布的數(shù)據(jù)中也顯示COPD在農(nóng)村地區(qū)人口疾病死因中位列第三，在城市地區(qū)位列第四，嚴(yán)重危害我國(guó)居民健康。

目前，我國(guó)COPD患者的診治現(xiàn)狀令人堪憂，主要問(wèn)題有：①早期診斷不足、漏診和誤診率高有研究顯示在所有診斷為COPD的患者中，僅有35.1%的患者在以往被確診為COPD，大部分患者在初診時(shí)已屬于重度COPD，可能原因?yàn)橹袊?guó)COPD患者尤其是在農(nóng)村對(duì)疾病的認(rèn)知度低，耐受度高，使早期診斷困難，基層醫(yī)務(wù)人員對(duì)COPD的認(rèn)知不足和醫(yī)療資源缺乏進(jìn)一步加重該問(wèn)題。②診治不規(guī)范臨床實(shí)踐中無(wú)論是醫(yī)生還是患者，隨意降低治療級(jí)別、過(guò)早停藥的現(xiàn)象非常普遍，忽略了COPD患者穩(wěn)定期和急性加重期的管理目標(biāo)，對(duì)戒煙、氧療、無(wú)創(chuàng)正壓輔助通氣、康復(fù)訓(xùn)練未予足夠重視。③患者自我管理差 大部分COPD患者對(duì)于自身疾病未予足夠重視，不了解COPD的科普知識(shí)，常常以出現(xiàn)相關(guān)癥狀時(shí)才選擇就診，且治療依從性差，不能嚴(yán)格遵醫(yī)囑用藥或癥狀好轉(zhuǎn)即自行停藥，未能踐行慢性疾病的長(zhǎng)期管理。此外，傳統(tǒng)的COPD患者管理模式主要為患者門診就診和住院治療，這種傳統(tǒng)的“等待”患者就診模式拉遠(yuǎn)了醫(yī)務(wù)工作者與患者之間的距離，使優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療資源未能充分有效的用于患者，對(duì)于COPD患者的早期診斷和長(zhǎng)期有效管理存在一定局限性。為了有效控制COPD患者的生存質(zhì)量，推動(dòng)醫(yī)療衛(wèi)生服務(wù)模式的發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人工智能醫(yī)療應(yīng)運(yùn)而生。

人工智能醫(yī)療綜合應(yīng)用條碼識(shí)別、傳感器技術(shù)、無(wú)線數(shù)據(jù)通信、定位技術(shù)等智能設(shè)備，具有全面感知、實(shí)時(shí)傳輸和智能處理三大優(yōu)勢(shì)，通過(guò)大數(shù)據(jù)訓(xùn)練和模型優(yōu)化，智能化的對(duì)患者進(jìn)行識(shí)別、監(jiān)測(cè)與管理［4］，構(gòu)建COPD篩查和急性加重預(yù)警模型，建立分級(jí)處理體系標(biāo)準(zhǔn)和人工智能輔助COPD管理決策系統(tǒng)，根據(jù)篩查分級(jí)結(jié)果智能生成診斷建議或預(yù)防方案，根據(jù)急性加重風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)結(jié)果智能生成多級(jí)聯(lián)動(dòng)預(yù)警信息、院前應(yīng)急預(yù)案或健康管理方案，搭建COPD防治與管理智能物聯(lián)網(wǎng)測(cè)試平臺(tái)（包含風(fēng)險(xiǎn)篩查、日常治療規(guī)劃、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、分級(jí)預(yù)警、康復(fù)指導(dǎo)、健康教育、遠(yuǎn)程會(huì)診咨詢、遠(yuǎn)程教學(xué)、信息管理等智能服務(wù)功能模塊），實(shí)現(xiàn)以基層醫(yī)生和患者為核心，開(kāi)展規(guī)范化、全程化和智能化的COPD防治與管理物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療，真正做到優(yōu)化醫(yī)療資源，最大程度的提高醫(yī)務(wù)人員效率，改善患者生存質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)COPD的現(xiàn)代化智能管理。

