人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用及展望

◆劉振峰 徐 寧 陶長(zhǎng)俊

人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用及展望

◆劉振峰 徐 寧 陶長(zhǎng)俊

(安徽省腫瘤醫(yī)院 安徽 230001)

近些年，隨著科技的發(fā)展，人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。一方面，圖像識(shí)別、深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)的突破，使得人工智能和醫(yī)療融合成為可能；另一方面，隨著人們生活水平的提高，對(duì)于高質(zhì)量的醫(yī)療需求也日益增長(zhǎng)。但現(xiàn)實(shí)生活中卻存在著看病難、看病貴的問(wèn)題。對(duì)于醫(yī)療進(jìn)步的現(xiàn)實(shí)，需要極大地刺激以人工智能技術(shù)推動(dòng)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)變革升級(jí)浪潮的興起。

人工智能；醫(yī)療；大數(shù)據(jù)；智慧醫(yī)院

1 人工智能發(fā)展的歷程

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是指計(jì)算機(jī)像人一樣擁有智能能力，是一個(gè)融合計(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)的前沿綜合學(xué)科，可以代替人類實(shí)現(xiàn)識(shí)別、認(rèn)知、分析和決策等多種功能。

人工智能的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段：第一個(gè)階段是50-70年代，代表是利用邏輯推理實(shí)現(xiàn)人工智能。這個(gè)時(shí)期，人們認(rèn)為機(jī)器只要有邏輯推理就是人工智能，后來(lái)發(fā)現(xiàn)僅僅是邏輯推理機(jī)器遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到智能的水平；第二階段是70-90年代，代表是知識(shí)工程、專家系統(tǒng)、知識(shí)總結(jié)與挖掘。雖然解決了機(jī)器學(xué)習(xí)的問(wèn)題，但是讓機(jī)器能夠理解這些知識(shí)卻很困難；第三階段是2000年至今，代表是機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)挖掘。這個(gè)時(shí)期圖像識(shí)別、深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)的突破帶來(lái)了人工智能技術(shù)新一輪的發(fā)展。大大推動(dòng)了以數(shù)據(jù)密集、知識(shí)密集、腦力勞動(dòng)密集為特征的醫(yī)療產(chǎn)業(yè)與人工智能的深度融合。

2 醫(yī)療行業(yè)哪些領(lǐng)域可以應(yīng)用人工智能

“人工智能+醫(yī)療”無(wú)論是從政策上的支持還是經(jīng)濟(jì)上的表現(xiàn)，都承載著“改善醫(yī)療現(xiàn)狀”的使命。從IBM的沃森機(jī)器人協(xié)助醫(yī)生進(jìn)行癌癥診斷和治療，到“智醫(yī)助理”機(jī)器人通過(guò)執(zhí)業(yè)醫(yī)師考試，人工智能正在深刻改變?nèi)藗兊纳?，在提升醫(yī)生工作效率、提高醫(yī)生服務(wù)能力等方面展現(xiàn)出巨大優(yōu)勢(shì)。目前，“人工智能+醫(yī)療”也呈現(xiàn)優(yōu)良發(fā)展勢(shì)頭，主要體現(xiàn)在以下五個(gè)領(lǐng)域。

2.1 醫(yī)療機(jī)器人

臨床醫(yī)療用機(jī)器人包括智能假肢、外科手術(shù)機(jī)器人、輔助診療機(jī)器人、醫(yī)療保健機(jī)器人和導(dǎo)診機(jī)器人等。目前應(yīng)用較為成熟的醫(yī)療機(jī)器人主要有：

（1）外用骨骼。ReWalk系列機(jī)器人是目前世界上最成功的外骨骼康復(fù)機(jī)器人之一。機(jī)器人主要由三個(gè)部分組成：軟件控制系統(tǒng)、機(jī)械支撐和動(dòng)力系統(tǒng)和傳感器系統(tǒng)。機(jī)器人使用體感芯片，時(shí)刻感知患者的肢體動(dòng)作，輔助其活動(dòng)。并且在患者行走過(guò)程中可以感應(yīng)患者重心的變化，模仿其自然行走的動(dòng)作，保持平衡。

