第二代互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)：從數(shù)據(jù)到價值

“醫(yī)學(xué)互聯(lián)網(wǎng)”和“互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)”是兩個不同層次的概念，前者強(qiáng)調(diào)的是互聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，后者強(qiáng)調(diào)的是互聯(lián)網(wǎng)對傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)研究和實踐的改變和顛覆。在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的早期，人們只是將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為一種工具應(yīng)用到醫(yī)學(xué)的方方面面，如臨床數(shù)據(jù)的傳遞、醫(yī)生和患者之間的通訊、醫(yī)學(xué)教育的普及方式等。這些互聯(lián)網(wǎng)在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用，只是方便了醫(yī)學(xué)的日常生活，降低了成本和提高了速度，并沒有改變醫(yī)生和患者的日常生活和交流方式。然而“互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)”的發(fā)展正在改變和顛覆傳統(tǒng)的就醫(yī)模式、診療方式和健康管理方案等。盡管目前社會大眾與學(xué)術(shù)領(lǐng)域?qū)@種傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)模式被改變或顛覆的速度有不同的看法，但傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)研究和實踐的方式將被互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)所改變、顛覆并引起巨大的范式演變是毫無疑問的。本文將探討“互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)”產(chǎn)生的社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)背景、“互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)”將怎樣改變和顛覆傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)、互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)實現(xiàn)的關(guān)鍵問題和挑戰(zhàn)、第二代互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)如何利用生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)為精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)和個性化健康管理服務(wù)等。

1 互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)發(fā)展趨勢：文獻(xiàn)證據(jù)

互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)最密切相關(guān)的學(xué)科為醫(yī)學(xué)信息學(xué)，對醫(yī)學(xué)信息學(xué)相關(guān)文獻(xiàn)的研究可以反映這一學(xué)科和互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)發(fā)展的大體趨勢。Ohno-Machado Lucila課題組對JAMIA雜志2009-2014年期間發(fā)表的論文進(jìn)行了統(tǒng)計分析[1]，結(jié)果顯示這5年的主要研究熱點是自然語言處理、醫(yī)學(xué)病歷系統(tǒng)和計算機(jī)化等，說明這幾年的互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)主要處在平臺建設(shè)和數(shù)據(jù)積累的初級階段，應(yīng)用還很少。在平臺建設(shè)方面最著名的有PatientsLikeMe[2-3], 該平臺通過建立患者的社交網(wǎng)絡(luò)，達(dá)到相互分享病歷、尋找到與自己疾病癥狀相似的病人，利用口碑相傳、經(jīng)驗共享等提高治療效果。另一個例子是互聯(lián)網(wǎng)血糖監(jiān)測系統(tǒng)(Internet blood glucose monitoring systems ,IBGMS) ，它可以通過監(jiān)控血糖變化而改善糖尿病患者的血糖控制、增加患者自我激勵、改善患者-醫(yī)生溝通等[4]。

移動健康(Mobile health)、生物數(shù)據(jù)分析(Biological data analysis)、醫(yī)院信息系統(tǒng)的組織方面(Organizational aspects of Hospital information system)、健康電子記錄的知識表示(Electronic health records-knowledge representation)和臨床信息學(xué)(Clinical informatics)等是當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)的主要發(fā)展趨勢。移動健康是互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)的主要應(yīng)用之一，其迅猛發(fā)展標(biāo)志著互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)向應(yīng)用發(fā)展，追求數(shù)據(jù)價值。如直接通過智能手機(jī)測量血糖濃度，再通過4G移動通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到個人健康中心等，從而實現(xiàn)對患者的生化指標(biāo)的實時監(jiān)控[5]。PatientsLikeMe平臺收集到的數(shù)據(jù)也得到進(jìn)一步分析和應(yīng)用而不斷產(chǎn)生價值[6-7]。這些研究表明互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)正在從平臺建設(shè)向應(yīng)用轉(zhuǎn)變、從數(shù)據(jù)收集向價值挖掘轉(zhuǎn)變。

