人工智能在醫(yī)學(xué)生臨床技能中的應(yīng)用

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摘要：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能在醫(yī)學(xué)診療方面的運用越來越廣泛，文中闡述了目前人工智能發(fā)展的技術(shù)水平和特點，對人工智能在醫(yī)學(xué)生臨床技能教學(xué)中的應(yīng)用進行了初步探討，并對人工智能技術(shù)在醫(yī)學(xué)教育中的發(fā)展前景作了展望。

關(guān)鍵詞：人工智能；臨床技能；應(yīng)用

1人工智能在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用趨勢

隨著大數(shù)據(jù)、云計算和移動互聯(lián)技術(shù)等新興科學(xué)技術(shù)的日益成熟，國內(nèi)外人工智能的研究和應(yīng)用得到快速發(fā)展，人工智能越來越受到國內(nèi)外學(xué)者和政府部門的重視。黨中央與國務(wù)院相關(guān)部門先后了《“互聯(lián)網(wǎng)＋”人工智能三年行動實施方案》（發(fā)改高技〔2016〕1078號）、《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》（國發(fā)〔2017〕35號）、《促進新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動計劃（20182020年）》（工信部科〔2017〕315號）等文件，將我國人工智能發(fā)展提升到國家戰(zhàn)略發(fā)展層面，并積極鼓勵人工智能在醫(yī)療、健康領(lǐng)域中的應(yīng)用，建立快速精準的智能醫(yī)療體系。2018年1月，國家自然科學(xué)基金委員增設(shè)“教育信息科學(xué)與技術(shù)”研究方向，并大力支持人工智能為代表的教育教學(xué)新技術(shù)、新學(xué)科的交叉研究，以創(chuàng)新的思維和方法破解教育領(lǐng)域的科學(xué)問題。人工智能已不再局限于計算機技術(shù)領(lǐng)域，正在快速滲透進社會行業(yè)的各個領(lǐng)域。由此可見，“人工智能＋醫(yī)學(xué)教育”是歷史潮流和時展的需要，作為每個醫(yī)學(xué)教育工作者，必須正視新技術(shù)發(fā)展給醫(yī)學(xué)教育帶來的挑戰(zhàn)和巨大機遇，重塑教育者角色，提升“數(shù)字素養(yǎng)”，更新信息化知識和教育理念，深度融合信息技術(shù)，從而引領(lǐng)醫(yī)學(xué)教育進一步發(fā)展。

2目前人工智能的技術(shù)水平和特點

人工智能可分為弱人工智能（ArtificialNarrowIntelligence，ANI）、強人工智能（ArtificialGeneralIn－telligence，AGI）和超級智能（ArtificialSuperintelli－gence，ASI）。ANI尚不具備真正的智能，更多程度上是幫助人們完成某些任務(wù)的工具或助手。而AGI能夠進行思考、計劃、解決問題、抽象思維、理解復(fù)雜理念、快速學(xué)習(xí)和從經(jīng)驗中學(xué)習(xí)等操作，可以像人類一樣獨立思考和決策，達到或超過人類的智能水平。牛津哲學(xué)家、人工智能思想家Nick•Bostrom則把ASI定義為“在幾乎所有領(lǐng)域都比最聰明的人類大腦都聰明很多，包括科學(xué)創(chuàng)新、通識和社交技能。”其思維可以進化成完全不同于人類的思維方式，“能力各方面可以是各方面都比人類強一點，也可以是各方面遠超出人類萬億倍”。在弱人工智能研究階段，人工智能技術(shù)研究主要體現(xiàn)在計算智能、感知智能、認知智能三個方面［3］。計算智能，即機器智能化存儲及運算的能力；感知智能，即具有如同人類“聽、說、看、認”的能力，主要涉及語音合成、語音識別、圖像識別、多語種語音處理等技術(shù)；認知智能，即具有“理解、思考”能力，廣泛應(yīng)用于教育評測、知識服務(wù)、智能客服、機器翻譯等領(lǐng)域。目前人工智能領(lǐng)域技術(shù)應(yīng)用主要成果包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，人工智能的研究主要集中在深度學(xué)習(xí)算法、數(shù)據(jù)挖掘分析、智能影像識別、醫(yī)療信息化等方面。如IBM的Watson、Keith等開發(fā)的智能心率與宮縮描記圖計算機輔助分析系統(tǒng)、美國Arterys公司的AI輔助心臟MRI成像系統(tǒng)、美國QViewMedical公司的基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的3D自動乳房超聲篩查CAD系統(tǒng)和百度的醫(yī)療大腦等［4－5］。總的說來，主流研究主要集中在弱人工智能方面，并在這一領(lǐng)域取得了相當(dāng)大的成果。強人工智能的研究還處于探索階段，而超級智能仍處于概念辨析成形和研討階段。

