探究人工智能在临床医学的新型优势

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摘要：近年来，人工智能（AI）技术和由其引发的大数据时代自社会的各个层面包括我们的思维、生活方式和工作模式产生了巨大的变革；从互联网到云计算，再到由大数据集合而成的人工智能，不断更新的处理手段使医疗行业也开始尝试新的转变，从传统的人工诊疗、教学模式逐步转变为依据机器学习来获取更高效的信息，这一过程对医学领域的发展具有重要的影响并且有效的促进了医学思维模式和科研研究方式的转变，因此本文主要通过总结人工智能在医学中的发展历程，并对其在医学领域中各学科的的应用进行分析，从而对人工智能的前景和发展趋势进行预测。

关键词：人工智能；医学领域；医学诊疗；智能技术

人工智能（artificialIntelligence，AI）是一门新兴的技术学科，可以对现有的理论、方法和技术进行整合并能进一步开发新的系统，进行相关的科学研究；自人工智能产生以来，其理论和技术日益成熟，应用领域也在不断扩大[1]。总的来说，AI是一种新的、能以与人类职能相似的方式做出反应的智能机器，包括机器人、图像和语言识别、处理自然语言等；通过了解AI的实质，能够让我们更好的应用这门技术。由此来看，AI所执行的主要任务就是要使其能够胜任一部分通常需要人类才能完成的复杂工作。AI通过不断的完善和发展改变了人们的工作和生活方式，也促使医疗行业工作者对其价值进行了思考和探索。从现有的成果可以预见，AI功能的扩展和创新，将为临床医生以及科研人员开辟全新的领域，为基因组学探索、医药研发以及疾病诊断提供新的思路和途径。

1医疗领域中的人工智能技术概述

自20世纪开始，我们开始致力于开发出机器学习方法，期待解决一些人工无法解决的问题，这便是最初的人工智能技术来源。目前研发的人工智能系统，已经可以处理大量的数据和知识如计算方法、混合智能系统等[2]。然而，人工智能不仅涉及一门技术或是一门学科，而是多种学科技术的融合。通过人工智能系统，我们可以查找、学习、设定计划；另一方面，我们还可以通过人工智能系统模拟出具体的智能行为，也包括各类医学科研研究过程。这项技术打破了限制医疗行业发展的障碍，即如何有效的探索和分析一些需要应用大量知识来解决的复杂性诊疗问题。现在，医学AI通过发展和完善使这些问题能被很好的解决，并且为我们提供了精准的治疗方案。

2人工智能在医学领域中的应用及其影响

2.1人工智能在医学领域中的应用

医疗是医生围绕患者的生命状态和病情进展形成思辨，并进行干涉性操作和观察性总结的过程[3]。然而在临床上仅凭医疗工作者的能力完成一系列诊治过程和步骤并不现实。随着新兴的技术日趋增多，人工智能在医学领域中的应用越来越广泛，包括大数据技术，主要通过在数据中制定一系列规则，从而对数据进行有效分类，再与临床医生的医嘱相结合，充分体现了具有可靠性和精确性的智能诊疗模式[4]。在这一智能系统的辅助下，医疗工作人员可检查系统举出的病症和推论是否合理，然后将更多的信息加入，对大量的医疗数据进行整理总结，得出最佳治疗建议。这种新型的方式可以更好的处理信息，辅助医生进行诊疗。对于我们获得的大量信息，人工智能系统可通过“深度学习”将其进行分类和归纳，还可进行直接提取和输出，减少了不必要的人工劳动[5]。另外人工智能在医学中的应用还涉及药物挖掘、健康管理、疾病风险预测等[6]，通过人工智能将各学科和各平台系统进行有机结合使医疗行业得到了更快的发展，这一发展体现在三个层面：对于临床医生而言，能够通过便捷的手段对患者的病情进行准确的解释和判断；通过简化工作流程和减少医疗失误的潜力来改善医疗系统；对于患者而言，智能系统使他们能安心其处理自身的健康数据，更好的促进人类健康[7]。

