基于腦卒中專病診療的中西醫(yī)結(jié)合人工智能研究

宋玨嫻，傅曉燕，李小吉，高 利

醫(yī)學(xué)史上任何一項(xiàng)臨床創(chuàng)新的出現(xiàn)，均有強(qiáng)烈的時(shí)代背景：有的是疾病發(fā)展的需要，有的是技術(shù)發(fā)展的必然，有的是社會(huì)治理體系選擇的結(jié)果。

1 中西醫(yī)結(jié)合

20世紀(jì)50年代，毛主席根據(jù)中國(guó)國(guó)情提出西醫(yī)學(xué)習(xí)中醫(yī)，創(chuàng)造我國(guó)新醫(yī)學(xué)新藥學(xué)指示[1]。20世紀(jì)70年代，國(guó)務(wù)院有關(guān)部門將中西醫(yī)結(jié)合確立為獨(dú)立的學(xué)科體系；2005年，溫家寶總理在《中醫(yī)雜志》題詞中明確指出“實(shí)行中西醫(yī)結(jié)合，發(fā)展傳統(tǒng)醫(yī)藥學(xué)”。結(jié)合形勢(shì)，韓啟德副委員長(zhǎng)曾題詞：“西學(xué)中是推行中西醫(yī)結(jié)合的良好模式，當(dāng)今仍大力提倡”。大規(guī)模“西學(xué)中”活動(dòng)造就了一批中西醫(yī)結(jié)合的醫(yī)療骨干，他們集中西醫(yī)優(yōu)勢(shì)于一體，在醫(yī)學(xué)理論及實(shí)踐上不斷創(chuàng)新，現(xiàn)大多成為院士或?qū)W科帶頭人，僅50多年時(shí)間積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

在相關(guān)精神指導(dǎo)下，陳可冀院士采用活血化瘀法治療心血管病，石學(xué)敏院士采用醒腦開竅法針灸治療昏迷，陳竺院士采用三氧化二砷治療早幼粒白血病，王辰院士采用中藥處方治療禽流感，王永炎院士提出毒損腦絡(luò)學(xué)說(shuō)指導(dǎo)臨床診療等均獲得成功，尤其是屠呦呦教授的青蒿素研究獲得諾貝爾獎(jiǎng)影響全球醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域……[2]，這些均是中西醫(yī)結(jié)合的具體體現(xiàn)。習(xí)近平總書記在接待海外記者充分肯定了傳統(tǒng)中醫(yī)和中西醫(yī)結(jié)合優(yōu)勢(shì)，示把中醫(yī)和中西醫(yī)結(jié)合推向海外[3-4]。

20世紀(jì)，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)注重傳染病、感染性疾病、外傷等急性病，促進(jìn)急救醫(yī)學(xué)的發(fā)展；21世紀(jì)，涉及多病因、多系統(tǒng)的疑難復(fù)雜疾病，將是中西醫(yī)結(jié)合的發(fā)展方向。

2 腦卒中專病中西醫(yī)結(jié)合診療

我國(guó)腦血管病每年新發(fā)病例約250萬(wàn)例，死于腦血管病超過(guò)150萬(wàn)例，幸存者600萬(wàn)～700萬(wàn)例，殘疾率高達(dá)75%，直接醫(yī)療費(fèi)用年平均增長(zhǎng)速度18.04%[5]。腦血管病發(fā)病率、致殘率、死亡率和復(fù)發(fā)率均較高，且呈年輕化趨勢(shì)，給國(guó)家、社會(huì)、家庭造成沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，是必須深入研究的重大疾病。腦血管病是神經(jīng)科領(lǐng)域復(fù)雜難治性疾病。

目前，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)腦卒中公認(rèn)的研究成果主要是溶栓治療，但由于其受“治療時(shí)間窗”的嚴(yán)格限制，可接受此法治療的病人較少，且副作用大，花費(fèi)高，較大程度限制其發(fā)展；溶栓以外的病人，多數(shù)西方國(guó)家以康復(fù)和抗血小板治療為主，少有其他治療藥物。

傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)對(duì)腦卒中的認(rèn)識(shí)和治療積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和方法，但傳統(tǒng)辨證論治較難重復(fù)和推廣。我國(guó)以現(xiàn)代醫(yī)學(xué)為主流，沿用西方醫(yī)療模式，因其面對(duì)復(fù)雜、多系統(tǒng)疾病療效不佳，多數(shù)臨床醫(yī)生逐漸接受了傳統(tǒng)中醫(yī)學(xué)的整體觀和個(gè)體化治療思想。由于我國(guó)中成藥(包括中藥注射劑)種類繁多，多數(shù)西醫(yī)醫(yī)生缺乏辨證用藥理念，造成醫(yī)療資源的嚴(yán)重浪費(fèi)[6-7]。目前我國(guó)缺乏廣大中醫(yī)、西醫(yī)均可接受的中西醫(yī)結(jié)合治療腦卒中的理念與共識(shí)，缺乏技術(shù)規(guī)范基礎(chǔ)上適宜于各級(jí)醫(yī)院的中西醫(yī)結(jié)合治療腦卒中的診療手段和培訓(xùn)體系，開發(fā)新的有效診療體系迫在眉睫。

宣武醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科中西醫(yī)結(jié)合病區(qū)是全國(guó)唯一設(shè)立在三級(jí)甲等醫(yī)院(西醫(yī)類)的神經(jīng)內(nèi)科中西醫(yī)結(jié)合病區(qū)。以全國(guó)名老中醫(yī)工作室——高利教授為核心的團(tuán)隊(duì)有30多年的中西醫(yī)結(jié)合治療腦卒中經(jīng)驗(yàn)，是經(jīng)過(guò)數(shù)十年攻關(guān)，研究出針對(duì)腦卒中的中西醫(yī)結(jié)合簡(jiǎn)化分型診療方法，臨床聯(lián)合全國(guó)36家醫(yī)院進(jìn)行研究試驗(yàn)，取得顯著療效。宣武醫(yī)院腦卒中中西醫(yī)結(jié)合簡(jiǎn)化分型應(yīng)用于臨床實(shí)踐[8]，取得良好的治療效果，病人遠(yuǎn)期療效優(yōu)于純西醫(yī)組[7， 9]。

3 人工智能技術(shù)的發(fā)展

“人工智能”一詞于源于1956年夏季達(dá)特茅斯會(huì)議，此后20年是人工智能的第一個(gè)黃金發(fā)展期，機(jī)器翻譯、定理證明、博弈等為主要研究方向。1988年專家系統(tǒng)開始盛行，人工智能發(fā)展進(jìn)入第二個(gè)黃金發(fā)展時(shí)期。從1993年至今，人工智能領(lǐng)域不斷取得新突破。2006年深度學(xué)習(xí)興起，2016年3月，阿爾法圍棋戰(zhàn)勝李世石，人工智能發(fā)展開始井噴[10]。

從技術(shù)發(fā)展觀察，人工智能分為計(jì)算智能、感知智能、認(rèn)知智能3個(gè)階段。第一階段的計(jì)算智能，以1996年IBM的深藍(lán)計(jì)算機(jī)戰(zhàn)勝當(dāng)時(shí)的國(guó)際象棋冠軍卡斯帕羅夫?yàn)榇?；第二階段的感知智能，得益于基于多層人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)算法，語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別、視頻識(shí)別、觸點(diǎn)感知等快速發(fā)展，讓機(jī)器具有識(shí)別和感知的能力；第三階段的認(rèn)知智能，使知識(shí)圖譜和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)融合，讓機(jī)器具有理解、解釋、推理、假設(shè)能力[11]。知識(shí)圖譜是實(shí)現(xiàn)認(rèn)知智能的關(guān)鍵技術(shù)，知識(shí)可顯著增強(qiáng)機(jī)器學(xué)習(xí)能力，讓機(jī)器具有基于“小數(shù)據(jù)”，實(shí)現(xiàn)推理、解釋的學(xué)習(xí)能力[12]。

由于感知智能無(wú)法進(jìn)行思維、歸納、推理，無(wú)法吸收人類長(zhǎng)期積累的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，也無(wú)法提供人類可理解的解釋，人機(jī)難以互動(dòng)。從宏觀上看，人工智能正在從感知走向認(rèn)知。

4 人工智能在臨床中的應(yīng)用

1977年我國(guó)第一個(gè)也是國(guó)際第一個(gè)中醫(yī)專家系統(tǒng)“中醫(yī)關(guān)幼波肝炎診斷治療程序”研發(fā)成功。20世紀(jì)90年代，中醫(yī)診斷智能化突破專家系統(tǒng)概念，采用多人工智能技術(shù)，主要體現(xiàn)在將專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模糊邏輯、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體技術(shù)結(jié)合[13]。近年來(lái)，基于大數(shù)據(jù)和類腦計(jì)算技術(shù)的中醫(yī)智能輔助診療系統(tǒng)研發(fā)是未來(lái)中醫(yī)學(xué)發(fā)展的重要方向[10]。

