人工智能在腫瘤護(hù)理領(lǐng)域應(yīng)用的研究進(jìn)展

曹堇沫

中國人民解放軍總醫(yī)院第二醫(yī)學(xué)中心 國家老年疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，北京 100000

腫瘤護(hù)理工作包括為患癌或有患癌風(fēng)險(xiǎn)的人提供宣傳，在治療決策和計(jì)劃過程中提供教育，關(guān)注個(gè)人健康知識(shí)水平，協(xié)調(diào)整個(gè)癌癥統(tǒng)一性的護(hù)理提供，確保安全提供癌癥治療，評(píng)估治療并發(fā)癥，幫助管理癥狀，優(yōu)化生活質(zhì)量，支持癌癥病人，倡導(dǎo)癌癥病人的獨(dú)特需求，并與跨專業(yè)團(tuán)隊(duì)合作，以改善結(jié)果，減少癌癥對(duì)病人、家庭、社區(qū)和人口的影響[1]。隨著計(jì)算機(jī)硬件的升級(jí)，大規(guī)模數(shù)據(jù)集的生成以及算法的進(jìn)步，人工智能在近些年取得了飛速的發(fā)展，并在多個(gè)領(lǐng)域取得了巨大的成功。如同電力的發(fā)明改變了我們的生活、工作和娛樂方式一樣，人工智能被稱作為新電力，也有望改變我們的生活。到2025 年，研究預(yù)測全球人工智能醫(yī)療保健支出將達(dá)到361 億美元[2]。腫瘤護(hù)理與人工智能相結(jié)合，可以減輕護(hù)士工作的負(fù)擔(dān)，增強(qiáng)護(hù)士的工作能力，且有助于滿足病人護(hù)理方面各種未滿足的需求。

1 人工智能的概念

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，通常研究執(zhí)行與人類認(rèn)知相關(guān)任務(wù)的算法，例如計(jì)算機(jī)視覺、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理、語音識(shí)別和機(jī)器圖像解釋等[3]。一般來說，使用各種設(shè)備來模仿人類的認(rèn)知過程均可被成為人工智能，包括學(xué)習(xí)、應(yīng)用和解決復(fù)雜問題等。如今，被稱為第四次工業(yè)革命的人工智能正在極大地影響著整個(gè)醫(yī)療行業(yè)。

2 人工智能在腫瘤護(hù)理領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 癥狀管理 癥狀管理是腫瘤護(hù)理工作中一項(xiàng)重要的內(nèi)容。Rhondali 等[4]的研究表明，護(hù)士在記錄病人癥狀方面準(zhǔn)確性較低，護(hù)理記錄的病人癥狀評(píng)分與病人自身報(bào)告的癥狀評(píng)分存在差異。良好的癥狀管理能夠有效地提高護(hù)理質(zhì)量，例如Denis 等[5]發(fā)現(xiàn)病人報(bào)告的肺癌癥狀（例如發(fā)燒、咳嗽）可以及早發(fā)現(xiàn)癌癥進(jìn)展。一項(xiàng)隨機(jī)試驗(yàn)顯示，篩查癌癥癥狀與常規(guī)護(hù)理相比具有7 個(gè)月的生存優(yōu)勢[6]。護(hù)理人員在如何及時(shí)、準(zhǔn)確地記錄篩查癥狀方面面臨挑戰(zhàn)，隨著人工智能與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，遠(yuǎn)程及實(shí)時(shí)的癥狀檢測能夠幫助護(hù)理人員更好地進(jìn)行癥狀管理。

