人工智能在醫(yī)療健康領(lǐng)域的發(fā)展

劉建立

（平安普惠企業(yè)管理有限公司）

人工智能技術(shù)引發(fā)全球產(chǎn)業(yè)鏈開始了新一輪的技術(shù)革命，各產(chǎn)業(yè)界謀求產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，搶先布局人工智能，打造生態(tài)創(chuàng)新的新形態(tài)。伴隨著醫(yī)療健康領(lǐng)域快速發(fā)展，醫(yī)療健康數(shù)據(jù)快速增長以及AI技術(shù)不斷進步，人工智能在醫(yī)療健康的應(yīng)用逐步從實驗室研究階段轉(zhuǎn)換到商業(yè)場景落地，并且應(yīng)用場景覆蓋在醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)鏈的各環(huán)節(jié)當(dāng)中，呈現(xiàn)形式越發(fā)豐富多樣。本文結(jié)合人工智能在醫(yī)療、健康領(lǐng)域的應(yīng)用場景，探知以數(shù)據(jù)與計算密集、腦力與知識密集為特征的醫(yī)療、健康產(chǎn)業(yè)與人工智能的融合情況，探索其面臨的挑戰(zhàn)和發(fā)展機遇，旨在為我國人工智能公司在醫(yī)療、健康領(lǐng)域應(yīng)用發(fā)展提供方向。

一、人工智能應(yīng)用于醫(yī)療健康的主要場景

（一）智能醫(yī)學(xué)影像

智能醫(yī)學(xué)影像，就是將AI技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)影像的相關(guān)分析、診斷和預(yù)測中。主要包含有三個方面：一是自動構(gòu)建與自適應(yīng)放療腫瘤靶區(qū)，針對腫瘤放療環(huán)節(jié)的影像進行分析處理；二是影像標(biāo)注、識別，針對醫(yī)學(xué)影像進行圖像切分、特征提取、定量與對比分析等處理；三是影像三維重建，主要用于手術(shù)環(huán)節(jié)影像處理。

腫瘤病人通常會選擇放療作為主要治療方式之一，而放療的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)是對病變器官的正確定位和精準(zhǔn)勾畫。在放療之前，醫(yī)生會先對CT上的腫瘤和器官位置做標(biāo)記，人工標(biāo)注通常需要耗費240分鐘。通過應(yīng)用人工智能勾畫靶區(qū)和自適應(yīng)放療軟件，幫助放療科醫(yī)生在30分鐘即可完成一套200-450張CT片自動勾畫，使效率和準(zhǔn)確度大大提升。目前，AI+靶區(qū)勾畫在各類癌癥疾病上的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，如食管癌、鼻咽癌、肺癌、皮膚癌等癌癥疾病，參與研發(fā)企業(yè)包括依圖科技、連心醫(yī)療、匯醫(yī)慧影等公司。

影像的識別與標(biāo)注，是指通過對特定疾病的圖像數(shù)據(jù)進行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，在醫(yī)院臨床使用，幫助醫(yī)生糾正誤診漏診情況。目前主要應(yīng)用在糖網(wǎng)病的篩查，糖網(wǎng)病是糖尿病患者的致盲眼病，在視網(wǎng)膜血管病變中較為常見。當(dāng)糖網(wǎng)病出現(xiàn)癥狀時通常已錯過了最好治療時機，因為其早期通常無臨床醫(yī)學(xué)癥狀。通過對糖網(wǎng)病眼底圖像的深度學(xué)習(xí)，應(yīng)用在眼底讀片環(huán)節(jié)，進行初步篩選、檢查，可以大幅提升糖網(wǎng)病篩查的效率。除了糖網(wǎng)病，還可用于白內(nèi)障、黃斑裂孔、老年性黃斑變性等疾病的篩查診斷。另外推想科技推出的智能CT輔助篩查產(chǎn)品在肺癌篩查中也有很好的效果。

