人工智能輔助教學(xué)在臨床思維培養(yǎng)中的探索

王夢瑩 汪 恒 賈 末 孫 震 計(jì) 虹

(北京大學(xué)第三醫(yī)院 北京100191)

1 引言

近年來人工智能研究熱度持續(xù)攀升，在智能識別、數(shù)據(jù)挖掘、深度學(xué)習(xí)等方面有著獨(dú)特優(yōu)勢，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，諸多醫(yī)療機(jī)構(gòu)已經(jīng)開展輔助臨床決策、影像診斷等應(yīng)用，為醫(yī)務(wù)工作者在臨床診療中提供精準(zhǔn)的診療知識，輔助其做出最佳診斷、治療方案。臨床思維是臨床工作的基礎(chǔ)，良好的臨床思維能力是醫(yī)學(xué)生必須具備的基本素質(zhì)[1]。在傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教育中主要依靠人工帶教、醫(yī)學(xué)生接觸實(shí)際病歷、醫(yī)生手工編寫病歷題目和學(xué)生自主背誦病歷等方式培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的臨床思維，方法單一且人工成本較高。通過人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)對海量醫(yī)療數(shù)據(jù)、醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)和臨床指南進(jìn)行采集與分析，打造及時(shí)、豐富、全面的人工智能輔助醫(yī)學(xué)教學(xué)數(shù)據(jù)中心，模擬患者就醫(yī)場景，使其在學(xué)習(xí)中經(jīng)歷實(shí)踐、認(rèn)識、再實(shí)踐、再認(rèn)識的過程[2]，貫穿全程培養(yǎng)臨床思維，改善原有教學(xué)模式，緩解教師醫(yī)教研的壓力，加快人才培養(yǎng)進(jìn)程[3]。

2 基于人工智能培養(yǎng)臨床思維的實(shí)現(xiàn)路徑

2.1 基于海量真實(shí)病歷挖掘生成教學(xué)數(shù)據(jù)中心

教學(xué)數(shù)據(jù)中心是真實(shí)病歷和學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的匯集，包括標(biāo)準(zhǔn)臨床提問數(shù)據(jù)庫、虛擬病歷數(shù)據(jù)庫、學(xué)生學(xué)習(xí)記錄庫3大部分。其建設(shè)架構(gòu)，見圖1，所有患者病歷資料必須是不涉及患者隱私又真實(shí)準(zhǔn)確的，通過對數(shù)據(jù)采集、清洗、歸一、標(biāo)準(zhǔn)化等處理，保證安全性和完整性。

圖1 教學(xué)數(shù)據(jù)中心建設(shè)架構(gòu)

2.2 構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范提問數(shù)據(jù)庫

智能化病歷基本構(gòu)建過程是選擇提問——提供結(jié)果——選擇提問——驗(yàn)證結(jié)果，問題設(shè)計(jì)和思路需要符合臨床上經(jīng)常使用的評估——選擇——行動——再評估的普遍原則，因此需要構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的問題庫為后續(xù)抽取工作奠定基礎(chǔ)，依據(jù)不同科室、不同疾病建立 65個(gè)疾病問診、查體問題庫，每個(gè)疾病均收集相關(guān)臨床指南、文獻(xiàn)，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)通用的提問話術(shù)、查體項(xiàng)目，結(jié)合疾病特點(diǎn)、各科室專家臨床經(jīng)驗(yàn)設(shè)置特定問診問題、?？撇轶w等。后續(xù)在抽取虛擬病歷時(shí)，從該提問庫中選擇需要添加的問題，統(tǒng)一問題數(shù)據(jù)來源，規(guī)范每個(gè)病種問題表述，規(guī)范學(xué)生提問，保證后續(xù)虛擬病歷答案來源一致性。