Beck 等[7]開放了一套名為“SymptomCare@Home”的智能癥狀監(jiān)測和管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為隨機(jī)臨床試驗(yàn)的一部分，以幫助在門診接受化療并經(jīng)常在家中出現(xiàn)明顯癥狀的癌癥病人。該系統(tǒng)由電話計(jì)算機(jī)鏈接的交互式語音響應(yīng)系統(tǒng)和基于Web 的決策支持-癥狀管理系統(tǒng)兩個(gè)子系統(tǒng)集成，能夠?qū)Σ∪诉M(jìn)行每日癥狀監(jiān)測、病人自我管理指導(dǎo)、預(yù)警等，從而幫助護(hù)士進(jìn)行評(píng)估、教育、支持、藥物干預(yù)等措施，以加強(qiáng)對(duì)病人在家中控制不佳的癥狀管理。

現(xiàn)有的部分智能手表包含了心電圖的功能，與金標(biāo)準(zhǔn)的門診動(dòng)態(tài)心電圖相比，智能手表的心電圖功能已被證實(shí)具有更高的準(zhǔn)確性，可用于篩查心房顫動(dòng)和其他心臟疾病[8-9]?；谥悄苁謾C(jī)定位的病人活動(dòng)軌跡監(jiān)測被用于預(yù)測病人是否患有抑郁癥[10]、焦慮癥[11]等疾病，并能夠智能評(píng)估癌癥病人的生活質(zhì)量[12]。一項(xiàng)關(guān)于乳腺癌病人的研究表明，通過智能手機(jī)游戲可以檢測出病人認(rèn)知的變異情況，與正常人相比，認(rèn)知變異性可能是與癌癥相關(guān)的認(rèn)知障礙更敏感的指標(biāo)[13]。

計(jì)算機(jī)視覺是人工智能獲得巨大成功的領(lǐng)域之一，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像進(jìn)行目標(biāo)檢測與分割以及預(yù)測等功能，可以直接依靠智能手機(jī)的照相功能進(jìn)行使用。華西醫(yī)院針對(duì)癌癥病人，從病人面部圖像中提取面部表情特征，并使用支持向量機(jī)作為分類器，以評(píng)估癌癥病人的痛苦程度[14]。面部表情識(shí)別可以作為補(bǔ)充篩查工具，以提高痛苦評(píng)估的準(zhǔn)確性，并指導(dǎo)治療和護(hù)理策略。此外，還用于遠(yuǎn)程評(píng)估皮膚病或手術(shù)并發(fā)癥，并有可能及早發(fā)現(xiàn)并發(fā)癥，從而提供更好、成本更低的護(hù)理[15-16]。

2.2 護(hù)理協(xié)調(diào) 癌癥護(hù)理以其復(fù)雜性而聞名，同一病人可能涉及多種治療方式，需要不同科室甚至不同醫(yī)院之間協(xié)調(diào)配合，護(hù)理的連續(xù)性與病人的預(yù)后相關(guān)[17]。傳統(tǒng)的癌癥護(hù)理涉及初級(jí)醫(yī)療保健、放射學(xué)、核醫(yī)學(xué)、病理學(xué)及手術(shù)等，并需要提供遺傳、姑息治療和社會(huì)學(xué)相關(guān)資訊服務(wù)，這些護(hù)理內(nèi)容不僅由醫(yī)學(xué)決定，還取決于病人本身對(duì)護(hù)理的理解、支持，甚至其經(jīng)濟(jì)水平。因此，如何協(xié)調(diào)護(hù)理與病人本身，是一個(gè)值得研究的問題。為了改善癌癥病人護(hù)理的協(xié)調(diào)性和癥狀管理，導(dǎo)航護(hù)士將發(fā)揮重要的作用，可以在整個(gè)護(hù)理過程中領(lǐng)導(dǎo)、溝通和協(xié)助病人。在理想的情況下，腫瘤的護(hù)理路徑應(yīng)從篩查開始，并在生存期間由導(dǎo)航護(hù)士指導(dǎo)繼續(xù)進(jìn)行，其可以在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間范圍內(nèi)就醫(yī)療和病人的需求進(jìn)行調(diào)整，分配和指導(dǎo)病人選擇最合適的護(hù)理路徑[18]?；谀[瘤護(hù)理協(xié)調(diào)的復(fù)雜性，人工智能將發(fā)揮重要的作用，人工智能可以幫助導(dǎo)航護(hù)士進(jìn)行緊急情況的預(yù)測、身體情況檢查、咨詢等，從而自動(dòng)規(guī)劃護(hù)理路徑和分配護(hù)理資源[19]。腫瘤科導(dǎo)航護(hù)士由于與癌癥病人的密切接觸，其對(duì)病人的評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)通常受到文化素質(zhì)、社會(huì)關(guān)系和情緒的影響，并可能因?yàn)檫@些因素而對(duì)病人的臨床情況的判斷出現(xiàn)失誤，在協(xié)調(diào)與分配醫(yī)療資源時(shí)做出不合理的處置，而人工智能則以客觀指標(biāo)為依據(jù)，根據(jù)人群的評(píng)價(jià)水平指標(biāo)（疼痛、風(fēng)險(xiǎn)、成本）來做出決策[20-22]。因此，通過人工智能來輔助導(dǎo)航護(hù)士能夠促進(jìn)護(hù)理期間的良好護(hù)理協(xié)調(diào)，發(fā)現(xiàn)和調(diào)整不合規(guī)的護(hù)理安排。

