智慧醫(yī)療框架下的醫(yī)學(xué)人工智能及其應(yīng)用

張雄 胡珺 朱福

摘 要 本文簡(jiǎn)要介紹了人工智能及其在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用情況。應(yīng)用醫(yī)學(xué)人工智能，能使醫(yī)院的服務(wù)流程更趨合理、醫(yī)療資源利用更趨高效，從而有效提高基層醫(yī)療健康服務(wù)的質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞 智慧醫(yī)療 醫(yī)學(xué)人工智能 臨床應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：R197.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C 文章編號(hào)：1006-1533（2019）03-0006-03

Medical artificial intelligence and its application under the framework of intelligent medical*

ZHANG Xiong**， HU Jun， ZHU Fu

（the Central Hospital of Xuhui District， Shanghai 200031， China）

ABSTRACT The artificial intelligence and its application in medical area are briefly introduced in this article， which can make the service process of hospital more reasonable and the utilization of medical resources more efficient， thus effectively improving the quality and efficiency of primary health care services.

KEy WORDS intelligent medical； medical artificial intelligence； clinical application

人工智能發(fā)展迅速，正越來(lái)越多地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，影響著各行各業(yè)的發(fā)展，并同時(shí)帶來(lái)了很多機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

1 智慧醫(yī)療和人工智能

1.1 智慧醫(yī)療的概念

1.1.1 廣義概念

一般來(lái)說(shuō)，智慧醫(yī)療是指擴(kuò)展了的醫(yī)療健康理念，以人的健康狀況為核心，以人的健康生活為目標(biāo)，在技術(shù)產(chǎn)品創(chuàng)新、商業(yè)模式創(chuàng)新和制度、機(jī)制創(chuàng)新的帶動(dòng)下，在激發(fā)和整合社會(huì)醫(yī)療健康服務(wù)資源的基礎(chǔ)上，提供便捷化、個(gè)性化、經(jīng)濟(jì)化和可持續(xù)的醫(yī)療健康服務(wù)[1]。

1.1.2 狹義概念

我們認(rèn)為，智慧醫(yī)療就是指頂層設(shè)計(jì)下的區(qū)域性醫(yī)療信息平臺(tái)，是以互聯(lián)網(wǎng)為載體，以移動(dòng)通信、云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)為手段，在物聯(lián)網(wǎng)框架下，實(shí)現(xiàn)醫(yī)生與患者、患者與醫(yī)療機(jī)構(gòu)、患者與醫(yī)療設(shè)備間的信息聯(lián)通，構(gòu)建起人-人、物-物、人與物理社會(huì)間的實(shí)時(shí)和時(shí)時(shí)的診療信息互聯(lián)互通，即將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)融入醫(yī)療領(lǐng)域，為人們提供智能化的醫(yī)療健康服務(wù)。

1.2 人工智能的概念

人工智能是指計(jì)算機(jī)像人一樣擁有智能，其融合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、腦神經(jīng)學(xué)和社會(huì)科學(xué)等前沿科學(xué)的成果，具有可代替人進(jìn)行識(shí)別、認(rèn)知、分析和決策等多種功能。

1.2.1 概念

人工智能是應(yīng)用數(shù)字計(jì)算機(jī)或數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能，感知環(huán)境、學(xué)習(xí)知識(shí)，并進(jìn)而應(yīng)用知識(shí)獲得最佳結(jié)果的理論、方法、技術(shù)以及應(yīng)用系統(tǒng)。

1.2.2 特征

人工智能的特征包括：①由人設(shè)計(jì)并為人服務(wù)，本質(zhì)是計(jì)算，基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)；②能感知環(huán)境并產(chǎn)生反應(yīng)，能與人交互和互補(bǔ)；③有適應(yīng)性和學(xué)習(xí)能力，能迭代演化、連接擴(kuò)展。

1.3 人工智能的起源

人工智能是在20世紀(jì)50年代被正式提出的。1950年，一位大學(xué)四年級(jí)學(xué)生馬文·明斯基（后被人稱(chēng)為“人工智能之父”）與他的同學(xué)鄧恩·埃德蒙一起創(chuàng)建了世界上第一臺(tái)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)，這被看作是人工智能的一個(gè)起點(diǎn)。同年，被稱(chēng)為“計(jì)算機(jī)之父”的阿蘭·圖靈提出了一個(gè)舉世矚目的想法——圖靈測(cè)試：如果一臺(tái)機(jī)器能與人開(kāi)展對(duì)話且不能被辨別出機(jī)器身份，則這臺(tái)機(jī)器就具有了人一樣的智能，具有了思維。1956年，在由達(dá)特茅斯學(xué)院舉辦的一次會(huì)議上，計(jì)算機(jī)專(zhuān)家約翰·麥卡錫提出了“人工智能”一詞，后來(lái)這被視作是人工智能正式誕生的標(biāo)志。此次會(huì)議后，人工智能迎來(lái)了長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年時(shí)間的第一次發(fā)展高潮，計(jì)算機(jī)開(kāi)始被廣泛應(yīng)用于數(shù)學(xué)和自然語(yǔ)言領(lǐng)域，用來(lái)解決代數(shù)、幾何和英語(yǔ)問(wèn)題，并逐步被應(yīng)用到諸多智能管理領(lǐng)域。

