人工智能助力精準(zhǔn)醫(yī)療和臨床科研發(fā)展

◆楊建文

人工智能助力精準(zhǔn)醫(yī)療和臨床科研發(fā)展

◆楊建文

（濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院兗州院區(qū) 山東 272000）

近年來，隨著人工智能的不斷發(fā)展，人工智能技術(shù)在各個領(lǐng)域都起到越來越重要的作用。本文對人工智能在精準(zhǔn)醫(yī)療以及臨床科研方面的應(yīng)用進(jìn)行了研究，主要列舉了在圖像分析、藥物研發(fā)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、醫(yī)療機(jī)器人等方面的應(yīng)用，希望可以為人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用做出貢獻(xiàn)。

人工智能；醫(yī)療；機(jī)器學(xué)習(xí)

近年來，人工智能技術(shù)不斷發(fā)展，在各個行業(yè)應(yīng)用廣泛。在醫(yī)療行業(yè)也取得了非常大的進(jìn)步。人工智能中的各種技術(shù)如自然語言處理、語音識別、語義分析、圖像識別等被廣泛應(yīng)用于臨床醫(yī)療，主要方式為機(jī)器輔助手術(shù)、輔助醫(yī)學(xué)影像識別、藥物的研究以及各種疾病的預(yù)測等[1]。這些技術(shù)都取得了比較好的作用效果，人工智能技術(shù)也逐漸成為衡量醫(yī)療條件先進(jìn)與否的重要因素。本文結(jié)合國內(nèi)外材料，對人工智能在精準(zhǔn)醫(yī)療和臨床科研的作用進(jìn)行了研究分析。

1 人工智能概述

20世紀(jì)中葉的時候人工智能這一概念被首次提出，隨后人工智能經(jīng)歷了飛速發(fā)展，現(xiàn)如今人工智能技術(shù)在機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像識別、智能語音等方面都取得了非常好的成績。

機(jī)器學(xué)習(xí)是人工智能的核心部分，主要是根據(jù)歷史數(shù)據(jù)來模擬實際場景，從已有的歷史數(shù)據(jù)中得到規(guī)律、規(guī)則。通過機(jī)器學(xué)習(xí)，計算機(jī)可以根據(jù)以往經(jīng)驗不斷自我學(xué)習(xí)，自我優(yōu)化[2]。機(jī)器學(xué)習(xí)的最主要部分就是算法。算法可以分為有監(jiān)督學(xué)習(xí)及無監(jiān)督學(xué)習(xí)等。機(jī)器學(xué)習(xí)的算法有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹、支持向量機(jī)、關(guān)聯(lián)規(guī)則等。最近幾年機(jī)器學(xué)習(xí)中的深度學(xué)習(xí)也取得了優(yōu)秀的成果。深度學(xué)習(xí)的本質(zhì)是對歷史數(shù)據(jù)的特征進(jìn)行分層解析，使特征轉(zhuǎn)化成為更高層次，更加具有代表性的特征，通過多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，使模型取得更好的模擬效果[3]?？傊疃葘W(xué)習(xí)就是對歷史數(shù)據(jù)的輸入元素進(jìn)行歸納總結(jié)。比較經(jīng)典的深度學(xué)習(xí)算法有深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。

2 人工智能在精準(zhǔn)醫(yī)療和臨床科研的應(yīng)用

2.1 精準(zhǔn)醫(yī)療

精準(zhǔn)醫(yī)療是指對患者可以進(jìn)行精準(zhǔn)診斷、精準(zhǔn)治療、精準(zhǔn)護(hù)理等。實現(xiàn)精準(zhǔn)醫(yī)療除了依靠醫(yī)生豐富的經(jīng)驗外，還要依靠現(xiàn)有人工智能醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展。例如，通過傳感器我們可以得到患者的睡眠質(zhì)量、心率等各方面的生命體征數(shù)據(jù)[4]。這些數(shù)據(jù)可以為醫(yī)生進(jìn)行有效診斷提供判斷依據(jù)。另外依靠人工智能手段可以對特定的疾病進(jìn)行發(fā)現(xiàn)和預(yù)測，并且還可以對一些慢性疾病進(jìn)行長期的時間檢測，從而達(dá)到有效的預(yù)防作用。運(yùn)用人工智能技術(shù)，可以對不同疾病的患者數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、分析數(shù)據(jù)，使用精準(zhǔn)醫(yī)療技術(shù)促進(jìn)我國醫(yī)療技術(shù)的不斷發(fā)展。