影像三維重建在20世紀(jì)就已經(jīng)被采用過，但由于配準(zhǔn)缺陷而使用率不高，通過AI算法相關(guān)技術(shù)，僅需少量地采集信號做圖像恢復(fù)，就能夠得到與全采樣同樣質(zhì)量的圖像。并且使用三維影像重建技術(shù)，通過低劑量的CT與PET圖像重建得到高質(zhì)量圖像，在滿足臨床診斷訴求的同時還能降低輻射的風(fēng)險。目前國內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域是在肺結(jié)節(jié)識別上，特別是易漏診結(jié)節(jié)，AI能夠做到有效識別，比如6毫米以下磨玻璃結(jié)節(jié)和實性結(jié)節(jié)，AI能達(dá)到90%以上準(zhǔn)確率，同時還能提供結(jié)節(jié)性質(zhì)、密度、位置等信息。

影像三維重建還可通過結(jié)合3D手術(shù)的規(guī)劃功能，助力醫(yī)生實現(xiàn)術(shù)前規(guī)劃。首先是將患者器官的真實3D模型自動化重構(gòu)，其次是無縫對接3D打印機，最終實現(xiàn)3D器官實體模型的精準(zhǔn)打印，確保手術(shù)順利，也推動了醫(yī)療數(shù)字化和精準(zhǔn)化。

（二）智能導(dǎo)診

智能導(dǎo)診是基于醫(yī)療健康專業(yè)領(lǐng)域的知識系統(tǒng)，通過聲紋識別、語音合成、識別及自然語言轉(zhuǎn)義處理等相關(guān)技術(shù)，實現(xiàn)人機交互，解決諸如語音電子病歷、智能問診和導(dǎo)診以及衍生等更多需求。

目前我國醫(yī)生書寫病歷占用大量工作時間，采用傳統(tǒng)書寫病例方式轉(zhuǎn)錄電腦效率低下，語音電子病歷可以將醫(yī)生主訴內(nèi)容實時轉(zhuǎn)換成文本，錄入CIS、HIS等醫(yī)院信息管理軟件中，提升病歷填寫效率，節(jié)省醫(yī)生時間，使其能更多地投入到疾病診斷和與患者的交流中。國內(nèi)提供電子語音病歷的公司主要有中科匯能、科大訊飛及云知聲。中科匯能科技的“醫(yī)語通”軟硬件一體解決方案，通過自主研發(fā)麥克風(fēng)及無監(jiān)督自適應(yīng)技術(shù)逐步解決口音識別問題?？拼笥嶏w的“云醫(yī)生”App+自主研發(fā)的麥克風(fēng)，語音識別技術(shù)相對成熟。云知聲開發(fā)的“云知聲”軟硬件一體解決方案，具備云端語義校正，識別有口音的普通話。

智能問診主要用來解決目前醫(yī)生供給不足、醫(yī)患溝通效率低下兩大難題。智能問診系統(tǒng)包括“自診”和“預(yù)問診”兩大功能?！白栽\”主要是在PC端或手機端患者通過人機互動完成智能問診，生成診斷信息給患者參考。“預(yù)問診”是指患者在掛號完成后，訪問醫(yī)院系統(tǒng)的智能問診模塊，系統(tǒng)根據(jù)患者輸入的基本信息、過敏史、病情癥狀、既往病史等信息生成初步報告診斷，并把信息推給醫(yī)生，縮短問診時間，減少醫(yī)患溝通內(nèi)容，提升醫(yī)患溝通的效率。目前這一板塊的公司主要有云聽、半個醫(yī)生、壹健康、康夫子、云知聲、萬物語聯(lián)，春雨醫(yī)生、好大夫等移動醫(yī)療服務(wù)平臺也在嘗試進入，智能問診系統(tǒng)是移動醫(yī)療平臺服務(wù)升級的突破口。

（三）智能診療

智能診療是將人工智能技術(shù)應(yīng)用于輔助診療中，通過機器學(xué)習(xí)、知識圖譜等技術(shù)，掌握專家醫(yī)生的醫(yī)療知識體系，模擬醫(yī)生就診邏輯及診斷推理，提供診斷結(jié)果和最佳治療方案。

