人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在護(hù)理中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展前景

彭瑞嵐，肖繼榮

隨著信息技術(shù)化的不斷發(fā)展，人工智能(artificial intelligence，AI)逐步地被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，極大地提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了人力物力[1]?，F(xiàn)階段人工智能已經(jīng)在醫(yī)療領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了臨床中疾病的預(yù)測(cè)和診斷。其中人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificial neural network,ANN)是實(shí)現(xiàn)這個(gè)過程的重要技術(shù)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以采用線性思維的方式處理獲取到的信息，然后通過計(jì)算機(jī)快速和精確的計(jì)算得到大量的電子健康記錄信息，從而指導(dǎo)臨床護(hù)理實(shí)踐[2]。本文針對(duì)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在臨床護(hù)理中的應(yīng)用發(fā)展進(jìn)行綜述，指明信息化在護(hù)理中的應(yīng)用現(xiàn)狀以及未來的發(fā)展前景，為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在臨床中的研究奠定基礎(chǔ)。

1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的概念

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)作為人工智能重要的部分，采用廣泛互連的結(jié)構(gòu)與有效的學(xué)習(xí)機(jī)制去模擬大腦的信息處理過程，網(wǎng)絡(luò)上面的每個(gè)結(jié)點(diǎn)都可以看作成一個(gè)神經(jīng)元并且可以存儲(chǔ)和處理信息。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上的各個(gè)結(jié)點(diǎn)可以處理信息然后向其他的結(jié)點(diǎn)輸出，其他的結(jié)點(diǎn)接受然后處理再輸出，直到所有的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工作完成，最后輸出結(jié)果[3]。

2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)是由層、神經(jīng)元和網(wǎng)絡(luò)3個(gè)部分組成的。整個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由一系列基本的神經(jīng)元、通過權(quán)重相互連接起來的[4]。如圖1所示人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)最基本的單位是神經(jīng)元。一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由輸入層、隱藏層和輸出層，3層連接在一起形成的。第一層輸入層只接受外部環(huán)境信息，是由接受各種不同樣本信息的輸入單元組成的，這一層的神經(jīng)元相當(dāng)于自變量不做計(jì)算只是簡(jiǎn)單的為隱藏層傳遞信息。隱藏層位于輸入層和輸出層之間，是用于分析輸入的信息，然后再傳到輸出層形成最后的結(jié)果。每一個(gè)輸出的單元都會(huì)對(duì)應(yīng)特定的分類，給外部系統(tǒng)輸送結(jié)果值，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通過調(diào)整一定的強(qiáng)度來達(dá)到學(xué)習(xí)的目的[5]。

圖1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在護(hù)理領(lǐng)域中的應(yīng)用

3.1 在臨床護(hù)理工作中的應(yīng)用 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以根據(jù)病人的護(hù)理數(shù)據(jù)，構(gòu)建起疾病的預(yù)測(cè)模型從而在平時(shí)的檢查中很高效地篩查出一些高危人群，同時(shí)這個(gè)模型還可以用于病人疾病后期的追蹤觀察。由于人工網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在臨床的護(hù)理中可以優(yōu)化和迅速的合成數(shù)據(jù)，因此在我們護(hù)理工作中起到了很好的疾病預(yù)防作用[6]。有研究者通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)一些比較危重病人的生命體征的變化創(chuàng)建了一個(gè)可以預(yù)測(cè)病人心搏驟停的模型。這個(gè)模型提供的數(shù)據(jù)不僅精確度較高還比較方便地利于臨床護(hù)理人員的觀察[7]。Sullivan等[8]通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)收集的臨床護(hù)理數(shù)據(jù)建立起了一個(gè)預(yù)測(cè)居家老年人的死亡模型，這個(gè)模型可以幫助護(hù)理人員在早期就識(shí)別出具有死亡風(fēng)險(xiǎn)的老年人，并且為他們做出一份更加適合他們特征的護(hù)理計(jì)劃，從而避免疾病惡化。Marschollek等[9]采用人工網(wǎng)絡(luò)算法有效地處理了跌倒高危因素中一些復(fù)雜的關(guān)系，構(gòu)建出了跌倒預(yù)測(cè)模型，提取了老年人跌倒的風(fēng)險(xiǎn)因素。數(shù)據(jù)豐富了我們的護(hù)理研究工作。我們?cè)谂R床的護(hù)理工作中離不開大數(shù)據(jù)，有研究表示利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)護(hù)理記錄進(jìn)行整合和分析可以提高醫(yī)生對(duì)于疾病診斷的精確性[10]。