精準(zhǔn)醫(yī)療基海量數(shù)據(jù)對診斷結(jié)果進(jìn)行診斷檢驗。精準(zhǔn)醫(yī)療還可以將患者的個人基因、生活環(huán)境、飲食狀況等信息納入分析的范疇，研發(fā)個性化的治療方案，對不同的患者制定個性化的治療方案。

2.2 圖像分析

人工智能在醫(yī)學(xué)圖像方面的應(yīng)用主要由三個方面：影像、病理學(xué)檢查和內(nèi)鏡成像。人工智能技術(shù)科應(yīng)用于多種類型的圖像分析包括X射線、核磁共振圖像以及CT等。斯坦福大學(xué)開發(fā)的CheXnet系統(tǒng)主要是根據(jù)歷史的10萬張胸部X線正位片來進(jìn)行數(shù)據(jù)建模，構(gòu)建了一個含有121層的CNN[5]。經(jīng)過測試該系統(tǒng)在肺炎方面的檢測上取得了非常好的準(zhǔn)確效果。在用于內(nèi)鏡檢查時例如胃鏡檢查時，輔助診斷系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)息肉、腫瘤等異常，會馬上提示醫(yī)生進(jìn)行更細(xì)致的檢查，為醫(yī)生決策提供輔助。目前越來越多的領(lǐng)域采用了人工智能的圖像分析，例如近幾年的深度學(xué)習(xí)圖像分析，被應(yīng)用于檢測視網(wǎng)膜病變以及皮膚病變等[6]。都取得了不錯的進(jìn)步。

2.3 藥物研發(fā)

人工智能技術(shù)在藥物研發(fā)方面也取得不俗的成績。利用計算機(jī)的深度學(xué)習(xí)技術(shù)以及數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析能力，可以及時發(fā)現(xiàn)藥物在合成中出現(xiàn)的異常值，不合理數(shù)值。并且利用挖掘技術(shù)可以對藥物的實驗預(yù)期效果進(jìn)行預(yù)測，極大地縮短了藥物的研發(fā)時間，大大提高了研發(fā)效率。在心血管疾病以及腫瘤控制等方面的藥物現(xiàn)在已經(jīng)很多采用了人工智能技術(shù)。

2.4 遠(yuǎn)程醫(yī)療

目前人工智能在遠(yuǎn)程醫(yī)療方面主要包含遠(yuǎn)程會診和遠(yuǎn)程診斷等方面。中國幅員遼闊、人口眾多、醫(yī)療資源分布非常不平衡，尤其在農(nóng)村以及偏遠(yuǎn)的地區(qū)，醫(yī)療條件很差。對于生活在偏遠(yuǎn)地區(qū)的人民，讓其花費(fèi)大量金錢去大城市就診非常不現(xiàn)實。此時遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)可以讓他們不用跑醫(yī)院在家就可以看病，得到大醫(yī)院專家的治療。遠(yuǎn)程醫(yī)療極大地緩解了窮困人民看不起病的現(xiàn)實問題。隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，相信依靠科學(xué)進(jìn)步未來會給這些地區(qū)的人民帶來更好的醫(yī)療服務(wù)。

2.5 醫(yī)療機(jī)器人

人工智能的另一個發(fā)展很快的應(yīng)用就是機(jī)器人，2017年Alphago在烏鎮(zhèn)輕松擊敗了圍棋世界排名第一的柯潔。機(jī)器人的發(fā)展現(xiàn)狀已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，同時智能機(jī)器人也在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用。醫(yī)學(xué)機(jī)器人可以對醫(yī)療影像進(jìn)行分類識別，醫(yī)學(xué)診斷等。用于臨床方面的機(jī)器人有很多種，主要包含手術(shù)機(jī)器人、護(hù)理機(jī)器人等。其中手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)有了比較成熟的技術(shù)，在外科領(lǐng)域著名的外科手術(shù)系統(tǒng)達(dá)芬奇，具有控制方便、成像清晰等特點(diǎn)，如今達(dá)芬奇機(jī)器人已經(jīng)在各個國家應(yīng)用，精確性和平穩(wěn)性都比較好。手術(shù)機(jī)器人精確的控制力可以解決以前手術(shù)，操作難、創(chuàng)傷面大、并發(fā)癥等多種問題。除此之外，手術(shù)機(jī)器人也在胸外科、婦科等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。