國外最早將AI應(yīng)用于醫(yī)療診斷的是MYCIN專家系統(tǒng)，國內(nèi)的是福建中醫(yī)學(xué)院與福建計算機中心在20世紀(jì)80年代初研制的林如高骨傷計算機診療系統(tǒng)。在智能診療的案例應(yīng)用中，目前最成熟的是IBM的Watson應(yīng)用。它是認(rèn)知計算系統(tǒng)的杰出代表，每秒能夠讀800000000頁的資料，還可以從來自于醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)、臨床報告、影像報告及其他方面的數(shù)據(jù)中洞察分析，提取信息，幫助醫(yī)生做出最佳決策治療方案。

（四）智能健康管理

智能健康管理是通過智能方式如AI、大數(shù)據(jù)等技術(shù)進行的健康管理。目前主要通過移動醫(yī)療設(shè)備、智能終端、醫(yī)療健康應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)接入多項檢測數(shù)據(jù)，同時對患者的行為數(shù)據(jù)進行智能監(jiān)控分析，實現(xiàn)患者的健康管理。目前智能健康管理主要用于精神健康管理、健康干預(yù)、流感預(yù)測等方面。

精神健康管理，主要表現(xiàn)為利用人臉跟蹤與識別、智能語音、情感處理、數(shù)據(jù)挖掘等AI技術(shù)進行情緒分析，做到對精神類疾病的預(yù)測和治療。Ginger.io公司是一家提供個性化，全面的護理服務(wù)的公司，他們通過將智能手機數(shù)據(jù)和人際關(guān)系相結(jié)合來識別用戶精神健康的微弱波動，了解個人的生活習(xí)慣是否有變化，從而能夠為用戶提供全面的護理和量身定制的個性化服務(wù)。國內(nèi)中威電子開發(fā)的情感人工智能系統(tǒng)，通過攝像頭遠(yuǎn)程提取人的面部信息，通過血譜光學(xué)成像技術(shù)，對關(guān)鍵檢測區(qū)域提取面部血流信息進行識別，再通過情感智能引擎及預(yù)測生理、心理狀態(tài)的分析測量，透過表層面部現(xiàn)象看用戶內(nèi)心活動。

健康干預(yù)主要是通過智能穿戴設(shè)備收集用戶的健康相關(guān)數(shù)據(jù)，利用人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)分析個人健康水平，對用戶進行健康干預(yù)，為用戶提供飲食起居方面的建議，幫助用戶養(yǎng)成良好的生活習(xí)慣。Welltok搭建了健康管理優(yōu)化平臺，通過可穿戴設(shè)備FitBit和Map MyFitness等合作方拿到用戶相關(guān)數(shù)據(jù)，運用AI技術(shù)分析，提供用戶預(yù)防性健康管理計劃和個性化的生活習(xí)慣干預(yù)。

流感預(yù)測是通過對人員數(shù)據(jù)收集，建立相關(guān)數(shù)據(jù)庫、智能分析模型等，預(yù)測某些流行疾病的發(fā)病概率。Google Fit提供多種可穿戴設(shè)備，通過對生物統(tǒng)計數(shù)據(jù)持續(xù)海量地收集，能夠做到對部分傳染性疾病的預(yù)防、監(jiān)控，非常及時和準(zhǔn)確。

（五）智能藥物研發(fā)

智能藥物研發(fā)通過醫(yī)藥、醫(yī)療大數(shù)據(jù)信息，結(jié)合深度學(xué)習(xí)、機器學(xué)習(xí)等算法，對研發(fā)藥物中不同化學(xué)物質(zhì)組成進行判斷分析，預(yù)測藥物安全性、活性及副作用。通過這種方式，可以有效縮短藥品研發(fā)周期，降低藥品研發(fā)價格和成本。人工智能特別在孤兒藥、心血管藥、常見傳染病藥及抗腫瘤藥應(yīng)用研發(fā)中效果顯著。