（2）手術(shù)機(jī)器人。世界上最有代表性的手術(shù)機(jī)器人就是達(dá)·芬奇手術(shù)系統(tǒng)。達(dá)·芬奇手術(shù)系統(tǒng)分為三個(gè)部分：機(jī)械臂塔、高精度3D視覺(jué)系統(tǒng)和醫(yī)生控制臺(tái)。機(jī)械臂塔擁有4只機(jī)械手，每一個(gè)機(jī)械手的靈活性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)人。機(jī)械手帶有的攝像機(jī)可以進(jìn)入人體，因此不僅手術(shù)的創(chuàng)口非常小，而且能夠?qū)嵤┮恍┤耸譄o(wú)法完成的手術(shù)。高精度3D視覺(jué)系統(tǒng)將攝像機(jī)拍攝的二維畫面轉(zhuǎn)換為3D畫面，便于醫(yī)生監(jiān)控整個(gè)手術(shù)過(guò)程。通過(guò)醫(yī)生控制臺(tái)，醫(yī)生可以精確的控制械手臂的運(yùn)動(dòng)，以完成手術(shù)。

2.2 智能藥物研發(fā)

目前我國(guó)新藥研發(fā)面臨研發(fā)時(shí)間、成本及資金等問(wèn)題。人工智能通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬，可以對(duì)藥物活性、安全性和副作用進(jìn)行預(yù)測(cè)。大大縮短藥物研發(fā)時(shí)間、提高研發(fā)效率并控制研發(fā)成本。借助深度學(xué)習(xí)，人工智能已在心血管藥、抗腫瘤藥和常見(jiàn)傳染病治療藥等多領(lǐng)域取得了新突破。

2015年，Atomwise利用AI技術(shù)，在不到一天的時(shí)間內(nèi)對(duì)現(xiàn)有的7000多種藥物進(jìn)行了分析測(cè)試，成功地尋找出能控制埃博拉病毒的兩種候選藥物。根據(jù)該公司的統(tǒng)計(jì)，如果利用傳統(tǒng)方法，這項(xiàng)分析需要花費(fèi)數(shù)月甚至數(shù)年才能完成。

2.3 精準(zhǔn)醫(yī)療

計(jì)算機(jī)優(yōu)于人腦的地方在于其強(qiáng)大的運(yùn)算能力，避免了人類醫(yī)生由于經(jīng)驗(yàn)不足引起的誤判，計(jì)算機(jī)還能夠發(fā)現(xiàn)人眼難以察覺(jué)的細(xì)節(jié)。通過(guò)深入學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)比對(duì)，尋找出一些規(guī)律，從而不斷提高自身判斷力，推進(jìn)精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展。

貝斯以色列女執(zhí)事醫(yī)學(xué)中心（BIDMC）與哈佛醫(yī)學(xué)院合作研發(fā)的人工智能系統(tǒng)，對(duì)乳腺癌病理圖片中癌細(xì)胞的識(shí)別準(zhǔn)確率能達(dá)到 92%，尤其是當(dāng)這套技術(shù)與病理學(xué)家的分析結(jié)合在一起時(shí)，它的診斷準(zhǔn)確率可以高達(dá) 99.5%。

在國(guó)內(nèi)，阿里云的ET醫(yī)療大腦學(xué)習(xí)了2萬(wàn)張甲狀腺片源，成功幫助人類將判斷甲狀腺結(jié)節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確率由60-70%提升到85%。經(jīng)過(guò)一年多的研究訓(xùn)練，ET醫(yī)療大腦已經(jīng)能在醫(yī)學(xué)數(shù)字影像、精準(zhǔn)醫(yī)療等多領(lǐng)域擔(dān)任醫(yī)生助手的角色。