人工智能依賴算法、數(shù)據(jù)、算力三要素。醫(yī)療人工智能中，數(shù)據(jù)的重要性突出。由于醫(yī)學(xué)影像數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化程度高，數(shù)據(jù)量大，因此，人工智能技術(shù)在醫(yī)學(xué)影像方向取得了成績(jī)。李頂?shù)萚14]基于超過(guò)40萬(wàn)張視網(wǎng)膜圖像，實(shí)現(xiàn)機(jī)器通過(guò)圖像初步篩查糖尿病視網(wǎng)膜病變。由此可見，大量標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)是醫(yī)療人工智能難以承受之重。然而認(rèn)知智能開辟了一條新的智能通道，通過(guò)醫(yī)學(xué)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，賦予機(jī)器理解推理能力，增強(qiáng)機(jī)器學(xué)習(xí)能力，讓“小數(shù)據(jù)”實(shí)現(xiàn)智能成為可能。

專病中西醫(yī)結(jié)合的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)確定性和完整性強(qiáng)，有利于建立知識(shí)圖譜，賦予機(jī)器理解推理的能力。專病中西醫(yī)結(jié)合的診斷范圍邊界清楚，數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，為機(jī)器學(xué)習(xí)提供有力的數(shù)據(jù)支撐。因此，專病中西醫(yī)結(jié)合的認(rèn)知智能，是醫(yī)療人工智能的可行之路，也是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

5 腦卒中專病中西醫(yī)結(jié)合人工智能研究

傳統(tǒng)中醫(yī)診病依靠“望、聞、問(wèn)、切”四種方法，簡(jiǎn)稱為“四診”，主要依據(jù)是醫(yī)生視覺(jué)、觸覺(jué)、語(yǔ)言交流采集信息，辨證施治。其中，“望、聞、問(wèn)”大部分內(nèi)容通過(guò)與病人交流及簡(jiǎn)單任務(wù)的測(cè)試過(guò)程，采集到視頻和圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助類型識(shí)別，如神、色、形、態(tài)及語(yǔ)言異常程度。問(wèn)診和病歷記錄通過(guò)語(yǔ)音識(shí)別及自然語(yǔ)言處理提取重要特征[15]。

目前已研發(fā)的四診合參儀主要從檢測(cè)設(shè)備角度簡(jiǎn)單模仿中醫(yī)四診，并非基于臨床有效病例數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，具有一定局限性。四診儀診斷結(jié)果完全基于最初編譯算法，無(wú)機(jī)器學(xué)習(xí)不斷更新迭代的智能化過(guò)程，由于算法自身問(wèn)題使正確率固定，無(wú)法提高，完全不同于人工智能模擬中醫(yī)黑箱診察過(guò)程[16]。近年來(lái)，機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)已得到世界范圍的廣泛關(guān)注，其中圖像識(shí)別已廣泛用于圖片搜索、自動(dòng)駕駛、人臉識(shí)別，甚至是病理圖像識(shí)別及醫(yī)學(xué)影像的輔助診斷。與優(yōu)化決策密切相關(guān)的強(qiáng)化學(xué)習(xí)被譽(yù)為2017年全球十大突破性技術(shù)之一。

深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)優(yōu)越的性能是一種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的研發(fā)模式，并不需要預(yù)先建立先驗(yàn)?zāi)Ｐ?，屬于?灰箱模式，適用于中西醫(yī)結(jié)合人工智能的輔助診斷，中醫(yī)學(xué)診斷決策系統(tǒng)認(rèn)為是“黑箱”，有望借助人工智能變成“灰箱”[17]。在醫(yī)生專家協(xié)助下，計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)不斷實(shí)踐逐漸從數(shù)據(jù)中“領(lǐng)會(huì)”醫(yī)生專家的認(rèn)知邏輯，通過(guò)未來(lái)的知識(shí)計(jì)算使每個(gè)普通醫(yī)生在針對(duì)某個(gè)特定問(wèn)題均能獲得相應(yīng)專家水平的答案，甚至可以主動(dòng)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題[18]，提高醫(yī)療效率，減少醫(yī)療差錯(cuò)，改善臨床結(jié)果，從而間接控制醫(yī)療費(fèi)用支出，降低醫(yī)療成本。

綜上所述，建立在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)之上中西醫(yī)結(jié)合診療實(shí)踐數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建和人工智能時(shí)代到來(lái)及多學(xué)科交叉轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的盛行，有望為腦卒中提供新的診療決策系統(tǒng)。中西醫(yī)并重聯(lián)合人工智能，創(chuàng)造我國(guó)特有的醫(yī)學(xué)模式。