2.2人工智能在医学领域中的影响

人工智能在医学领域的应用具有广阔的前景，包括机器学习与深度学习、知识图谱、自然语言处理、生物识别等[8]。但在前期，由于系统性不完善、参与人员不足，造成相关研究往往只能取其中一个非常具体的层面切入[9]，主要是限于背景、实力等因素，无法做到面面俱到，造成人工智能出现缓慢发展的状态。而在后期，计算机编写的程序是主要根据专家的设计原理和方法来模拟医生的思维过程来进行诊断的[10]。其中医疗专家系统就是人工智能的体现，对于医生个人技术及水平问题导致的误诊、漏诊等情况，可以通过人工智能来弥补，经验不足的医师也能从人工智能系统中得到学习和提高[11]。由此来看，人工智能是医生诊断疾病的理想工具，能够辅助医生处理较为复杂的医疗问题，获得更好的治疗效果。目前对于各种疾病的诊疗及手术均已形成规范和指南，但毕竟诊疗过程由人来完成，这导致不同医生之间的方法、水平存在较大差异，使用人工智能设定这一标准可大大提高操作的精确性和标准化程度[12]。在临床中各类患者的情况并不相同，因此个体化的医疗设计方案可以提高医疗质量，即在证据充分的基础上，根据患者情况选择最适合的治疗方法，这种智能医疗方案能够给患者带来更好的诊疗体验。此外，我国人口众多，各级医院每年诊治数目庞大的患者，积累了世界上最多的临床医疗数据[13]，针对我们的医疗数据分散、不标准、非结构化的缺陷，我们采用了医院标准化电子病历，建立安全有效的互联网数据库，将人工智能系统的价值充分的发挥出来。另外，现有的和即将产生的医学知识可能会逐渐超出人类思维的组织能力，但医学教育可以充分利用这一技术不断进行信息的获取和传递[14]，有利于教育信息的不间断传播。

3人工智能在临床医学与医学教育中的发展和应用

3.1医学人工智能技术的发展

医学人工智能致力于基础研究，辅助医生完成诊疗工作、恢复患者心理和精神健康已有几十余年。自1970年以来，医学人工智能相关技术就开始产生，并逐渐应用于分子生物学、临床医疗诊断等领域。在这一阶段人工智能取得了很好的效果，奠定了其日后的应用基础；直到上个世纪80~90年代，人工智能技术进一步发展，基于知识处理的医学专家系统得到了迅猛的发展，在实际应用中也具有很强的实用性，在这一阶段人工智能已经在医学中得到了初步的实际应用。进入21世纪后，人工智能的地位越来越高，医学人工智能技术也得以发展，例如眼科学中的光学相干断层扫描、角膜地形图；影像学中的机器学习以及智能化算法等。在诊疗领域通过建立模型、形成方法，创造更先进的系统，使医生的诊治方案更加精确，甚至有智能机器人可以辅助医生进行临床诊疗，例如达芬奇机器人辅助手术的新兴应用，已经开始用于复杂的泌尿科、妇科手术等[15]。目前专家和学者们正在探索将更多人工智能方法应用于不同的医学领域，并且运用于实际操作中。

3.2人工智能与医学教育

医学生的教育包括理论教学和实践操作教学，其核心是培养具有医学思维和医学道德的医学生，教育方式的变革使针对医学生的教育手段也产生了新的变化。随着互联网技术的兴起，人工智能、虚拟现实等技术促进了医学教育信息化发展，其中得以应用的包括人工智能程序“Wat-son”、虚拟病人学习系统、增强型众包辅导平台Brainly、精准医学机器Hanover等[16]，这些人工智能系统可以帮助学生掌握基本知识和临床实践技能，使他们更好的成长和发展。另外，人工智能可用于医学生临床问诊能力的培养和训练[17]，人工智能可以通过在问诊过程中收集、汇总、分类、整理患者的描述，提醒学生在问诊过程中的遗漏和不足。人工智能通过加强基础知识学习、强化临床实践能力，将不断促进医学生提高诊疗能力，将所学技能更有效地应用于临床；另外，将云计算技术应用在医学生教学中，可以建立提供辅助学习的云平台[18]，将数字图书馆、试题库等开放资源融合在一起，为医学生提供了学习内容的支持平台，形成了医学教学中的新型模式。