3.2 在護(hù)理管理中的應(yīng)用 我國近年來的信息化管理模式已經(jīng)在不斷地發(fā)展中，主要體現(xiàn)在疾病的管理、護(hù)理質(zhì)量的管理以及對(duì)護(hù)理員工的管理中。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法為信息化的管理提供了很大的發(fā)展空間。通過對(duì)管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的整理和分析提高了管理者科學(xué)的決策力。Ladstatter等[11]利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建出了護(hù)士對(duì)于職業(yè)疲倦感的一個(gè)模型，研究表明人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以很好地幫助管理者提前了解到護(hù)士的職業(yè)倦怠情況，盡早地對(duì)于護(hù)士的情況給予一定的干預(yù)措施，從而提高護(hù)士在臨床中的工作效率。Sudharsan等[12]運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了血糖預(yù)測(cè)模型，這個(gè)模型對(duì)于低血糖的發(fā)生可以做出一個(gè)很好的預(yù)測(cè)，降低了病人發(fā)生低血糖的風(fēng)險(xiǎn)。該模型可以對(duì)病人的健康做出指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)了高效的健康管理。Bagnasco等[13]建立了不良事件的數(shù)據(jù)平臺(tái)，可以及時(shí)地掌握一些科室存在的問題，從而在很大程度上優(yōu)化管理的效果。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以通過對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，提取出一些特征然后構(gòu)建模型，與我們?cè)谂R床上運(yùn)用的傳統(tǒng)回歸模型相比，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于非線性的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理更具有優(yōu)勢(shì)，可以構(gòu)建出一個(gè)更加精確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型[14]。

3.3 在護(hù)理教育中的應(yīng)用 目前我國研究人員的教育缺乏相應(yīng)的數(shù)據(jù)課程[15]，美國護(hù)理科學(xué)委員會(huì)召開的一項(xiàng)會(huì)議表明，數(shù)據(jù)對(duì)于研究人員具有很大的重要性，提倡把數(shù)據(jù)整合到護(hù)理學(xué)科中[16]。有研究表明將護(hù)理專業(yè)的學(xué)生作為研究對(duì)象，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型可以很好地輔助高校老師篩選出對(duì)于學(xué)業(yè)有問題的學(xué)生，從而制定出干預(yù)措施，解決學(xué)生在學(xué)業(yè)上出現(xiàn)的問題[17]。同時(shí)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)還可以發(fā)現(xiàn)護(hù)理教育中一些影響因素的聯(lián)系，預(yù)測(cè)學(xué)生的未來發(fā)展[18]。對(duì)于我國的發(fā)展而言，將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)加入到護(hù)理碩博教育中，設(shè)置相應(yīng)的課程，構(gòu)建完善的核心課程體系，培養(yǎng)出有數(shù)據(jù)利用能力的科研人員是未來的趨勢(shì)所在。

4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)

4.1 緩解護(hù)士人力短缺壓力 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通過構(gòu)建一系列的健康預(yù)測(cè)模型，不僅可以對(duì)病人的健康進(jìn)行很好的管理，還可以非常有效地提高護(hù)理工作的效率[19]，減少不良事件的發(fā)生，保護(hù)病人的安全，提高護(hù)士的護(hù)理質(zhì)量，促使臨床護(hù)士可以有更多的時(shí)間和精力投入到智能護(hù)理當(dāng)中去，讓護(hù)士獲得更大的職業(yè)發(fā)展空間[20]。