2.3 藥物制備與注射 腫瘤藥物的配制是腫瘤科護(hù)士的日常工作之一，對(duì)腫瘤藥物的處理和管理不當(dāng)可能會(huì)對(duì)病人和護(hù)理人員的健康造成危害，如在藥物制備或給藥過程中，由于意外吸入、攝入或經(jīng)皮吸收等原因，護(hù)士有發(fā)生意外接觸的風(fēng)險(xiǎn)[23]?；谌斯ぶ悄艿乃幬锱渲葡到y(tǒng)已取得一定的進(jìn)展[24]。與人工配制相比，基于人工智能的自動(dòng)化腫瘤藥物配制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性更高，環(huán)境污染水平更低，病人的等待時(shí)間更短，成本也更低[25]。

在更為普遍的臨床環(huán)境中，往往需要更為精確而快速地給藥，閉環(huán)藥物輸送系統(tǒng)已進(jìn)入了臨床實(shí)踐。除了人工智能外，閉環(huán)藥物輸送系統(tǒng)還集成了電子、無線通信、生物工程等技術(shù)，具有使用智能反饋電子元件保持藥物濃度以將生理參數(shù)調(diào)節(jié)在期望的極限內(nèi)的能力，目前已經(jīng)在腫瘤領(lǐng)域輔助護(hù)理人員使用藥物[26-28]。閉環(huán)藥物輸送系統(tǒng)包括3 個(gè)部分：傳感器、輸液泵和控制算法。傳感器是用于檢測輸出變量的閉環(huán)控制系統(tǒng)的反饋元件。具有微型泵的藥物輸送系統(tǒng)結(jié)合了閉環(huán)反饋系統(tǒng)，使泵能夠工作，監(jiān)視并提高提供給用戶的療法。輸液泵通常由小型電子控制的機(jī)械泵組成，該泵通過皮下或血管內(nèi)導(dǎo)管為病人提供藥物輸注?？刂扑惴ㄊ情]環(huán)藥物輸送系統(tǒng)的核心，它從反饋傳感器獲取輸入，并根據(jù)病人的生理狀況計(jì)算所需的藥物濃度。然后，適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)會(huì)啟動(dòng)輸液泵，以便在需要時(shí)將所需量的藥物輸送給病人。