2.4 智能影像識(shí)別

智能醫(yī)學(xué)影像是指運(yùn)用人工智能技術(shù)識(shí)別及分析醫(yī)療影像，主要包含兩個(gè)部分：圖像識(shí)別和深度學(xué)習(xí)。圖像識(shí)別用于圖像感知，通過(guò)影像分析，得到一些有價(jià)值的信息。深度學(xué)習(xí)用于學(xué)習(xí)和分析，通過(guò)大量的影像數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)，不斷地優(yōu)化自身算法，提高自身診斷能力和診斷速度。目前醫(yī)療數(shù)據(jù)中有超過(guò)90%來(lái)自醫(yī)療影像，這些數(shù)據(jù)通過(guò)智能影像識(shí)別，能夠極大降低醫(yī)學(xué)誤診，幫助做出準(zhǔn)確診斷。

科大訊飛的人工智能醫(yī)學(xué)影像輔助診斷系統(tǒng)在安徽省立醫(yī)院以及中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院/北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院等著名機(jī)構(gòu)的頂級(jí)專家的協(xié)助下，人工智能系統(tǒng)學(xué)習(xí)了近百萬(wàn)張醫(yī)學(xué)影像資料、53本專業(yè)醫(yī)學(xué)教材、200萬(wàn)去標(biāo)識(shí)化真實(shí)電子病歷和40萬(wàn)醫(yī)療文獻(xiàn)及病歷報(bào)告等。

2.5 個(gè)人健康管家

（1）運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。通過(guò)可穿戴設(shè)備把用戶每天行走的步數(shù)詳細(xì)而準(zhǔn)確地記錄下來(lái)，并上傳到手機(jī)或者服務(wù)器終端，用戶可以事實(shí)查看運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，主要有當(dāng)天運(yùn)動(dòng)的時(shí)間、空閑時(shí)間、運(yùn)動(dòng)路程、走路步數(shù)和能量消耗等情況。根據(jù)用戶的年齡、性別、身高、體重以及活動(dòng)的強(qiáng)度和時(shí)間來(lái)計(jì)算消耗的熱量，并通過(guò)智能算法給出運(yùn)動(dòng)量、飲食建議。

（2）睡眠追蹤。通過(guò)身體睡眠和清醒時(shí)生理特征的變化，可穿戴設(shè)備可為我們清晰記錄了入睡時(shí)間、深度睡眠時(shí)間、淺度睡眠時(shí)間和清醒時(shí)間，除了記錄當(dāng)天的睡眠數(shù)據(jù)之外還有本周的睡眠情況，并將最近一段時(shí)間的睡眠使用圖表表示。智能設(shè)備根據(jù)這些數(shù)據(jù)給出睡眠質(zhì)量結(jié)果，用戶根據(jù)分析結(jié)果對(duì)自己的睡眠進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

（3）遠(yuǎn)程醫(yī)療。目前傳統(tǒng)醫(yī)療行業(yè)面臨掛號(hào)難、醫(yī)療資源分配不均、看病體驗(yàn)差等問(wèn)題。隨著“人工智能+醫(yī)療”的發(fā)展，這些問(wèn)題正在得到解決。通過(guò)遠(yuǎn)程醫(yī)療APP，用戶可以根據(jù)自己的病情和需要，自主選擇醫(yī)生問(wèn)診。除了簡(jiǎn)單的圖文咨詢，用戶還可以通過(guò)視頻來(lái)同醫(yī)生交流。視頻問(wèn)診的形式，不僅同醫(yī)院?jiǎn)栐\形式相同，還使用戶避免了繁瑣的掛號(hào)等待過(guò)程。更重要的是，通過(guò)個(gè)人檔案的建立，醫(yī)生可以查看患者的歷次檢查檢驗(yàn)數(shù)據(jù)，更好地為用戶服務(wù)。

3 國(guó)內(nèi)智能醫(yī)療狀況

中國(guó)的智能醫(yī)療雖然仍處于起步階段，但是已經(jīng)取得突飛猛進(jìn)的效果。政策上，政府大力鼓勵(lì)發(fā)展智慧醫(yī)療。需求上，國(guó)內(nèi)對(duì)于智能醫(yī)療的需求旺盛。產(chǎn)業(yè)上，資本加大對(duì)智能產(chǎn)業(yè)的投入。人工智能正在越來(lái)越多改變我們的生活。

