第七章
智能醫(yī)療

近年來，智能醫(yī)療在國內(nèi)外的發(fā)展熱度不斷提升。有人提出，“盡管安防和智能投顧最為火熱，但AI在醫(yī)療領(lǐng)域可能會率先落地。”根據(jù)CB Insights 2017年8月發(fā)布的《人工智能全局報告》，醫(yī)療健康是人工智能最熱的投資領(lǐng)域，從2012年至今已經(jīng)有270起交易。一方面，圖像識別、深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)的突破帶來了人工智能技術(shù)新一輪的發(fā)展，大大推動了以數(shù)據(jù)密集、知識密集、腦力勞動密集為特征的醫(yī)療產(chǎn)業(yè)與人工智能的深度融合。另一方面，隨著社會進步和人們健康意識的覺醒，人口老齡化問題的不斷加劇，人們對于提升醫(yī)療技術(shù)、延長人類壽命、增強健康的需求也更加迫切。而實踐中卻存在著醫(yī)療資源分配不均，藥物研制周期長、費用高，以及醫(yī)務(wù)人員培養(yǎng)成本過高等問題。對于醫(yī)療進步的現(xiàn)實需求極大地刺激了以人工智能技術(shù)推動醫(yī)療產(chǎn)業(yè)變革升級浪潮的興起。

智能醫(yī)療的主要應(yīng)用場景

“從全球創(chuàng)業(yè)公司實踐的情況來看，智能醫(yī)療的具體應(yīng)用包括洞察與風(fēng)險管理、醫(yī)學(xué)研究、醫(yī)學(xué)影像與診斷、生活方式管理與監(jiān)督、精神健康、護理、急救室與醫(yī)院管理、藥物挖掘、虛擬助理、可穿戴設(shè)備以及其他。”總結(jié)來看，目前人工智能技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中于以下五個領(lǐng)域：

醫(yī)療機器人

“機器人技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用并不少見，比如智能假肢、外骨骼和輔助設(shè)備等技術(shù)修復(fù)人類受損身體，醫(yī)療保健機器人輔助醫(yī)護人員的工作等。”目前實踐中的醫(yī)療機器人主要有兩種：

一是能夠讀取人體神經(jīng)信號的可穿戴型機器人，也稱為“智能外骨骼”；

二是能夠承擔(dān)手術(shù)或醫(yī)療保健功能的機器人，以IBM開發(fā)的達·芬奇手術(shù)系統(tǒng)為典型代表。

智能藥物研發(fā)

智能藥物研發(fā)是指將人工智能中的深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于藥物研究，通過大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段，快速、準確地挖掘和篩選出合適的化合物或生物，達到縮短新藥研發(fā)周期、降低新藥研發(fā)成本、提高新藥研發(fā)成功率的目的。人工智能通過計算機模擬，可以對藥物活性、安全性和副作用進行預(yù)測。借助深度學(xué)習(xí)，人工智能已在心血管藥、抗腫瘤藥和常見傳染病治療藥等多領(lǐng)域取得了新突破；在抗擊埃博拉病毒中智能藥物研發(fā)也發(fā)揮了重要的作用。

智能診療

智能診療就是將人工智能技術(shù)用于輔助診療中，讓計算機“學(xué)習(xí)”專家醫(yī)生的醫(yī)療知識，模擬醫(yī)生的思維和診斷推理，從而給出可靠診斷和治療方案。智能診療場景是人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域最重要、也最核心的應(yīng)用場景。人工智能能夠更快地處理海量數(shù)據(jù)，通過深度學(xué)習(xí)從大數(shù)據(jù)中總結(jié)、發(fā)現(xiàn)規(guī)律，歸納總結(jié)出帶有規(guī)律性的差異，從而進行疾病的診斷。

智能醫(yī)學(xué)影像

智能醫(yī)學(xué)影像是將人工智能技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)影像的診斷上。人工智能在醫(yī)學(xué)影像上的應(yīng)用主要分為兩部分：一是圖像識別，應(yīng)用于感知環(huán)節(jié)，其主要目的是將影像進行分析，獲取一些有意義的信息；二是深度學(xué)習(xí)，應(yīng)用于學(xué)習(xí)和分析環(huán)節(jié)，通過大量的影像數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)，不斷對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進行深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練，促使其掌握診斷能力。