藥物自動(dòng)注射是人工智能與護(hù)理相結(jié)合的熱門方向，而腫瘤相關(guān)藥物的自動(dòng)注射是研究的重點(diǎn)，隨著生物制劑的研究進(jìn)展，越來越多的癌癥病人在家中接受治療，而不在醫(yī)院進(jìn)行治療，先進(jìn)的生物技術(shù)衍生的藥物管理將在家庭環(huán)境中更加普遍，目前的研究主要集中在曲托珠單抗的皮下注射方面[29-30]。與人工智能相結(jié)合的自動(dòng)注射設(shè)備集成于一個(gè)完整的系統(tǒng)中，系統(tǒng)的傳感器和通信模塊不僅能提高藥物注射的安全性，如溫度監(jiān)控、身份識(shí)別，還能跟蹤測量病人的注射結(jié)果，如劑量水平的依從性、副作用和治療效果等，這些數(shù)據(jù)可以利用移動(dòng)應(yīng)用程序進(jìn)行采集、傳輸和分析，自動(dòng)注射器系統(tǒng)可以通過客觀的數(shù)據(jù)記錄進(jìn)行智能分析來增強(qiáng)病人參與度并指導(dǎo)治療決策[31]。自動(dòng)注射器設(shè)備的使用預(yù)計(jì)在未來將成為針對(duì)諸如癌癥、糖尿病等許多慢性病的分散式精確護(hù)理的重點(diǎn)，使人工智能疾病管理系統(tǒng)能夠單獨(dú)或在醫(yī)療機(jī)構(gòu)中跟蹤或預(yù)測病人的預(yù)后。

在癌癥病人中經(jīng)常會(huì)遇到電解質(zhì)紊亂的情況，最常見的電解質(zhì)紊亂包括高鈉血癥、低鉀血癥、低鎂血癥和高鈣血癥[32]。因此，快速識(shí)別和及時(shí)處理病人電解質(zhì)紊亂至關(guān)重要。通常在遇到這類問題時(shí)，護(hù)士需要聯(lián)系腫瘤科醫(yī)生，以獲取處方。這種工作流程分散了護(hù)理人員和醫(yī)生的注意力，可能會(huì)導(dǎo)致病人護(hù)理方面的空白，并錯(cuò)過優(yōu)化這些病人臨床結(jié)局的機(jī)會(huì)。Rosner等[32]通過開發(fā)一套智能電解質(zhì)選擇系統(tǒng)，根據(jù)病人電子病歷關(guān)于電解質(zhì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能的藥物配制，來降低腫瘤病人電解質(zhì)紊亂的發(fā)病率。

2.4 機(jī)器人輔助 聊天機(jī)器人通過人工智能中的自然語言處理技術(shù)，運(yùn)用智能手機(jī)或計(jì)算機(jī)的文本或語音來實(shí)現(xiàn)模仿人類的對(duì)話，而無須人工后端干預(yù)。病人可以與聊天機(jī)器人進(jìn)行互動(dòng)以描述他們的癥狀，隨后聊天機(jī)器人會(huì)根據(jù)病人的輸入提供建議和信息。例如，病人可以使用聊天機(jī)器人檢查癥狀并監(jiān)控其心理健康狀態(tài)[33-35]。目前應(yīng)用于癌癥護(hù)理相關(guān)的聊天機(jī)器人較少，而聊天機(jī)器人能夠在癌癥病人的健康宣教方面扮演重要角色，可以有效地減輕護(hù)理人員的宣教負(fù)擔(dān)。Bibault 等[36]針對(duì)乳腺癌病人，開發(fā)了一個(gè)名為Vik 的聊天機(jī)器人，其能夠提供有關(guān)乳腺癌及其流行病學(xué)、治療、副作用及生活質(zhì)量等方面的改善策略，臨床試驗(yàn)結(jié)果表明，該聊天機(jī)器人能夠提高乳腺癌病人的藥物依從率。Kataoka 等[37]針對(duì)肺癌病人，開發(fā)了一款聊天機(jī)器人用來提高病人的癥狀管理知識(shí)。