1.4 人工智能的關(guān)鍵技術(shù)

人工智能發(fā)展到現(xiàn)在，其關(guān)鍵技術(shù)包括：①機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)；②知識(shí)圖譜；③自然語(yǔ)言處理；④人機(jī)交互；⑤計(jì)算機(jī)視覺(jué)；⑥生物特征識(shí)別；⑦虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等。

2 醫(yī)學(xué)人工智能

2.1 智能診斷

應(yīng)用人工智能中的圖像識(shí)別和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)快速、精準(zhǔn)識(shí)別醫(yī)學(xué)影像中的病灶，并對(duì)病灶的相關(guān)屬性進(jìn)行測(cè)量、計(jì)算，對(duì)病灶作出定性、定量的判斷。

2.2 智能診療

快速識(shí)別病灶形態(tài)和屬性，并在海量的歷史數(shù)據(jù)中篩選出與當(dāng)前病灶相似度極高的歷史病灶，列示出這些歷史病例的診療方案，為醫(yī)生制定當(dāng)前病例的優(yōu)選治療方案提供參考。

2.3 智能影像學(xué)隨訪

應(yīng)用人工智能技術(shù)，自動(dòng)關(guān)聯(lián)患者的歷史影像學(xué)數(shù)據(jù)，并對(duì)同一部位的影像進(jìn)行配準(zhǔn)分析，快速計(jì)算出病灶形態(tài)、屬性值的變化情況，有效提高隨訪效率和判斷的準(zhǔn)確性。

2.4 智慧門(mén)、急診全流程輔助診療系統(tǒng)

包括智能預(yù)診：語(yǔ)音、手寫(xiě)和自然語(yǔ)言交互問(wèn)診；自動(dòng)分級(jí)：急、慢性病分治，分科、分級(jí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)診；自動(dòng)醫(yī)囑：最佳檢驗(yàn)、檢查及處方建議；多科診斷：跨多專(zhuān)科的診療建議和精準(zhǔn)診斷；臨床決策：精準(zhǔn)臨床決策支持；電子病歷：自動(dòng)產(chǎn)生結(jié)構(gòu)化的電子病歷。

2.5 智慧重癥監(jiān)護(hù)病房

自動(dòng)收集危重癥患者的生命體征信息、評(píng)估其臟器功能，并以數(shù)字化、可視化方式呈現(xiàn)，具有智能化預(yù)測(cè)和精準(zhǔn)臨床決策支持功能。

2.6 智能醫(yī)療機(jī)器人

包括手術(shù)機(jī)器人、護(hù)理機(jī)器人、醫(yī)學(xué)教學(xué)機(jī)器人和醫(yī)療服務(wù)機(jī)器人等。

2.7 智能健康和慢性病管理

實(shí)時(shí)監(jiān)控個(gè)體的健康信息，評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)急性病和高危病患者。實(shí)時(shí)賦能社區(qū)醫(yī)生，精準(zhǔn)輔助問(wèn)診、轉(zhuǎn)診，精準(zhǔn)給出處方及檢查建議，監(jiān)測(cè)治療依從性。智能隨訪，智能疾病監(jiān)測(cè)，智能場(chǎng)景化科普。圍繞診后環(huán)節(jié)，監(jiān)測(cè)患者的康復(fù)狀況，給出復(fù)診建議。

2.8 精準(zhǔn)預(yù)約

智能區(qū)分患者疾病的輕、重、緩、急，一方面為病情重、急患者提供就醫(yī)綠色通道，另一方面優(yōu)化門(mén)診結(jié)構(gòu)，使專(zhuān)家資源得到最大化的有效利用。

2.9 精準(zhǔn)的院內(nèi)就醫(yī)流程引導(dǎo)

通過(guò)打造智能就醫(yī)助手，在構(gòu)建患者疾病畫(huà)像的基礎(chǔ)上，為患者提供符合其自身病情的精準(zhǔn)就醫(yī)引導(dǎo)。同時(shí)，結(jié)合人臉識(shí)別技術(shù)，方便患者繳費(fèi)，提高診療各環(huán)節(jié)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。

3 醫(yī)學(xué)人工智能應(yīng)用系統(tǒng)

通過(guò)合作開(kāi)發(fā)、應(yīng)用優(yōu)化和系統(tǒng)集成，醫(yī)學(xué)人工智能已在上海市徐匯區(qū)中心醫(yī)院得到實(shí)際應(yīng)用，對(duì)提高我院的日常醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量及效率起到了很好的助推作用，同時(shí)也為智慧醫(yī)療建設(shè)積累了一定的工作經(jīng)驗(yàn)。

3.1 多專(zhuān)科人工智能輔助診斷系統(tǒng)