智能健康管理

智能健康管理是將人工智能技術(shù)應(yīng)用到健康管理的具體場景中。目前主要集中在風(fēng)險識別、虛擬護士、精神健康、在線問診、健康干預(yù)以及基于精準醫(yī)學(xué)的健康管理。

（1）風(fēng)險識別：通過獲取信息并運用人工智能技術(shù)進行分析，識別疾病發(fā)生的風(fēng)險及提供降低風(fēng)險的措施。

（2）虛擬護士：收集病人的飲食習(xí)慣、鍛煉周期、服藥習(xí)慣等個人生活習(xí)慣信息，運用人工智能技術(shù)進行數(shù)據(jù)分析并評估病人整體狀態(tài)，協(xié)助規(guī)劃日常生活。

（3）精神健康：運用人工智能技術(shù)從語言、表情、聲音等數(shù)據(jù)進行情感識別。

（4）移動醫(yī)療：結(jié)合人工智能技術(shù)提供遠程醫(yī)療服務(wù)。

（5）健康干預(yù)：運用AI對用戶體征數(shù)據(jù)進行分析，定制健康管理計劃。

智能醫(yī)療產(chǎn)業(yè)應(yīng)用典型案例

醫(yī)療機器人

一是智能外骨骼。俄羅斯ExoAtlet公司生產(chǎn)了兩款“智能外骨骼”產(chǎn)品：ExoAtletⅠ和ExoAtlet Pro。前者適用于家庭，后者適用于醫(yī)院。ExoAtletⅠ適用于下半身癱瘓的患者，只要上肢功能基本完整，它能幫助患者完成基本的行走、爬樓梯及一些特殊的訓(xùn)練動作。ExoAtlet Pro在ExoAtletⅠ的基礎(chǔ)上包括了更多功能，如測量脈搏、電刺激、設(shè)定既定的行走模式等。日本厚生勞動省已經(jīng)正式將“機器人服”和“醫(yī)療用混合型輔助肢”列為醫(yī)療器械在日本國內(nèi)銷售，主要用于改善肌萎縮側(cè)索硬化癥、肌肉萎縮癥等疾病患者的步行機能。

二是手術(shù)機器人。世界上最有代表性的做手術(shù)的機器人就是達·芬奇手術(shù)系統(tǒng)。“達·芬奇手術(shù)系統(tǒng)分為兩部分：手術(shù)室的手術(shù)臺和醫(yī)生可以在遠程操控的終端。手術(shù)臺是一個有三個機械手臂的機器人，它負責(zé)對病人進行手術(shù)，每一個機械手臂的靈活性都遠遠超過人，而且?guī)в袛z像機可以進入人體內(nèi)手術(shù)，因此不僅手術(shù)的創(chuàng)口非常小，而且能夠?qū)嵤┮恍┤祟愐簧茈y完成的手術(shù)。在控制終端上，計算機可以通過幾臺攝像機拍攝的二維圖像還原出人體內(nèi)的高清晰度的三維圖像，以便監(jiān)控整個手術(shù)過程。目前全世界共裝配了3000多臺達·芬奇機器人，完成了300萬例手術(shù)。”

智能藥物研發(fā)

“效率是藥物開發(fā)的關(guān)鍵”。美國硅谷公司Atomwise通過IBM超級計算機，在分子結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫中篩選治療方法，經(jīng)評估選出820萬種藥物研發(fā)的候選化合物。2015年，Atomwise基于現(xiàn)有的候選藥物，應(yīng)用人工智能算法，在不到一天時間內(nèi)就成功地尋找出能控制埃博拉病毒的兩種候選藥物。

除挖掘化合物研制新藥外，美國Berg生物醫(yī)藥公司通過研究生物數(shù)據(jù)研發(fā)新型藥物。“Berg通過其開發(fā)的Interrogative Biology人工智能平臺，研究人體健康組織，探究人體分子和細胞自身防御組織以及發(fā)病原理機制，利用人工智能和大數(shù)據(jù)來推算人體自身分子潛在的藥物化合物。這種利用人體自身的分子來醫(yī)治類似于糖尿病和癌癥等疑難雜癥，要比研究新藥的時間成本與資金少一半。”