疼痛是接受癌癥治療的兒童的常見問題，對(duì)于患癌癥的兒童來說，針頭注射的過程會(huì)給其帶來較大的痛苦和困擾[38]。為了減少兒童在注射過程中的痛苦，幾款智能機(jī)器人已被用來協(xié)助護(hù)士進(jìn)行治療。Jibb等[39]開發(fā)了一種名為MEDiPORT 的交互式機(jī)器人，在針頭注射的每個(gè)步驟都在機(jī)器人的智能輔助下進(jìn)行，通過執(zhí)行與基于證據(jù)的聯(lián)合心理干預(yù)措施相一致的發(fā)聲和動(dòng)作來減輕兒童的疼痛。此外，還有可以幫助兒童在注射時(shí)分散注意力的智能機(jī)器人，在護(hù)士開始注射前執(zhí)行一組標(biāo)準(zhǔn)的跳舞動(dòng)作，并一直持續(xù)到注射完成為止[40]。這些機(jī)器人均在臨床試驗(yàn)中被證明能夠有效減輕兒童在注射時(shí)的疼痛感。

2.5 決策支持 隨著以病人為中心的醫(yī)療理念的發(fā)展，對(duì)癌癥病人的痛苦程度進(jìn)行主動(dòng)評(píng)估和干預(yù)治療，并關(guān)注病人的治療結(jié)果，凸顯了醫(yī)護(hù)人員對(duì)高質(zhì)量的疼痛管理計(jì)劃的需求。Decker 等[41]開發(fā)了一套智能程序，該程序使用平板電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，進(jìn)行即時(shí)分析和推薦顯示，以向護(hù)士提供為病人量身定制的心理應(yīng)對(duì)建議，并根據(jù)需要提供轉(zhuǎn)診建議。這套系統(tǒng)可以及時(shí)和便利地幫助護(hù)士檢測和減輕癌癥病人的痛苦。

Olling 等[42]針對(duì)肺癌病人，將護(hù)理記錄與放療數(shù)據(jù)相結(jié)合，開發(fā)了一個(gè)與吞咽困難相關(guān)的是否需要開處方止痛藥的機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測模型，在放療的第一階段開始之前應(yīng)用食道疼痛預(yù)測模型使護(hù)士能夠針對(duì)高危病人進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖o(hù)理干預(yù)。該模型被腫瘤科護(hù)士作為決策支持工具之一，使他們可以針對(duì)每個(gè)病人的風(fēng)險(xiǎn)狀況主動(dòng)調(diào)整干預(yù)措施，取得了良好的效果。通過記錄護(hù)理干預(yù)措施和相關(guān)的病人結(jié)果，有可能完善和改善此類模型的預(yù)測性能，從而幫助持續(xù)改善病人護(hù)理質(zhì)量。

自然語言處理是人工智能中較為成熟的一項(xiàng)技術(shù)，可用于從文本數(shù)據(jù)中捕獲臨床信息[43]。Hyun 等[44]開發(fā)了一套自然語言處理系統(tǒng)，從護(hù)理記錄的文本數(shù)據(jù)中提取質(zhì)量、安全相關(guān)數(shù)據(jù)，對(duì)護(hù)理質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，從而幫助護(hù)士評(píng)估病人的病情并確定哪些干預(yù)有效，研究結(jié)果顯示，自然語言處理能夠有效地用于臨床決策支持和病人結(jié)局研究，并最終改善護(hù)理質(zhì)量。

基于人工智能的基因組學(xué)研究具有巨大的潛力，目前對(duì)癌癥病人的臨床實(shí)踐中已經(jīng)開始重復(fù)運(yùn)用基因組學(xué)知識(shí)，基因組學(xué)對(duì)癌癥治療產(chǎn)生了巨大的影響。在護(hù)理工作中，護(hù)士可以應(yīng)用基因組學(xué)來篩查和進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，開展個(gè)性化護(hù)理[45]。