近年來(lái)，人工智能醫(yī)療關(guān)于COPD的隨訪和管理有大量的臨床研究報(bào)道，主要包擴(kuò)肺功能變化情況、生活質(zhì)量、急性加重次數(shù)、住院率、死亡率和患者滿意度等，成果已初見(jiàn)成效，優(yōu)化了醫(yī)療資源與患者的配置，讓患者享受高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)在COPD的應(yīng)用主要包括長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和管理、康復(fù)訓(xùn)練、自我管理等，其中以監(jiān)測(cè)和管理技術(shù)相對(duì)成熟，主要方式包括電腦、移動(dòng)手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)和電話，實(shí)時(shí)傳遞患者病情變化，有利于醫(yī)務(wù)工作者及時(shí)干預(yù)，提高了醫(yī)療智能化。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 監(jiān)測(cè)和管理一項(xiàng)前瞻性的隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)［8］納入101例COPD患者通過(guò)人工智能醫(yī)療進(jìn)行9個(gè)月預(yù)防COPD急性加重的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)練習(xí)，參與試驗(yàn)并隨機(jī)分為遠(yuǎn)程醫(yī)療實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組的29例患者顯示出令人滿意的結(jié)果，實(shí)驗(yàn)組COPD住院率和住院時(shí)間較對(duì)照組均降低，實(shí)驗(yàn)組的干預(yù)措施得到患者的滿意并推廣。雖然該研究開(kāi)始后即有72例COPD患者因不滿意網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)退出臨床試驗(yàn)，但其試驗(yàn)結(jié)果初步證實(shí)了人工智能醫(yī)療的有效性。而一項(xiàng)瑞士的研究卻顯示超過(guò)50%的COPD患者對(duì)于人工智能醫(yī)療的服從度、接受度和滿意度對(duì)都非常高。另外一個(gè)定項(xiàng)研究［9］也顯示物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療讓患者感覺(jué)實(shí)時(shí)受到醫(yī)護(hù)人員的照顧與管理，增強(qiáng)了對(duì)自身疾病的管理意識(shí)，避免了日常就診過(guò)程中的壓力?？梢?jiàn)，物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療已逐漸被COPD患者接受，并顯示出較高的滿意度。

一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)［10］納入447例COPD患者，觀察通過(guò)人工智能醫(yī)療干預(yù)后4個(gè)月和12個(gè)月的生活質(zhì)量改善情況，結(jié)果顯示4個(gè)月后實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組生活質(zhì)量沒(méi)有變化，12個(gè)月后實(shí)驗(yàn)組較對(duì)照組生活質(zhì)量明顯提高，情緒和心理情況也得到明顯改善，但這些療效主要在遠(yuǎn)離急性加重危險(xiǎn)因素的患者比較明顯，而對(duì)于單因素分析人工智能醫(yī)療干預(yù)并未取得顯著意義。Adam Steventon［11］的研究也顯示人工智能醫(yī)療對(duì)COPD患者死亡率沒(méi)有影響，實(shí)驗(yàn)組急性加重率和住院率較對(duì)照組甚至更高，但該研究入選患者基線不一致，其結(jié)果存在一定不可靠性。然而，一項(xiàng)回顧性的Meta分析［12］通過(guò)文獻(xiàn)檢索人工智能醫(yī)療和COPD的臨床試驗(yàn)或綜述共211篇，并對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)人工智能醫(yī)療能降低COPD急性加重率和住院率，但不能提高COPD患者的生活質(zhì)量，對(duì)疾病死亡率也沒(méi)有影響。此外，McLean等［13］通過(guò)回顧性分析十項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)對(duì)比人工智能醫(yī)療常用到的電視監(jiān)護(hù)、電話、網(wǎng)絡(luò)或其他的方式的有效性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)急性加重次數(shù)和住院率均明顯降低，但電話隨訪或管理時(shí)患者的花費(fèi)和死亡率可能更高。

1.2 早期預(yù)防和篩查目前，傳統(tǒng)的COPD早期預(yù)防和篩查主要包括高危因素、影像學(xué)、肺功能、呼吸問(wèn)卷評(píng)分、6min步行試驗(yàn)、分子標(biāo)記物、特殊基因等，主要的方式是門診就診，效率較低，資源有限，大部分患者缺乏精心、詳細(xì)的咨詢與指導(dǎo)。而人工智能醫(yī)療有助于簡(jiǎn)化和改善當(dāng)前形勢(shì)，主要通過(guò)相應(yīng)的移動(dòng)客戶端輸入所需數(shù)據(jù)，如高危因素、肺功能、影像學(xué)、心電圖、呼吸困難指數(shù)、CAT評(píng)分、診療指南和科普信息等，對(duì)人群進(jìn)行COPD篩查和預(yù)防。對(duì)于診治有難度的患者，甚至可通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)遠(yuǎn)程會(huì)診或多學(xué)科聯(lián)合會(huì)診，由權(quán)威人士給出專業(yè)建議。