2.6 專家系統(tǒng)

人工智能在醫(yī)療專家系統(tǒng)方面也有很積極的作用，專家系統(tǒng)就是通過以往專家的經(jīng)驗制定判斷規(guī)則，用來解釋復(fù)雜的問題，經(jīng)過模擬學(xué)習(xí)，通過計算機(jī)程序可以對問題得出和專家系統(tǒng)計算結(jié)果相同的結(jié)論。專家系統(tǒng)最主要的問題是，此系統(tǒng)必須要包含大量專家的經(jīng)驗，以此才能構(gòu)建完整準(zhǔn)確的規(guī)則知識庫，只有知識庫夠準(zhǔn)確，覆蓋范圍夠廣，在構(gòu)建模型時計算機(jī)系統(tǒng)才能模擬專家，做出合理的推理和判斷。在醫(yī)療領(lǐng)域，最早的專家系統(tǒng)是根據(jù)人為制定的規(guī)則開發(fā)的，但是臨床數(shù)據(jù)非常多，并且具有個體性和多樣性，所以早期的專家系統(tǒng)具有一定局限性，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，人工智能可以使專家系統(tǒng)進(jìn)行自我學(xué)習(xí)，成為臨床工作中的有力工具。

3 人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用需注意的問題

人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)展迅速。但是又存在對患者隱私數(shù)據(jù)的侵權(quán)問題，一方面人工智能技術(shù)需要大量的用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行算法訓(xùn)練，才可以取得比較好的效果，通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)建模，產(chǎn)生預(yù)測結(jié)果，并且可以制定個性化醫(yī)療方案。另一方面，采集大量患者數(shù)據(jù)的同時，必然會涉及用戶隱私數(shù)據(jù)。在分析基因、性格特征、生活習(xí)慣這些敏感數(shù)據(jù)的時候，給隱私保護(hù)帶來威脅。所以要把隱私數(shù)據(jù)保護(hù)作為一個系統(tǒng)，強(qiáng)調(diào)隱私數(shù)據(jù)的整體性，需要倫理、法律和技術(shù)的協(xié)同作用，共同為隱私數(shù)據(jù)保駕護(hù)航。目前我國對用戶的個人基因信息并沒有專門的立法保護(hù)。建立對醫(yī)療患者隱私數(shù)據(jù)的保護(hù)是現(xiàn)在精準(zhǔn)醫(yī)療發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。

其次，由于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，目前優(yōu)秀的人工智能醫(yī)療系統(tǒng)大部分集中在大型醫(yī)院，基層醫(yī)院以及偏遠(yuǎn)地區(qū)的醫(yī)療水平還是較低，與醫(yī)學(xué)前沿發(fā)展脫軌[12]。在基層醫(yī)院及偏遠(yuǎn)地區(qū)中多多引進(jìn)先進(jìn)的人工智能醫(yī)療系統(tǒng)，可以提高整個醫(yī)療行業(yè)的水平。

4 結(jié)語

綜上所述，人工智能技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域確實對提高醫(yī)療水平和診斷的準(zhǔn)確率有很大的幫助，除此之外，還可以增加優(yōu)質(zhì)醫(yī)療的覆蓋廣度。本文對人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的各種應(yīng)用做了研究，相信隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)的不斷積累，人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展前景更加廣闊。

[1]李潔.數(shù)字鴻溝背景下中國“智慧醫(yī)療”的發(fā)展[J].電子政務(wù)，2018（2）：89-96.

[2]Dilsizian SE, Siegel EL. Artificial intelligence in medicine and cardiac imaging：harnessing big data and advanced computing to provide personalized medical diagnosis and treatment[J]. Curr Cardiol Rep，2014，16（1）：441.

[3]孔祥溢，王任直.人工智能機(jī)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用[J].醫(yī)學(xué)信息學(xué)雜志，2016，（11）.

[4]糜澤花，錢愛兵. 智慧醫(yī)療發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢研究文獻(xiàn)綜述[J]. 中國全科醫(yī)學(xué)，2019，22（03）：129-133.

[5]郭子毅. 應(yīng)重視健康管理人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展[N]. 中國經(jīng)濟(jì)時報，2018-09-14（005）.

[6]克瑞莎·泰勒.醫(yī)療革命：大數(shù)據(jù)與分析如何改變醫(yī)療模式[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2016.