2 互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)發(fā)生的社會和科學(xué)技術(shù)生態(tài)

互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)的興起是社會需要、科學(xué)和技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。全球老齡化和臨床資源的缺乏是互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)興起的內(nèi)在動力，科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展為互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)提供了可能。圖1顯示在技術(shù)層面，現(xiàn)階段發(fā)展起來的可穿戴傳感器、云計算、智能手機(jī)可以幫助實時、動態(tài)地收集如心電圖、腦電圖、心率、脈搏、身體態(tài)勢等個人的生理數(shù)據(jù)[8]。科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步可幫助人們?nèi)轿坏孬@得人體的各種信息和參數(shù)，使以全息模型的方式監(jiān)控人體的狀態(tài)演變成為可能，幫助人們深入理解基因、營養(yǎng)、腸道菌群與疾病的關(guān)系。第二代互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)將充分挖掘個人數(shù)據(jù)和群體數(shù)據(jù)，用于精準(zhǔn)的診療和健康管理。

根據(jù)Garter 公布的2018年十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢，將來互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)所處的技術(shù)生態(tài)包括智能、數(shù)字和格網(wǎng)3個方面。無論是其中的人工智能基礎(chǔ)、智能物件和智能應(yīng)用分析，還是數(shù)字孿生、云到邊緣(將數(shù)據(jù)處理推送到網(wǎng)絡(luò)邊緣)、區(qū)塊鏈等都將極大地推動第二代互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)對價值和精準(zhǔn)應(yīng)用的實現(xiàn)。

3 第二代互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)：算法模型和系統(tǒng)思維

第一代互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)對生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)的分析停留在簡單的統(tǒng)計及初步價值發(fā)現(xiàn)階段。隨著社會的老齡化、社會對醫(yī)學(xué)需求的增加和臨床資源缺乏的矛盾日益加深，信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)與醫(yī)學(xué)不斷融合形成了“互聯(lián)網(wǎng)+醫(yī)學(xué)”，預(yù)示“康德拉季耶夫經(jīng)濟(jì)長波”正從第五波的“信息技術(shù)”時代向第六波的“心理社會健康”時代演變。生命科學(xué)對基因組解讀能力的提升，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和大數(shù)據(jù)科學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了人工智能技術(shù)的普及和應(yīng)用。在這些技術(shù)重塑下的第二代互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)將更加注重價值的發(fā)現(xiàn)，而算法、模型將是實現(xiàn)價值的關(guān)鍵。在跨組學(xué)融合、深度“表型-基因型”關(guān)聯(lián)、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建分析與調(diào)控、人工智能與臨床決策系統(tǒng)等方面，算法和模型將是核心的科學(xué)問題。目前在討論生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的分析算法和模型時，研究者通常過度強(qiáng)調(diào)統(tǒng)計或各種模式的識別方法(常常是黑箱或灰箱方法)，而往往忽略了不同的數(shù)據(jù)來源有其自身的數(shù)據(jù)產(chǎn)生機(jī)制和特征?；诓煌目茖W(xué)原理建立算法和模型，對數(shù)據(jù)的挖掘和分析有重要的意義。表1列出的常見的基于科學(xué)原理的分析方法，可以作為數(shù)據(jù)分析中統(tǒng)計模型的重要補充。

圖1 互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)：社會網(wǎng)絡(luò)、信息網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用

表1 生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的分析方法

由于人體和人群社會是一個復(fù)雜的魯棒性系統(tǒng)，同一種表型可能來自于不同的基因型或基因分子網(wǎng)絡(luò)，因此生物醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的分析中，系統(tǒng)思維顯得十分必要。我們早期的研究表明，不同的癌癥患者所涉及的癌癥基因并不相同，只是在網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)層次上相似，網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)層次的分析往往與直覺不一致，如癌癥治療藥物往往對20%左右甚至更少數(shù)的病人有效。研究表明“布雷斯悖論”(即增加解決問題的路徑，并不能提高效率的現(xiàn)象)在傳染病流行數(shù)據(jù)中也能觀察到[15]。