除通過藥物化學(xué)物質(zhì)分析研制新藥外，美國科德寶生物醫(yī)藥公司還通過對生物數(shù)據(jù)進行研究研制新藥?？频聦毻ㄟ^研究人體健康組織，探索人體分子和細(xì)胞自身防御組織以及發(fā)病原理機制，通過自身的AI平臺，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析人體自身分子潛在的藥物組成。通過這種方式來醫(yī)治類似于癌癥、糖尿病等疑難病癥，比研究新藥的資金投入及時間成本減少50%。

（六）醫(yī)療機器人

機器人技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用較為常見，如修復(fù)人類受損身體的智能外骨骼、智能輔助設(shè)備、假肢等技術(shù)設(shè)備，輔助醫(yī)生做手術(shù)的醫(yī)療手術(shù)機器人。目前應(yīng)用中的醫(yī)療機器人主要有兩類：一類是稱為“智能外骨骼”的可穿戴型機器人，主要通過讀取人體神經(jīng)信號來實現(xiàn)；另外一類是醫(yī)療保健功能或者能夠承擔(dān)手術(shù)的機器人。

智能外骨骼的應(yīng)用，如俄羅斯ExoAtlet公司生產(chǎn)的EAM（ExoAtlet Medy）產(chǎn)品，通過輔助行走來幫助患者恢復(fù)行走能力及一些其他的動作訓(xùn)練。用于改善肌肉萎縮癥等疾病患者的步行機能的“醫(yī)療用混合型輔助肢”已經(jīng)在日本國內(nèi)得到生產(chǎn)許可，作為醫(yī)療器械，可以在本國內(nèi)銷售。

世界上做手術(shù)的機器人最具典型代表的就是達(dá)·芬奇手術(shù)系統(tǒng)，它主要分成兩個部分，一部分是手術(shù)室的手術(shù)臺相關(guān)設(shè)備，另外一部分是醫(yī)生可以遠(yuǎn)程操控的終端設(shè)備。手術(shù)臺設(shè)備是有三個機械臂的機器人，可以提供高清3D視像并執(zhí)行精密操作，它負(fù)責(zé)對病人進行手術(shù)。達(dá)·芬奇手術(shù)機器臂的靈活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人手，可以轉(zhuǎn)出人的手腕、手指無法企及的角度，并且可以長時間手術(shù)手臂不抖。用機械臂作手術(shù)還可以做到手術(shù)切口非常小，從而使患者傷口愈合更快。在終端控制設(shè)備上，通過攝像機二維圖像計算還原人體三維高清晰圖像，方便醫(yī)生監(jiān)控手術(shù)全流程。

（七）基因大數(shù)據(jù)

基因測序技術(shù)的發(fā)展讓我們積累了海量的基因數(shù)據(jù)，并且也讓對應(yīng)的成本做到大幅度降低。超大量的基因數(shù)據(jù)讓醫(yī)學(xué)界理解了病變基因、基因缺陷等相關(guān)知識。基因測序技術(shù)目前已進化至第三代，第三代測序方法做到了時間大幅縮短和成本顯著降低，加速推動了基因測序技術(shù)的商業(yè)化進程。

國內(nèi)致力于疾病風(fēng)險預(yù)測的公司主要有兩類：一是掌握基因測序核心技術(shù)，研發(fā)基因測序儀器的上游企業(yè)。業(yè)務(wù)模式主要是通過中游合作伙伴做基于測序儀上的應(yīng)用開發(fā)。二是利用基因測序儀，面向B端和C端提供測序服務(wù)的中游企業(yè)。業(yè)務(wù)模式則主要是開發(fā)測序相關(guān)應(yīng)用，面向B端醫(yī)院或者C端公眾和患者?；驒z測行業(yè)中，華大基因作為我國基因檢測龍頭，通過持續(xù)多年對研發(fā)的高投入，積累了較明顯的技術(shù)壁壘，特別是通過遺傳性耳聾基因篩查服務(wù)（累計服務(wù)超過250萬名新生兒和成人），檢測出幾千名遲發(fā)性耳聾及先天性耳聾患者。

二、人工智能在醫(yī)療健康應(yīng)用中面臨的挑戰(zhàn)和機遇

（一）人工智能在醫(yī)療健康應(yīng)用中的挑戰(zhàn)