國(guó)內(nèi)曾有基于傳感技術(shù)便攜式無(wú)線傳感肺功能開(kāi)發(fā)的相關(guān)報(bào)道，但其實(shí)用性和有效性尚無(wú)大樣本數(shù)據(jù)支持，也沒(méi)有系統(tǒng)的將COPD的早期篩查和預(yù)防與物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合，存在一定的局限性和片面性［5］。而國(guó)外的關(guān)于基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人工智能醫(yī)療對(duì)疾病的早期篩查大部分研究報(bào)道主要與眼有關(guān)。如，Hussain等［6］報(bào)道通過(guò)人工智能醫(yī)療遠(yuǎn)程篩查糖尿病患者是否合并視網(wǎng)膜病變的研究和Hark［7］報(bào)道通過(guò)人工智能醫(yī)療遠(yuǎn)程篩查是否有青光眼的研究，結(jié)果均顯示明顯提高了疾病的早診率和較高的準(zhǔn)確率，使患者能及時(shí)獲得早期干預(yù)治療，并減少了醫(yī)院的篩查負(fù)擔(dān)和患者自身的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。遺憾的是，目前人工智能醫(yī)療對(duì)于COPD的早期預(yù)防和篩查尚無(wú)大型的臨床研究報(bào)道。

1.3 康復(fù)訓(xùn)練近年來(lái)，肺康復(fù)訓(xùn)練在COPD患者越來(lái)越受重視，療效也得到充分肯定。肺康復(fù)是基于患者整體評(píng)估為患者量身打造的全面干預(yù)，包括運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練、教育、自我管理等，目的在于改善肺部通氣功能，緩解或控制COPD的急性癥狀和并發(fā)癥，消除疾病遺留的功能障礙和心理影響，幫助患者在日常生活中獲得優(yōu)質(zhì)生活量。人工智能醫(yī)療進(jìn)行肺康復(fù)訓(xùn)練更加便捷、輕松，大大降低了患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。一項(xiàng)可行性研究［14］顯示重度COPD患者通過(guò)家庭遠(yuǎn)程視屏模式進(jìn)行3周的肺康復(fù)訓(xùn)練和心理咨詢，由專門的康復(fù)治療師指導(dǎo)，結(jié)果顯示74%患者完成了該研究，受歡迎程度較高。完成康復(fù)訓(xùn)練的患者COPD臨床調(diào)查問(wèn)卷、5次坐立試驗(yàn)、時(shí)間行走試驗(yàn)均較康復(fù)訓(xùn)練之前明顯改善，急性加重率和死亡率降低。有學(xué)者報(bào)道可能相關(guān)的原因?yàn)槌^(guò)7天的康復(fù)訓(xùn)練可提高呼吸肌功能，改善患者通氣情況。Holland［15］等的研究也報(bào)道了類似的結(jié)果，且遠(yuǎn)程訓(xùn)練時(shí)間延長(zhǎng)至8周，但受歡迎程度和患者完成率明顯減低，這可能與重度COPD患者肺功能耐受性較差有關(guān)。此外，一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究也指出遠(yuǎn)程肺康復(fù)訓(xùn)練降低急性加重率和死亡率主要是穩(wěn)定期COPD患者，對(duì)于COPD急性加重住院后進(jìn)行遠(yuǎn)程肺康復(fù)訓(xùn)練的有效性證據(jù)不足［16］，因此對(duì)于此類患者不作常規(guī)推薦。此外，一系列薈萃分析和臨床綜述均報(bào)道遠(yuǎn)程康復(fù)訓(xùn)練可以降低不同程度COPD患者的再住院率和死亡率，相對(duì)于傳統(tǒng)的肺康復(fù)訓(xùn)練費(fèi)用明顯降低，但對(duì)于急性加重期或因急性加重住院后即開(kāi)始遠(yuǎn)程肺康復(fù)治療因證據(jù)不足不作推薦［17-18］。