2.3 人工智能與專家智庫雙引擎打造虛擬病歷庫

對同病種不同患者的診療方案、路徑進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，在分詞結(jié)果中獲取目標(biāo)信息，從真實(shí)病歷中運(yùn)用自然語言處理技術(shù)，將完整真實(shí)的電子病歷文書內(nèi)容進(jìn)行后結(jié)構(gòu)化處理，通過機(jī)器學(xué)習(xí)在線生成問題與匹配的答案，自動抽取的問題答案與原始病歷正確匹配度可達(dá)90%以上，部分病種可達(dá)98%。虛擬病歷數(shù)據(jù)中包括問診、體格檢查、輔助檢查、診斷、鑒別診斷和處置等完整的診療過程，全過程學(xué)習(xí)有助于培養(yǎng)學(xué)生連續(xù)的臨床思維。基于真實(shí)病歷資料、結(jié)合臨床指南和專家臨床經(jīng)驗(yàn)對病歷進(jìn)行最終修改審核，虛擬病歷的問題與答案允許教師進(jìn)行考點(diǎn)標(biāo)注，可增加或刪除不同病歷問題項(xiàng)，滿足各病種、各?？茖Σv個(gè)性化定制和個(gè)案特殊問題的需求。

2.3 基于自然語言處理技術(shù)的沉浸式語音交互

學(xué)生模擬問診時(shí)，為更加貼近臨床實(shí)際，營造沉浸式學(xué)習(xí)氛圍，增加語音錄入功能。語音錄入基于自然語言處理技術(shù)，對錄入數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化解析，將語音轉(zhuǎn)化為文本數(shù)據(jù)，使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法，根據(jù)提問者問題進(jìn)行特征清洗及相關(guān)算法和參數(shù)調(diào)整，將與APP問題庫中最相近的標(biāo)準(zhǔn)問題返回，實(shí)現(xiàn)智能化匹配問題回答。

3 基于臨床思維能力的多維度分析評價(jià)體系

3.1 難度分級支持個(gè)性化學(xué)習(xí)

本科生、住院醫(yī)師、進(jìn)修醫(yī)師等多類型學(xué)生對于知識要點(diǎn)、學(xué)習(xí)難度均有不同要求，智能虛擬病歷需要通過病歷難度、學(xué)習(xí)難度區(qū)分滿足各類型學(xué)生需要。病歷難度分級涵蓋簡單、常見和復(fù)雜病歷，對于每份病歷細(xì)分為4級學(xué)習(xí)難度：1級為最簡單模式，為學(xué)生提供答案參考；2級提供干擾和錯(cuò)誤選項(xiàng)；3級需要學(xué)生自行錄入較多重要得分項(xiàng)；4級為全自學(xué)模式，學(xué)生需要自行錄入所有問診及查體問題。學(xué)生選擇適合其知識水平的難度，真實(shí)地模擬出疾病進(jìn)展和患者對治療的反應(yīng)，從多角度接觸到疾病的不同方面，加深理解。

3.2 7大評價(jià)體系全面評估臨床思維能力

臨床思維能力評估的客觀性和標(biāo)準(zhǔn)性要求極高，需要穩(wěn)健的自動評估系統(tǒng)，不能單純以分值或結(jié)論評估臨床思維能力[4]，參考“北京大學(xué)第三醫(yī)院醫(yī)師臨床能力測評反饋表”、《住院醫(yī)師規(guī)范化培訓(xùn)管理辦法 (試行)》，總結(jié)7大指標(biāo)對學(xué)生學(xué)習(xí)情況、臨床思維能力進(jìn)行評估，從嚴(yán)謹(jǐn)性、邏輯性、系統(tǒng)性、敏捷性、知識拓展、多維度、綜合應(yīng)用幾方面進(jìn)行評價(jià)，形成完整、可信的評估體系，見圖2。其中嚴(yán)謹(jǐn)性考察診斷與鑒別診斷全面性，完成的有效項(xiàng)越多評分越高；邏輯性考察問診、查體、診斷的邏輯順序合規(guī)性；系統(tǒng)性考察答題的完成率，無效項(xiàng)越多評分越低；敏捷性考察答題時(shí)間是否在正常時(shí)間范圍內(nèi)，完成有效項(xiàng)越多且耗時(shí)越短評分越高；知識拓展考察診斷與鑒別診斷的準(zhǔn)確性，診斷與鑒別診斷證據(jù)充分且準(zhǔn)確評分高；多維度考察對整體健康情況做出診療的綜合能力；綜合應(yīng)用考察基礎(chǔ)知識的應(yīng)用能力，只用于第4級難度中。