2.6 臨床試驗(yàn)管理 臨床試驗(yàn)管理系統(tǒng)和電子病歷系統(tǒng)越來越多地用于腫瘤臨床試驗(yàn)，而腫瘤科護(hù)士是其使用的主要人員之一，以支持臨床研究的進(jìn)行并為研究參與者提供安全、有效的護(hù)理，他們對(duì)于臨床試驗(yàn)研究取得成功至關(guān)重要[46]。人工智能與這類電子系統(tǒng)的結(jié)合可以提高臨床試驗(yàn)的成功率和研究參與者的安全性和依從性，同時(shí)為臨床研究護(hù)士提供工具來監(jiān)控和管理臨床試驗(yàn)方案。通過使臨床試驗(yàn)管理操作自動(dòng)化，可以減少護(hù)士的工作量并提高效率[47]。

3 人工智能的優(yōu)勢及局限性

隨著科技的發(fā)展，醫(yī)療保健相關(guān)的技術(shù)也正在快速進(jìn)步，人工智能對(duì)腫瘤護(hù)理方面影響巨大，有望從根本上改變護(hù)理實(shí)踐。人工智能的優(yōu)勢在于其基于大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上能夠開發(fā)出更準(zhǔn)確的模型，以預(yù)測和監(jiān)測疾病的進(jìn)展以及潛在的并發(fā)癥，幫助護(hù)理人員更好地進(jìn)行癥狀管理。此外，人工智能強(qiáng)大的信息處理能力將更好地輔助進(jìn)行護(hù)理協(xié)調(diào)，調(diào)整不合理的護(hù)理安排。此外，人工智能與物聯(lián)網(wǎng)、無線技術(shù)等結(jié)合，在藥物的智能制備與注射領(lǐng)域能夠幫助病人進(jìn)行遠(yuǎn)程、精準(zhǔn)、個(gè)性化的治療。

盡管人工智能有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是仍存在一定的局限性。首先，人工智能的開發(fā)往往基于大數(shù)據(jù)，尤其是深度學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練，當(dāng)納入的訓(xùn)練數(shù)據(jù)不能代表目標(biāo)人群時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)偏倚。盡管醫(yī)療相關(guān)的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長，但是數(shù)據(jù)的可使用性并不高，且存在獲取的壁壘，如各個(gè)醫(yī)院之間的數(shù)據(jù)不互通、數(shù)據(jù)清洗難度大等。如何將各類醫(yī)療數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)并訓(xùn)練出人工智能模型是目前面臨的一大挑戰(zhàn)。此外，將人工智能應(yīng)用于護(hù)理不能忽視倫理方面的問題。醫(yī)療健康數(shù)據(jù)可能包含了一個(gè)人的隱私敏感信息，在醫(yī)療保健中，尊重個(gè)人隱私是一項(xiàng)至關(guān)重要的道德原則。護(hù)士應(yīng)對(duì)其護(hù)理的病人負(fù)責(zé)，任何技術(shù)手段都應(yīng)作為輔助手段，而不能替代護(hù)理技能和判斷。

4 展望

采用人工智能來改善護(hù)士提供護(hù)理的方式，是新興技術(shù)為護(hù)理帶來變革的開始。但是關(guān)系到病人的健康，在護(hù)理時(shí)所使用的人工智能模型的開發(fā)需要格外謹(jǐn)慎，并需要友好的用戶界面便于護(hù)理人員使用，對(duì)于任何人工智能而言，如何無縫集成到常規(guī)護(hù)理工作流程中也是人工智能能否被更好地使用的關(guān)鍵。隨著人工智能的不斷進(jìn)步，人工智能將承擔(dān)相當(dāng)一部分當(dāng)今護(hù)士的工作，給腫瘤護(hù)理領(lǐng)域帶來變革?？梢灶A(yù)見的是，新技術(shù)將改變護(hù)士提供給病人的護(hù)理方式，然而就現(xiàn)階段來說，人工智能還無法完全替代護(hù)士，護(hù)士將在人工智能的幫助之下，掌握更多知識(shí)、技能及經(jīng)驗(yàn)，更好地提供護(hù)理服務(wù)。