1.4 自我管理COPD患者自我管理干預(yù)能夠改善預(yù)后，可降低呼吸相關(guān)的住院率和死亡率。但是，最近的meta分析報(bào)道自我管理干預(yù)對(duì)整體死亡率沒(méi)有影響［19］，可能的原因有干預(yù)的異質(zhì)性、應(yīng)用的一致性、干預(yù)的特異性、患者人群、隨訪時(shí)間和結(jié)局指標(biāo)，使得在現(xiàn)實(shí)生活中很難推廣。然而，人工智能醫(yī)療有利于改善這些不足。一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照研究［20］納入29例COPD患者，觀察通過(guò)人工智能醫(yī)療進(jìn)行COPD自我管理（包括自我疾病認(rèn)識(shí)、呼吸功能鍛煉、急性加重期藥物調(diào)整、書(shū)寫(xiě)病情日記等）的臨床效果，9個(gè)月的研究結(jié)果顯示患者接受遠(yuǎn)程自我管理的滿意度好，且干預(yù)組較對(duì)照組依從性高，急性加重率和住院率明顯降低。此外，其他的一些研究結(jié)果也顯示通過(guò)人工智能醫(yī)療進(jìn)行COPD自我管理降低COPD急性加重率，提高生活質(zhì)量，同時(shí)也提出了專業(yè)化指導(dǎo)對(duì)于COPD患者的自我疾病認(rèn)識(shí)和鼓勵(lì)自我管理技能的發(fā)展至關(guān)重要［21-22］。但目前相關(guān)研究樣本量均較小，研究結(jié)果無(wú)法具有代表性，現(xiàn)實(shí)中參與人工智能醫(yī)療指導(dǎo)COPD自我管理的專業(yè)人士也較少，且尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)化的相關(guān)自我管理程序，未來(lái)應(yīng)進(jìn)行更多的研究并整合自我管理的標(biāo)準(zhǔn)模塊，對(duì)COPD自我管理干預(yù)的最有效的形式和內(nèi)容作出明確的推薦，提高COPD自我管理的依從性和有效性。

2 討論與展望

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的醫(yī)療簡(jiǎn)稱人工智能醫(yī)療，是通過(guò)使用移動(dòng)通信技術(shù)，如智能手機(jī)、平板電腦、筆記本電腦等移動(dòng)設(shè)備提供動(dòng)態(tài)醫(yī)療服務(wù)和信息，使遠(yuǎn)程隨訪和干預(yù)慢性疾病成為可能，更使COPD患者管理理念由醫(yī)院管理前移到家庭與醫(yī)生管理，如COPD、支氣管哮喘、肺癌、呼吸睡眠暫停綜合征等，其中COPD患者應(yīng)用更為廣泛。物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)或APP錄入COPD患者的診斷與管理方法，如高危因素、癥狀、肺功能、肺CT、呼吸困難指數(shù)、診療指南和科普知識(shí)等相關(guān)信息，對(duì)疑是COPD的患者進(jìn)行篩查，對(duì)診斷明確的患者進(jìn)行早期干預(yù)和全程管理。其中，人工智能醫(yī)療用于遠(yuǎn)程隨訪和管理的有效性和安全性被已被大量的研究證實(shí)，為COPD患者提供了大量的優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源，降低了疾病相關(guān)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，國(guó)外多篇文獻(xiàn)也報(bào)道人工智能醫(yī)療受COPD患者歡迎程度和滿意度均較高。人工智能醫(yī)療主要用于COPD患者的早期篩選和預(yù)防、隨訪和管理、康復(fù)訓(xùn)練、自我管理等，但目前關(guān)于早期篩選和預(yù)防的相關(guān)研究報(bào)道較少，其臨床有效性和準(zhǔn)確性尚不明確，需要進(jìn)行相關(guān)的臨床研究探索。用于COPD的隨訪和管理已被大量的文獻(xiàn)報(bào)道，大部分研究結(jié)果均認(rèn)為通過(guò)人工智能醫(yī)療可降低COPD患者急性加重率和再住院率，對(duì)死亡率沒(méi)有明顯影響，即使對(duì)于重度COPD患者也能獲益，但對(duì)于大部分COPD患者能否改善生活質(zhì)量存在爭(zhēng)議，需要更多大量本的研究進(jìn)一步證實(shí)。通過(guò)人工智能醫(yī)療對(duì)COPD患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練的大部分研究對(duì)象主要為穩(wěn)定期的COPD患者，對(duì)于COPD急性加重率和死亡率都有所降低，因COPD急性加重期的患者本身就不適合康復(fù)訓(xùn)練，大部分研究結(jié)果未發(fā)現(xiàn)急性加重期的COPD患者能通過(guò)遠(yuǎn)程醫(yī)療完成康復(fù)訓(xùn)練獲益，仍建議門診就診或住院治療。值得注意的是，目前關(guān)于人工智能醫(yī)療絕大部分臨床研究均在發(fā)達(dá)國(guó)家，尤其是美國(guó)、日本早在20世紀(jì)中期已開(kāi)始建立相關(guān)智能系統(tǒng)管理慢性疾病，并取得一定成效，但在中國(guó)還屬于全新的起步事業(yè)，需要更多的臨床試驗(yàn)進(jìn)行探索。