4人工智能在未来对临床医学产生的影响

4.1转变医学服务模式

在医生的诊疗过程中，不断产生的大量医学文献数据和临床资料将通过人工智能技术得到可靠的处理；医生书写病历、对病人进行随访观察等诸多消耗精力的工作将通过人工智能技术中的语言处理等方式得以实现。因此，人工智能技术最大的影响在于可以取代医学工作中大量机械性、重复性的消耗人力的工作，使医生有更充裕的时间将更多的精力投入到科研研究中，这是人工智能技术无法被其他手段取代之处。同时要注重智能技术的使用要以人为本，也就是要充分关注患者的精神与心理健康，而不是依靠单一的计算机处理。随着技术的不断发展，新的医疗诊疗技术、分析处理手段和协作方式将被创造出来，为更多患者带来福音。

4.2转变医学思维模式

医疗数据的分析是一个复杂的系统，受到各类医学数据、环境和精神等因素的影响[19]，各部分相互影响和关联，只有通过专业数据和人工智能技术的结合和分析，才能获得最可靠的医疗决策结果。我们以往所使用的数据收集方法很难保证数据的精确性，因此为避免推导结果过程中产生的误差，我们一直以来优先考虑使用大数据样本分析方法来探究数据背后所体现的疾病特征。通过人工智能将思维方式进行转变有助于解除以往进行统计分析的思维定式。但利用人工智能技术并非将传统手段完全抛弃，无论利用何种方式，只有结合数据，从大量的统计结果中找出其相关性在进行求证，才能得到真实可靠的结论。例如在眼科专业中，随着大量眼底相关疾病患者数据的积累，光学相干断层扫描（OCT）成像技术的应用日益广泛，同时许多国内外的团体正在开发和评估新的人工智能程序，通过从诊断模式（如OCT）中收集数据，从而帮助眼科医生对患者的疾病进行诊断和管理[20]。

4.3促进医学科学研究

医学研究是促进医学发展的重要手段，对于理解基础理论知识、引进新技术和新方法具有重要作用，多项实验表明人工智能技术可以通过合理分析、精准计算产生更准确的、更具针对性的治疗方案[21，22]。例如基于动物模型的药效评估和基于人体病理样本的免疫组织化学分析在结合人工智能技术后，可以很好的避免医师观察存在主观性和偏向性的缺点。人工智能技术以及最能体现其优势的大数据模式可以通过宏观结论让我们更好的认清事物的本质，认识生命的现象以及疾病发生、发展的规律，掌握事物发展的进程。关于人工智能对医学的影响，从一方面来讲，无论哪一领域，都要通过大数据来积累材料，积累材料的过程就是认识事物的过程，另一方面，我们要正确应用数据和人工智能，其优势只有在医生的掌控之下，才能发挥其更大的效能。例如在眼部疾病中，OCT、眼底照相、视野检查等已广泛应用于青光眼、年龄相关性黄斑变性（AMD）、糖尿病性视网膜病变（DR）等严重危害视力的眼病，体现了其较高的准确性和精确度。有研究创新性的开发了一种DRAI筛查系统，并通过对二维图像对其效果进行了验证。但这种结果缺乏立体感，很难识别类似视网膜牵引样的病变。将来自多模式成像的信息纳入人工智能程序的算法可能会解决这一挑战[23]。

5小结

人工智能从简单的计算机程序，演变到发展出不同的智能算法并应用于医学领域，大大改变了医学诊疗和科学研究的状态，这一技术的蓬勃发展将改变既往的医学模式，提高医疗水平。然而，人工智能是由数据与技术累积所产生，代表了多维的思路，但最终对于患者的诊疗依然需要医生的思维进行专业的判断，无论是医学、数据或是人工智能，并不是绝对的依据，更重要的是要结合人的思维与判断力，才能在医学领域中发挥更大的优势。医学人工智能诊疗技术将是未来人类医疗的发展方向和趋势，通过辅助临床医生进行精准的决策，可以自多方面缓解医疗压力，提高医疗行业的服务质量，促进医学不断发展进步。由于人工智能与其他传统学科相比，存在相似之处，但也有差异，因此具有很大的不确定性，这种不确定性是由于人工智能是人为控制的，需要人为的设置，其研究过程中所建立的模型与传统学科的原理有所不同，依然还处在变化发展阶段。未来人工智能将会更广泛的应用到医学中，我们要关注算法的改进与研究，发展更精准的医学人工技能，未来人工智能技术的应用将更加多样化，更具精准性，为患者及临床工作者带来更多的便利。

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作者：邰雪，赵天祺，孙亚茹，赵海霞  单位：内蒙古医科大学附属医院 近视眼激光治疗中心