3.1 政府支持發(fā)展智慧醫(yī)療

2016年4月國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于促進(jìn)和規(guī)范健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》支持研發(fā)健康醫(yī)療相關(guān)的人工智能技術(shù)、生物三維（3D）打印技術(shù)、醫(yī)用機(jī)器人、健康管理助手、可穿戴智能設(shè)備等。

2016年10月國(guó)務(wù)院印發(fā)《關(guān)于加快發(fā)展康復(fù)輔助器具產(chǎn)業(yè)的若干意見(jiàn)》要求推動(dòng)“醫(yī)工結(jié)合”，支持人工智能、腦機(jī)接口、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)在康復(fù)輔助器具產(chǎn)品中的集成應(yīng)用。

2017年1月國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委印發(fā)《“十三五”全國(guó)人口健康信息化發(fā)展規(guī)劃的通知》充分發(fā)揮人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、生物三維打印、醫(yī)用機(jī)器人、可穿戴設(shè)備等先進(jìn)技術(shù)和裝備產(chǎn)品在人口健康信息化和健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展中的引領(lǐng)作用。

2017年7月國(guó)務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》要求：一是發(fā)展便捷高效的智能服務(wù)、智能醫(yī)療，推廣應(yīng)用人工智能治療新模式新手段，建立快速精準(zhǔn)的智能醫(yī)療體系；二是智能健康和養(yǎng)老，加強(qiáng)群體智能健康管理，建設(shè)智能養(yǎng)老社區(qū)和機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)智能產(chǎn)品適老化。

3.2 國(guó)內(nèi)的需求推動(dòng)智能醫(yī)療的發(fā)展

當(dāng)前中國(guó)的醫(yī)療資源分布不均勻，看病難、看病貴的社會(huì)需求極大刺激了以人工智能技術(shù)推動(dòng)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)變革升級(jí)浪潮的興起。

以矮小癥為例，某位矮小癥患者發(fā)現(xiàn)自身身高比同齡人矮后，到基層醫(yī)院就診?；鶎俞t(yī)院判斷為生長(zhǎng)發(fā)育緩慢，只是給患者注射生長(zhǎng)素，耽誤了矮小癥的最佳治療時(shí)期。最終到大型醫(yī)院確認(rèn)為矮小癥后，由于骨閉合而無(wú)法進(jìn)行治療。

基層醫(yī)生看不了矮小癥的兩大原因：診療規(guī)則復(fù)雜和關(guān)鍵診療節(jié)點(diǎn)缺乏經(jīng)驗(yàn)。利用人工輔助診療系統(tǒng)，建立規(guī)范化的數(shù)據(jù)采集通道，計(jì)算機(jī)能夠很好地識(shí)別患者的疾病特征，給出參考意見(jiàn)以及依據(jù)。如果同醫(yī)生的意見(jiàn)有較大的出入，可以通過(guò)遠(yuǎn)程會(huì)診的方式請(qǐng)大醫(yī)院專家診療，這樣會(huì)很大地補(bǔ)充基層醫(yī)院醫(yī)療資源發(fā)展落后的問(wèn)題。

3.3 “人工智能+醫(yī)療”正在改變我們的生活

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)的就醫(yī)狀況也在不斷的改變。原有的窗口掛號(hào)變成了手機(jī)端就可以預(yù)約掛號(hào)；原有的人工導(dǎo)診變成了機(jī)器人導(dǎo)診；原有只能靠醫(yī)生發(fā)現(xiàn)的影像結(jié)節(jié)，現(xiàn)在可以依靠機(jī)器輔助標(biāo)注；原來(lái)只能到診室才能通醫(yī)生進(jìn)行交流，現(xiàn)在可以在網(wǎng)絡(luò)上先進(jìn)行預(yù)判然后遠(yuǎn)程可以得到醫(yī)生的診療建議。