智能診療

國外最早將人工智能應(yīng)用于醫(yī)療診斷的是MYCIN專家系統(tǒng)。我國研制基于人工智能的專家系統(tǒng)始于20世紀70年代末，但是發(fā)展很快。早期有北京中醫(yī)學(xué)院研制成的“關(guān)幼波肝炎醫(yī)療專家系統(tǒng)”，它是模擬著名老中醫(yī)關(guān)幼波大夫?qū)Ω尾≡\治的程序。80年代初，福建中醫(yī)學(xué)院與福建計算機中心研制了林如高骨傷計算機診療系統(tǒng)。其他如廈門大學(xué)、重慶大學(xué)、河南醫(yī)科大學(xué)、長春大學(xué)等高等院校和研究機構(gòu)開發(fā)了基于人工智能的醫(yī)學(xué)計算機專家系統(tǒng)，并成功應(yīng)用于臨床。

在智能診療的應(yīng)用中，IBM Watson是目前最成熟的案例。IBM Watson可以在17秒內(nèi)閱讀3469本醫(yī)學(xué)專著、248000篇論文、69種治療方案、61540次試驗數(shù)據(jù)、106000份臨床報告。2012年Watson通過了美國職業(yè)醫(yī)師資格考試，并部署在美國多家醫(yī)院提供輔助診療的服務(wù)。目前Watson提供診治服務(wù)的病種包括乳腺癌、肺癌、結(jié)腸癌、前列腺癌、膀胱癌、卵巢癌、子宮癌等多種癌癥。Watson實質(zhì)是融合了自然語言處理、認知技術(shù)、自動推理、機器學(xué)習(xí)、信息檢索等技術(shù)，并給予假設(shè)認知和大規(guī)模的證據(jù)搜集、分析、評價的人工智能系統(tǒng)。

智能影像識別

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)，對乳腺癌病理圖片中癌細胞的識別準確率能達到92%。

美國企業(yè)Enlitic將深度學(xué)習(xí)運用到了癌癥等惡性腫瘤的檢測中，該公司開發(fā)的系統(tǒng)的癌癥檢出率超越了4位頂級的放射科醫(yī)生，診斷出了人類醫(yī)生無法診斷出的7%的癌癥。

智能健康管理

一是風(fēng)險識別。風(fēng)險預(yù)測分析公司Lumiata，通過其核心產(chǎn)品——風(fēng)險矩陣（Risk Matrix），在獲取大量的健康計劃成員或患者電子病歷和病理生理學(xué)等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，為用戶繪制患病風(fēng)險隨時間變化的軌跡。利用Medical Graph圖譜分析對病人做出迅速、有針對性的診斷，從而使病人的分診時間縮短30%～40%。

二是虛擬護士。Next IT開發(fā)的一款A(yù)PP慢性病患者虛擬助理（Alme Health Coach），“是專為特定疾病、藥物和治療設(shè)計配置。它可以與用戶的鬧鐘同步，來觸發(fā)例如‘睡得怎么樣’的問題，還可以提示用戶按時服藥。這種思路是收集醫(yī)生可用的可行動化數(shù)據(jù)，來更好地與病人對接”。該款A(yù)PP主要服務(wù)于患有慢性疾病的病人，其基于可穿戴設(shè)備、智能手機、電子病歷等多渠道數(shù)據(jù)的整合，綜合評估病人的病情，提供個性化健康管理方案。美國國立衛(wèi)生研究院（NIH）投資了一款名為AiCure的App。這款A(yù)pp通過將手機攝像頭和人工智能相結(jié)合，自動監(jiān)控病人服藥情況。

三是精神健康。2011年，美國Ginger. io公司開發(fā)了一個分析平臺，通過挖掘用戶智能手機數(shù)據(jù)來發(fā)現(xiàn)用戶精神健康的微弱波動，推測用戶生活習(xí)慣是否發(fā)生了變化，根據(jù)用戶習(xí)慣來主動對用戶提問。當(dāng)情況變化時，會推送報告給身邊的親友甚至醫(yī)生。Affectiva公司開發(fā)的情緒識別技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)攝像頭來捕捉記錄人們的表情，并能分析判斷出人的情緒是喜悅、厭惡還是困惑等。

四是移動醫(yī)療。Babylon開發(fā)的在線就診系統(tǒng)，能夠基于用戶既往病史與用戶和在線人工智能系統(tǒng)對話時所列舉的癥狀，給出初步診斷結(jié)果和具體應(yīng)對措施。AiCure是一家提醒用戶按時用藥的智能健康服務(wù)公司，“其利用移動技術(shù)和面部識別技術(shù)來判斷患者是否按時服藥，再通過APP來獲取患者數(shù)據(jù)，用自動算法來識別藥物和藥物攝取”。