經(jīng)過(guò)1年多的研究，我們正式推出了多專(zhuān)科人工智能輔助診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用貝氏網(wǎng)絡(luò)邏輯、超階抽象搜索、自然語(yǔ)言處理、深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)和多專(zhuān)科醫(yī)學(xué)知識(shí)圖譜技術(shù)，可精確診斷10個(gè)專(zhuān)科（包括心血管內(nèi)科、內(nèi)分泌科、呼吸內(nèi)科、消化內(nèi)科、神經(jīng)內(nèi)科、腎內(nèi)科、腫瘤科、普外科、婦科、感染科）的4 000余病種，并具有智能預(yù)診、自動(dòng)分診、全科診斷、自動(dòng)醫(yī)囑和慢性病管理等醫(yī)療輔助功能。基于此智能輔助診斷系統(tǒng)，上海市徐匯區(qū)中心醫(yī)院的互聯(lián)網(wǎng)云醫(yī)院服務(wù)平臺(tái)和上海徐匯云醫(yī)院服務(wù)平臺(tái)得以有效運(yùn)行，同時(shí)我院內(nèi)也開(kāi)設(shè)了“人工智能+醫(yī)生”便民門(mén)診，日均接診患者200 ～ 250人次。

3.2 慢性病輔助決策管理系統(tǒng)

基于慢性病大數(shù)據(jù)和人工智能自然語(yǔ)言處理技術(shù)，我們開(kāi)發(fā)出慢性病輔助決策管理系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)了如下場(chǎng)景的智能輔助應(yīng)用：①門(mén)診場(chǎng)景。通過(guò)院內(nèi)信息系統(tǒng)與醫(yī)院信息平臺(tái)的對(duì)接、集成并融入基于國(guó)家相關(guān)診療指南的診療決策支持系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出人工智能虛擬門(mén)診助手，提供門(mén)診助手彈窗和基于國(guó)家相關(guān)診療指南的“慢性病病情演進(jìn)一覽表”等服務(wù)。②隨訪場(chǎng)景。通過(guò)院內(nèi)信息系統(tǒng)與公共衛(wèi)生和綜合管理信息平臺(tái)的對(duì)接、集成并融入基于國(guó)家相關(guān)診療指南的診療決策支持系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出人工智能虛擬隨訪助手。③慢性病管理協(xié)同場(chǎng)景。將社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心的臨床病區(qū)視作二、三級(jí)醫(yī)院的慢性病虛擬病房，通過(guò)遠(yuǎn)程協(xié)同查房平臺(tái)，在虛擬醫(yī)生助手的輔助下，實(shí)現(xiàn)二、三級(jí)醫(yī)院醫(yī)生與社區(qū)全科醫(yī)生的協(xié)同查房，并由上級(jí)醫(yī)院的專(zhuān)科醫(yī)生對(duì)全科醫(yī)生進(jìn)行臨床和患者群體管理的指導(dǎo)。④居家場(chǎng)景。開(kāi)發(fā)出虛擬身邊護(hù)士，智能化、個(gè)體化地指導(dǎo)患者自測(cè)血壓、血糖水平等，提高慢性病自我管理能力。

3.3 智能影像識(shí)別系統(tǒng)

智能影像識(shí)別是醫(yī)學(xué)人工智能應(yīng)用的一個(gè)極其重要的方面，技術(shù)難度也較大，涉及以下業(yè)務(wù)維度：①疾病維度，如炎癥、癌癥、發(fā)育狀況等；②器官維度，如肺、腦、心臟等；③設(shè)備維度，如CT、磁共振成像、正電子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層顯像、數(shù)字化X線攝影、可穿戴設(shè)備、超聲等；④工作流維度，如檢查、診斷、治療等?？倶I(yè)務(wù)維度量級(jí)達(dá)100萬(wàn)以上。智能影像識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用人工智能的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，利用大量的影像學(xué)及其診斷數(shù)據(jù)，借助神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，掌握了影像學(xué)“診斷”能力，并具有圖像分割、目標(biāo)檢測(cè)、圖像分類(lèi)、圖像配準(zhǔn)、圖像映射等多種功能。

4 結(jié)語(yǔ)

醫(yī)學(xué)人工智能應(yīng)用的一個(gè)重要作用是其能為社區(qū)醫(yī)療機(jī)構(gòu)和社區(qū)醫(yī)生“賦能”，從而在一定程度上解決社區(qū)醫(yī)療資源、尤其是優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源不足的問(wèn)題。不過(guò)，現(xiàn)在的醫(yī)學(xué)人工智能尚屬弱人工智能，沒(méi)有溝通功能，因此主要應(yīng)用于影像識(shí)別等不需與患者進(jìn)行深入溝通的醫(yī)療環(huán)節(jié)。隨著人工智能技術(shù)的繼續(xù)完善和高速發(fā)展，未來(lái)人工智能必將在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮更重要的作用，甚至改變醫(yī)療模式、推動(dòng)醫(yī)學(xué)發(fā)展、重塑醫(yī)療行業(yè)[2]。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉榮. 智能醫(yī)學(xué)的概念與應(yīng)用[J]. 中華醫(yī)學(xué)雜志， 2018， 98（34）： 2697-2699.

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