3人工智能在臨床技能培養(yǎng)中的應(yīng)用和前景

3．1AI可用于輔助檢查結(jié)果判讀及分析能力的培養(yǎng)和學(xué)習(xí)

輔助檢查是醫(yī)務(wù)人員進行醫(yī)療活動、獲得有關(guān)資料的方法之一，通過醫(yī)療檢查、化驗的圖象、圖形與數(shù)據(jù)進行分析與解釋，確定檢查結(jié)果的醫(yī)學(xué)涵義，以獲取相關(guān)臨床資料，并結(jié)合病人實際作出判讀和分析，以利于診斷、分析病情變化和進展、評估預(yù)后、提供治療方案和指導(dǎo)等。輔助檢查包括各種常見影像學(xué)檢查、心電圖、腦電圖檢查、病理學(xué)檢查、常規(guī)實驗室檢查等。人工智能在醫(yī)學(xué)圖像識別方面目前已經(jīng)有比較成熟的應(yīng)用實例。通過較為成熟的算法和大數(shù)據(jù)應(yīng)用，AI進行智能影像識別，通過對已有的圖像快速學(xué)習(xí)，達到對醫(yī)療圖片的自動判斷，能夠作為輔助工具，提高醫(yī)生工作效率，并可以做到更加客觀、高效和精準［6］。傳統(tǒng)臨床輔助檢查結(jié)果分析判讀無論是教學(xué)還是學(xué)生訓(xùn)練均存在教學(xué)內(nèi)容零碎分散，牽涉教學(xué)人員復(fù)雜，涉及教師專業(yè)局限、無法有效、有組織地統(tǒng)一進行培養(yǎng)，所以往往對輔助檢查結(jié)果有效判讀和分析是臨床技能教學(xué)的一大難點，也往往是薄弱環(huán)節(jié)。而AI的出現(xiàn)可通過學(xué)習(xí)管理軟件，根據(jù)學(xué)生的個人進度，為每個學(xué)生繪制適合自己的學(xué)習(xí)路徑，提供精準的個性化學(xué)習(xí)，有效檢查醫(yī)學(xué)生對各項臨床常用實驗室檢查、影像學(xué)檢查、心電圖檢查等結(jié)果的學(xué)習(xí)效果，從而幫助醫(yī)學(xué)生提高綜合分析能力和臨床輔助檢查結(jié)果判讀能力。AI還可拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)空間和時間，起到臨床教師無法勝任的全面性、客觀性、實時性、準確性指導(dǎo)學(xué)習(xí)的作用。

3．2AI可用于醫(yī)學(xué)生臨床問診能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練

問診是醫(yī)師通過對患者或相關(guān)人員的系統(tǒng)詢問獲取病史資料，經(jīng)過綜合分析而作出臨床判斷的一種診法。問診對疾病的診斷及治療、良好的醫(yī)患關(guān)系的建立均有極其重要的作用。因此，問診是每個醫(yī)學(xué)生必須掌握的臨床基本技能。運用AI對醫(yī)學(xué)生進行問診能力的訓(xùn)練可基于以下兩方面進行：AI可作為問診能力訓(xùn)練的示范性和輔助性助手，即扮演教師教學(xué)的角色，以實現(xiàn)臨床醫(yī)生的部分功能。以百度醫(yī)療大腦為代表的人工智能已可通過海量醫(yī)療數(shù)據(jù)、專業(yè)文獻的采集與分析，模擬醫(yī)生問診流程，與患者多輪交流，在問診過程中AI可以收集、匯總、分類、整理病人的癥狀描述，依據(jù)患者的癥狀，提醒醫(yī)學(xué)生更多的診斷可能性和問診的遺漏不足，輔助醫(yī)學(xué)生完成問診。這樣對醫(yī)學(xué)生問診的條理性、層次性、全面性等方面的訓(xùn)練有著極大的提高。AI可通過智能化機器人模擬病人的方式，有望取代標準化病人（SP）或?qū)嶋H病人來實現(xiàn)對醫(yī)學(xué)生臨床問診能力的培養(yǎng)和考核。隨著人工智能的進一步發(fā)展，基于計算機視覺、人機交互技術(shù)、自然語言處理的深度學(xué)習(xí)算法的智能機器人將能很好地模擬病人的癥狀、表情、動作、語言；提供更為標準、規(guī)范、準確的病情模擬演示和交互對話。同時可以并通過攝像實時記錄和呈現(xiàn)、回放問診整個過程，通過其人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)，對問診的各個環(huán)節(jié)、問診內(nèi)容、問診技巧等具體項目進行評分等數(shù)據(jù)采集，繼而通過大數(shù)據(jù)挖掘和云計算等技術(shù)發(fā)現(xiàn)和分析學(xué)生在問診過程中的不足和缺陷，給出準確的評價和指導(dǎo)意見，從而實現(xiàn)對醫(yī)學(xué)生的精準指導(dǎo)和培養(yǎng)。