圖2 多維度臨床思維能力評估

4 應(yīng)用成效

4.1 促進(jìn)教師掌握現(xiàn)代化教學(xué)方法

一份虛擬病歷需要80～100個(gè)問題和多條檢查檢驗(yàn)藥品等信息，傳統(tǒng)的手工虛擬病歷學(xué)習(xí)，如標(biāo)準(zhǔn)化病人[5]需要教師逐個(gè)篩查病歷，選擇符合教學(xué)特點(diǎn)的病歷，手工錄入病歷問題與答案，不僅人力成本高，還存在病歷真實(shí)性低、個(gè)人主觀性強(qiáng)、難以與檢查檢驗(yàn)等完整就醫(yī)流程匹配等問題。采用人工智能手段，支持教師基于大數(shù)據(jù)教學(xué)方式，建立病歷篩選標(biāo)準(zhǔn)，自動匹配符合標(biāo)準(zhǔn)的病歷，生成問診、查體列表，提取檢查檢驗(yàn)項(xiàng)目、結(jié)果等，提升教學(xué)工作效率，為教師不斷發(fā)展與創(chuàng)新臨床教學(xué)方法提供平臺。

4.2 擴(kuò)大學(xué)生臨床知識學(xué)習(xí)范圍

基于真實(shí)病歷的虛擬病歷學(xué)習(xí)方式徹底打破時(shí)間、空間限制，學(xué)生可以充分利用碎片化時(shí)間隨時(shí)通過手機(jī)、電腦終端學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)，極大調(diào)動學(xué)習(xí)主動性，虛擬病歷為學(xué)生提供零風(fēng)險(xiǎn)、可試錯(cuò)的臨床學(xué)習(xí)渠道，真實(shí)病歷具有使學(xué)生更快適應(yīng)疾病譜變化、更新治療方法的獨(dú)特優(yōu)勢，緩解罕見疾病臨床患者資源不足的困境[6]，通過模擬患者就診全流程有效地將理論知識轉(zhuǎn)化為臨床知識，充分發(fā)揮新興技術(shù)優(yōu)勢，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)渠道和知識面。

4.3 提升教學(xué)管理者管理能力

除考試成績、主觀評測等結(jié)果性評估，教學(xué)管理部門尚缺乏有效手段記錄學(xué)生過程性評價(jià)，無法客觀考量學(xué)生臨床思維能力，通過智能化虛擬病歷可視化統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生對病歷的掌握情況，記錄學(xué)生對病歷多次學(xué)習(xí)曲線，對比學(xué)習(xí)成效，為制定教學(xué)方案和學(xué)生培養(yǎng)方案提供數(shù)據(jù)支撐。

5 結(jié)語

基于人工智能的教學(xué)方式充分考慮學(xué)生臨床水平和學(xué)習(xí)要求，既包括全部預(yù)設(shè)掌握的知識點(diǎn)，又排除容易引起誤解的干擾因素，這種臨床思維能力培養(yǎng)方式既具有臨床真實(shí)感又總結(jié)了疾病的普遍特性[7]，極大提高教學(xué)質(zhì)量和效率。結(jié)合人工智能技術(shù)改變教學(xué)理念，使醫(yī)學(xué)生能切實(shí)增長知識、提高臨床技能、提升臨床思維能力，成長為合格的臨床醫(yī)師。