COPD管理是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，且數(shù)量龐大，醫(yī)院管理效率太低。人工智能醫(yī)療將COPD患者的早期診斷與全程管理開(kāi)啟了新的篇章，形成了COPD患者的大數(shù)據(jù)模型，將此模型智能化更加有利于COPD患者的現(xiàn)代化管理。如基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)等高級(jí)人工智能算法，通過(guò)大數(shù)據(jù)訓(xùn)練和模型優(yōu)化，構(gòu)建COPD篩查、分級(jí)診療、長(zhǎng)期管理、急性加重預(yù)警模型，建立人工智能輔助COPD管理決策系統(tǒng)，根據(jù)篩查分級(jí)結(jié)果智能生成診斷建議或預(yù)案，根據(jù)長(zhǎng)期管理分級(jí)結(jié)果智能生成干預(yù)方案，根據(jù)急性加重風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)結(jié)果智能生成多級(jí)聯(lián)動(dòng)預(yù)警信息、院前應(yīng)急預(yù)案或健康管理方案，搭建COPD防治與管理智能物聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療平臺(tái)（包含風(fēng)險(xiǎn)篩查、日常治療規(guī)劃、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、分級(jí)預(yù)警、康復(fù)指導(dǎo)、健康教育、遠(yuǎn)程會(huì)診咨詢、遠(yuǎn)程教學(xué)、信息管理等智能服務(wù)功能模塊），真正實(shí)現(xiàn)新時(shí)代下COPD患者的現(xiàn)代化管理。

相對(duì)于傳統(tǒng)醫(yī)療模式，人工智能醫(yī)療前景不可估量，但仍面臨巨大挑戰(zhàn)。我國(guó)尚未對(duì)人工智能醫(yī)療形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)醫(yī)院形成了自己的共享標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)，醫(yī)院之間無(wú)法共享用戶信息，造成一定程度的資源浪費(fèi)，阻礙了跨區(qū)域、跨醫(yī)院和規(guī)?；t(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的形成。此外，人工智能醫(yī)療的建立雖然方便了醫(yī)務(wù)人員和患者，但患者的個(gè)人信息面臨安全問(wèn)題，容易通過(guò)網(wǎng)絡(luò)被攻擊竊取、惡意跟蹤和查詢?cè)斐晌：ΑＲ虼?，從整體上加快、加深人工智能醫(yī)療的發(fā)展和建立相應(yīng)的法律法規(guī)，有助于促進(jìn)在醫(yī)療衛(wèi)生方面的實(shí)際應(yīng)用，發(fā)揮其真正價(jià)值。

總之，發(fā)展基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的人工智能醫(yī)療在新的醫(yī)療環(huán)境下是大勢(shì)所趨，對(duì)于改善COPD患者的長(zhǎng)期隨訪和管理具有重要價(jià)值，臨床中值得推廣。但相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系和技術(shù)要求仍處于逐步完善的過(guò)程，尤其是面向精準(zhǔn)化醫(yī)療時(shí)代的背景，未來(lái)需要更多的前瞻性、多中心、大樣本的隨機(jī)對(duì)照研究來(lái)探索其有效性和安全性。