五是健康干預(yù)。Welltok通過旗下的Café Well Health健康優(yōu)化平臺，運用人工智能技術(shù)分析來源于可穿戴設(shè)備的Map My Fitness和Fit Bit等合作方的用戶體征數(shù)據(jù)，提供個性化的生活習(xí)慣干預(yù)和預(yù)防性健康管理計劃。

國內(nèi)智能醫(yī)療發(fā)展情況

根據(jù)方正證券發(fā)布的互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療深度報告，“中國互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：信息服務(wù)階段，實現(xiàn)人和信息的連接；咨詢服務(wù)階段，實現(xiàn)人和醫(yī)生的連接；診療服務(wù)階段，實現(xiàn)人和醫(yī)療機構(gòu)的連接。”在實際的產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，中國智能醫(yī)療仍處于起步階段，但由于資本的追捧，多家智能醫(yī)療創(chuàng)業(yè)公司已順利獲得融資。在未來的發(fā)展中，國內(nèi)公司應(yīng)當(dāng)加強數(shù)據(jù)庫、算法、通用技術(shù)等基礎(chǔ)層面的研發(fā)與投資力度，在筑牢基礎(chǔ)的同時進一步拓展智能醫(yī)療的應(yīng)用領(lǐng)域。

智能醫(yī)療發(fā)展中面臨的挑戰(zhàn)

政府監(jiān)管障礙。醫(yī)療領(lǐng)域本身屬于政府高度監(jiān)管的行業(yè)領(lǐng)域，在醫(yī)療行業(yè)領(lǐng)域引入人工智能技術(shù)以及深度推廣智能醫(yī)療的應(yīng)用，都會引起政府監(jiān)管政策的調(diào)整。推進智能醫(yī)療的縱深發(fā)展，應(yīng)當(dāng)首先符合政府的監(jiān)管要求。如近期我國國家衛(wèi)計委辦公廳發(fā)布的《關(guān)于征求互聯(lián)網(wǎng)診療管理辦法（試行）》（征求意見稿）和《關(guān)于推進互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療服務(wù)發(fā)展的意見》（征求意見稿）中即提出，我國將對互聯(lián)網(wǎng)診療服務(wù)實行嚴格管理，強調(diào)依法依規(guī)保證質(zhì)量和安全。

醫(yī)療數(shù)據(jù)的獲取限制。由于醫(yī)療數(shù)據(jù)本身具有的敏感屬性（如涉及個人基因數(shù)據(jù)、患病信息等），許多國家對醫(yī)療數(shù)據(jù)的收集、存儲、使用都做了比一般數(shù)據(jù)更為嚴格的規(guī)定。如澳大利亞規(guī)定，除列舉的特殊情況外，境內(nèi)的醫(yī)療數(shù)據(jù)不得傳輸?shù)骄惩狻Ｃ绹惨筢t(yī)療信息的商業(yè)化應(yīng)用必須嚴格符合HIPPA和HITECH兩個法案的規(guī)定。而智能醫(yī)療想要獲得長足發(fā)展，必須依賴大量醫(yī)療數(shù)據(jù)的積累。正如德勤醫(yī)療負責(zé)人Rajeev Ronanki所說，只有三股強大力量的結(jié)合，才能推動機器學(xué)習(xí)向前發(fā)展，這三股力量是：數(shù)據(jù)的指數(shù)級增長、更快速的分布式系統(tǒng)，以及更智能的能夠處理和理解數(shù)據(jù)的算法。醫(yī)療數(shù)據(jù)獲取和使用的限制，也會在一定程度上阻礙智能醫(yī)療的發(fā)展。

與傳統(tǒng)醫(yī)院業(yè)務(wù)兼容困難。實際上，目前傳統(tǒng)醫(yī)院已經(jīng)具備了一定的信息化水平，推進智能醫(yī)療的應(yīng)用，需要從根本上更新傳統(tǒng)醫(yī)院的IT系統(tǒng)和信息化業(yè)務(wù)，這不僅需要更新設(shè)備設(shè)施，也需要對相關(guān)人員進行培訓(xùn)教育，成本較高，且會對傳統(tǒng)業(yè)務(wù)造成沖擊。與傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的兼容也會滯緩智能醫(yī)療的發(fā)展與應(yīng)用。