4 跨組學(xué)融合和深度表型-基因網(wǎng)絡(luò)分析

單模態(tài)數(shù)據(jù)分析往往只能反映復(fù)雜系統(tǒng)的一個側(cè)面，而多模態(tài)數(shù)據(jù)、“塊數(shù)據(jù)”的融合分析能反映疾病的全貌。跨組學(xué)分析不只是在不同的分子組學(xué)間的融合分析，還包括基因組學(xué)與影像組學(xué)或其他表型組學(xué)層次的融合分析。如病理圖像特征能更好地預(yù)測癌癥的不同分級，而分子組學(xué)(如轉(zhuǎn)錄組學(xué))則能更準(zhǔn)確地進(jìn)行分子分型或者預(yù)測藥物的敏感性和生存期?？缃M學(xué)融合分析不僅可以全面準(zhǔn)確地判定疾病的狀態(tài)，還能將不同組學(xué)層次的特征進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，從而可以幫助更好地尋找到分子標(biāo)志物或分子網(wǎng)絡(luò)與疾病表型的關(guān)聯(lián)。

精準(zhǔn)治療模型的構(gòu)建，依賴精準(zhǔn)的表型-基因型關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，目前臨床表型的描述還比較粗?；?。深度挖掘或精細(xì)的表型注解、特征標(biāo)注是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的重要方面，而精準(zhǔn)的表型數(shù)據(jù)需要臨床醫(yī)生、病理學(xué)家和數(shù)據(jù)分析師的協(xié)作，才能建立精細(xì)的表型數(shù)據(jù)庫，用于個性化的基因型-表型分析。而表型-表型之間也同樣存在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系，從基因網(wǎng)絡(luò)到表型網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜關(guān)聯(lián)是互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)價值發(fā)現(xiàn)不可逾越的挑戰(zhàn)。

5 從精準(zhǔn)臨床治療到個性化健康管理

第二代互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)的價值追求不只是精準(zhǔn)的醫(yī)學(xué)診療，還在于對疾病的早期監(jiān)控、 “治未病”、精細(xì)的個性化健康管理[16]。疾病和健康是一個事物的兩個不同方面或狀態(tài)，傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)范式主要著眼疾病的診斷管理，互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)對傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)的顛覆在于它更注重健康狀態(tài)的保持、在疾病的早期進(jìn)行預(yù)測和干預(yù)。健康大數(shù)據(jù)為科學(xué)研究健康狀態(tài)和健康管理提供了方便。

6 總結(jié)與展望

互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)將從以下幾個方面顛覆傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)：大數(shù)據(jù)成為智能醫(yī)學(xué)和健康管理的驅(qū)動力，疾病的精準(zhǔn)診療更加依賴于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)分析、算法和人工智能。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)以醫(yī)生為主導(dǎo)，而互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)以患者為主導(dǎo)。參與性醫(yī)學(xué)模式將廣泛應(yīng)用，個人可以全面地?fù)碛凶陨淼男畔⒑蛿?shù)據(jù)，實時分析監(jiān)控自己的身體狀態(tài)，更個性化地理解自身的疾病。健康管理以及疾病的早期預(yù)測將成為現(xiàn)實。盡管第二代互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)學(xué)將以數(shù)據(jù)到價值到應(yīng)用的方式來改變和顛覆傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)模式，與機(jī)遇相伴的挑戰(zhàn)依然存在，如在“后真相時代”[17]，網(wǎng)絡(luò)信息的可靠性及人們對疾病的情感恐懼和對網(wǎng)絡(luò)的信息過度依賴等問題仍需進(jìn)一步研究和改進(jìn)。