智能醫(yī)療健康雖然在國內(nèi)外的發(fā)展熱度不斷提升，但醫(yī)療作為一個特殊的傳統(tǒng)行業(yè)，人工智能在其應(yīng)用中還存在諸多問題，總結(jié)概括為四個方面。一是醫(yī)學(xué)作為一個的前沿學(xué)科，會隨時遇到新的疑難雜癥，醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的高門檻和技術(shù)力量的欠缺會限制人工智能的發(fā)展。二是醫(yī)療健康相關(guān)數(shù)據(jù)的積累需要時間，算法模型難以迅速得到優(yōu)化，同時AI醫(yī)療面臨醫(yī)療數(shù)據(jù)孤島、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)不足、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一難以共享等問題，也導(dǎo)致算法模型訓(xùn)練優(yōu)化難度加大。例如在2017年，IBM Watson和著名的MD安德森癌癥中心合作不歡而散，其主要原因就是醫(yī)療數(shù)據(jù)不規(guī)范、不完整、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，導(dǎo)致其信息無法應(yīng)用于AI機器學(xué)習(xí)或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練。三是人工智能醫(yī)療廣泛落地的同時，商業(yè)化落地難題困擾了各個創(chuàng)業(yè)企業(yè)，商業(yè)模式不清晰導(dǎo)致造血能力不足，行業(yè)目前仍處于普遍虧損階段，產(chǎn)品大多處于試用階段。四是醫(yī)療健康也是一個強監(jiān)管行業(yè)，政策在某種程度上起到了決定性作用。

（二）人工智能在國內(nèi)醫(yī)療健康發(fā)展中的機遇

1.人口老齡化的發(fā)展

人口老齡化已成為全球未來一個世紀(jì)的大趨勢。據(jù)聯(lián)合國預(yù)計，全球生育率將從2010-2015年的2.5降至2025-2030年的2.4，并在2095-2100進一步降至2.0。我國勞動年齡人口從2012年就出現(xiàn)了首次下滑，人口撫養(yǎng)比拐點向上已至，人口紅利優(yōu)勢不在，而出生率下滑和平均壽命延長帶來的人口老齡化問題也刺激了醫(yī)療健康領(lǐng)域的需求。通過互聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、人工智能等技術(shù)來促進醫(yī)療公平、填補巨大的醫(yī)療需求缺口，能夠彌補生產(chǎn)力下降并減緩勞動力人口減少對經(jīng)濟帶來的沖擊。

2.醫(yī)療健康政策的支持

醫(yī)療健康作為我國大力支持人工智能應(yīng)用落地的四大產(chǎn)業(yè)之一，針對我國醫(yī)療資源所面臨的問題，政府也出臺了多項政策文件來加速人工智能場景的落地。例如我國自2002年以來陸續(xù)推出了一系列病歷電子化方面的規(guī)范文件，推動病歷電子化和醫(yī)療數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化進程。

3.行業(yè)自身發(fā)展的需要

我國現(xiàn)階段醫(yī)療資源存在基層醫(yī)療水平不高、分布不均、供給不足、無法滿足病患重大疑難疾病看病需求等現(xiàn)狀，應(yīng)用人工智能技術(shù)解決上述問題是必然的選擇。伴隨著分級診療制度的逐步建立，人工智能、互聯(lián)網(wǎng)等科技手段實施將有效緩解我國醫(yī)療資源不足及分布嚴(yán)重不平衡的現(xiàn)狀，也將大幅提升基層醫(yī)療水平。

總體而言，我國智能醫(yī)療健康的發(fā)展還處于起步階段，結(jié)合我國具體國情及政府政策的大力支持，人工智能的應(yīng)用將橫向延伸到醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)鏈的各個環(huán)節(jié)，并將進一步深耕細(xì)化。隨著人工智能應(yīng)用全球化浪潮的推進，智能醫(yī)療健康領(lǐng)域這片藍(lán)海潛藏著無限的商機，面對前所未有的發(fā)展機遇，我國智能醫(yī)療健康領(lǐng)域?qū)瓉泶蟀l(fā)展。