4 機(jī)遇與挑戰(zhàn)

借助于人工智能，將人類從那些重復(fù)、耗時(shí)、乏味的工作，在快速變化的復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行的工作以及超出人類極限的工作，都有可能被人工智能系統(tǒng)所代替，但是目前人工智能發(fā)展還存在些問(wèn)題。

4.1 目前醫(yī)院信息化水平普遍偏低，數(shù)據(jù)孤島存在

據(jù)衛(wèi)計(jì)委2017年調(diào)查報(bào)告，全國(guó)1124家“三甲”醫(yī)院，電子病歷平均水平在2.1級(jí)，而電子病歷分級(jí)為0-7級(jí)。二級(jí)醫(yī)院和民營(yíng)醫(yī)院電子病歷平均水平更低。在這種情況下，基本的醫(yī)療信息化建設(shè)尚未成熟，何來(lái)智能化發(fā)展。

另外，醫(yī)院信息系統(tǒng)眾多，現(xiàn)有的信息系統(tǒng)大多為業(yè)務(wù)服務(wù)，而沒(méi)有注重?cái)?shù)據(jù)的利用。有些數(shù)據(jù)雖然采集了，但是不統(tǒng)一、不規(guī)范的現(xiàn)象造成了數(shù)據(jù)孤島的存在。機(jī)器的學(xué)習(xí)過(guò)程需要大量的臨床數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)不能有效利用的問(wèn)題制約了機(jī)器深度學(xué)習(xí)的發(fā)展。

4.2 安全性與法律責(zé)任

醫(yī)療安全在醫(yī)療行為中占據(jù)著至關(guān)重要地位，確保醫(yī)療安全是醫(yī)療活動(dòng)中時(shí)時(shí)刻刻都要警醒的。人工智能的快速發(fā)展，越來(lái)越多的醫(yī)療活動(dòng)由人變?yōu)榱藱C(jī)器。如何確保這些機(jī)器能夠像人一樣安全可靠，是擺在醫(yī)院和研發(fā)企業(yè)面前的一個(gè)問(wèn)題。以手術(shù)機(jī)器人為例，人工手術(shù)在手術(shù)過(guò)程中可以得到力度的反饋，手術(shù)機(jī)器人卻沒(méi)有。

假如使用機(jī)器在醫(yī)療過(guò)程中出現(xiàn)糾紛，責(zé)任方應(yīng)該怎么判定。假如有不法分子使用人工智能技術(shù)從事非法行業(yè)，這又應(yīng)該怎么規(guī)避。這些都是擺在我們面前的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

4.3 過(guò)度依賴人工智能

人工智能在學(xué)習(xí)速度和計(jì)算能力上有著人類無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，也正是這種優(yōu)勢(shì)造就了人工智能的快速發(fā)展。隨著機(jī)器在醫(yī)院上崗越來(lái)越多，醫(yī)生的診療水平會(huì)不會(huì)也越來(lái)越退化?；颊呔歪t(yī)，需要的不只是醫(yī)療技術(shù)和水平，有時(shí)候需要人文的關(guān)懷，人工智能的發(fā)展會(huì)不會(huì)造成就醫(yī)體驗(yàn)的“冷冰冰”。一些創(chuàng)造新的醫(yī)學(xué)理論的提出離不開(kāi)人的靈感，人工智能的發(fā)展會(huì)不會(huì)造成醫(yī)學(xué)的止步不前等等，這些都是需要我們?nèi)ニ伎嫉膯?wèn)題。

5 結(jié)語(yǔ)

人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣泛，給我們的生活也帶來(lái)越來(lái)越多的便利。在提高人工智能在醫(yī)療活動(dòng)中準(zhǔn)確性和安全性的同時(shí)，如何正確地應(yīng)用人工智能，制定相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)去規(guī)范人工智能的發(fā)展，也需要我們?nèi)フJ(rèn)真思考。

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