4.2 提供更加優(yōu)質(zhì)的護(hù)理服務(wù) 在對(duì)病人進(jìn)行延續(xù)護(hù)理的時(shí)候，可以通過建立云數(shù)據(jù)庫[21]，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)幫助護(hù)士高效和科學(xué)地開展延續(xù)護(hù)理服務(wù)，可以解決傳統(tǒng)的護(hù)理模式缺乏系統(tǒng)的支持、耗時(shí)耗力以及信息量收集不足和實(shí)施的效果欠佳等問題[22]。

4.3 改變傳統(tǒng)的護(hù)理模式 將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于護(hù)理領(lǐng)域，可以在很大程度上改變醫(yī)院、診所以及社區(qū)的傳統(tǒng)護(hù)理模式，利用人工網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，可以減少病人術(shù)后不良事件的發(fā)生率，提高臨床醫(yī)護(hù)人員的工作效率[23]。由此可見，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化了護(hù)理的資源配置，讓護(hù)理的工作逐步從智能化向自動(dòng)化轉(zhuǎn)變[24]。

5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)

5.1 缺乏護(hù)理信息人才 我國目前缺乏護(hù)理信息人才，美國的護(hù)理信息學(xué)在21世紀(jì)初就已經(jīng)形成了一門學(xué)科[25]，而我國大多數(shù)院校未開展護(hù)理信息學(xué)的課程，且國內(nèi)外的差距較大?，F(xiàn)在在臨床上運(yùn)用比較多的就是醫(yī)院自己的一套電子系統(tǒng)，缺乏統(tǒng)一性、實(shí)用性，護(hù)理信息人才的不足和缺乏勢(shì)必會(huì)限制護(hù)理信息系統(tǒng)的發(fā)展，應(yīng)該從國家的政策出發(fā)，設(shè)置相關(guān)的專業(yè)，為以后護(hù)理的信息化建設(shè)奠定基礎(chǔ)。

5.2 沒有統(tǒng)一的護(hù)理規(guī)范 護(hù)理數(shù)據(jù)雖然比較多元化，但對(duì)于數(shù)據(jù)的一些共性不能充分的挖掘，美國護(hù)理研究所提出了一項(xiàng)想法[26]，旨在提高數(shù)據(jù)收集的效率，促進(jìn)交叉研究分析和數(shù)據(jù)共享。目前我國的數(shù)據(jù)存錄的格式不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性有所缺乏，非互操作的數(shù)據(jù)不能被解釋。因此，需要呼吁一些數(shù)據(jù)專家共同合作，使得護(hù)理的數(shù)據(jù)更加完善，發(fā)揮護(hù)理數(shù)據(jù)的價(jià)值。

5.3 信息存在一定的安全隱患 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以很好地處理數(shù)據(jù)，但是會(huì)涉及用戶的隱私，所以要保證病人的信息安全才能呼吁更多的人加入到數(shù)據(jù)平臺(tái)[27]，每個(gè)數(shù)據(jù)庫在建立的時(shí)候應(yīng)該通過嚴(yán)格的審核，對(duì)于非法的信息泄露給予嚴(yán)格的處罰，從法律和信息信用等多個(gè)層面保護(hù)病人信息的安全。

6 小結(jié)

護(hù)理研究者已經(jīng)運(yùn)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為護(hù)理實(shí)踐、護(hù)理教育以及護(hù)理管理等多個(gè)方面提供了信息化實(shí)踐。護(hù)士是臨床工作中的主力軍，在日常的生活中了解病人的健康狀況，為病人的健康保駕護(hù)航，因此信息化的發(fā)展和護(hù)士的參與密不可分。未來護(hù)理研究的信息化發(fā)展一定會(huì)充分響應(yīng)國務(wù)院[28]提出的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，完善智能醫(yī)療政策體系、加快創(chuàng)新應(yīng)用、緩解醫(yī)療困難、提升病人的健康水平，以科學(xué)和安全照料病人為目的，推動(dòng)護(hù)理信息化學(xué)科的發(fā)展。