3．3AI可作為臨床技能實踐訓(xùn)練的重要補充

人工智能通過集成個性化建模、社會仿真和知識表達，能夠為學(xué)習(xí)提供隨時隨地的支持［7］。人工智能對于每一位醫(yī)學(xué)生來說相當(dāng)于一位“虛擬導(dǎo)師”，從而實現(xiàn)定制化、個性化、精準化的自適應(yīng)學(xué)習(xí)。人工智能應(yīng)用于醫(yī)學(xué)臨床技能培養(yǎng)將更加注重學(xué)習(xí)者自我導(dǎo)向、自我評估、團隊合作等軟技能的提升。人工智能通過數(shù)字化技術(shù)可為醫(yī)學(xué)生提供更多教科書或教室的固定環(huán)境中無法參與的現(xiàn)場臨床技能訓(xùn)練的機會。通過人工智能手段，可以全息定量化地虛擬還原現(xiàn)實，在虛擬的空間里，醫(yī)學(xué)生可直接透視人體的細致解剖結(jié)構(gòu)，并由醫(yī)生進行操作和講解。這種新模式突破了時間和空間的限制，提高了教學(xué)的質(zhì)量和效率。例如清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院建立的“智慧現(xiàn)實虛擬臨床教學(xué)中心”在國內(nèi)率先開啟了“人工智能＋現(xiàn)實虛擬”的臨床教學(xué)培訓(xùn)新模式［8］。該模式將患者的CT、核磁等影像數(shù)據(jù)，經(jīng)過人工智能系統(tǒng)處理，得到真實還原的全息化人體三維解剖結(jié)構(gòu)并映射在虛擬空間里。醫(yī)生可通過專用設(shè)施，在增強現(xiàn)實的虛擬空間里全方位直接觀看到患者真實人體結(jié)構(gòu)的解剖細節(jié)，并可通過手勢和語音操作，實時進行器官和病變的立體幾何分析，精確測量目標結(jié)構(gòu)的區(qū)位、體積、徑線、距離等參數(shù)，同時還可進行虛擬解剖作業(yè)、模擬手術(shù)切除、手術(shù)方案設(shè)計和手術(shù)風(fēng)險評估。融合全息影像技術(shù)、3D打印技術(shù)、虛擬現(xiàn)實和虛擬仿真技術(shù)的人工智能將打造一個“人工智能＋全定量現(xiàn)實虛擬仿真”時代。如臨床常用穿刺技術(shù)的訓(xùn)練可通過人工智能融合虛擬仿真穿刺設(shè)備在虛擬空間進行模擬仿真的操作訓(xùn)練。通過虛擬設(shè)備的接入，可將體格檢查的訓(xùn)練如心肺觸診、聽診，腹部觸診在虛擬仿真環(huán)境中進行，人工智能可協(xié)助教師使用3D打印技術(shù)設(shè)計、構(gòu)建3D打印的器官及模型，用于模型訓(xùn)練體查、病例討論、器官病變解剖演示、臨床過程演示如分娩過程等。

3．4AI可用于醫(yī)學(xué)生臨床思維能力與全面診療能力的培養(yǎng)和提高

人工智能可以通過模擬真實的臨床環(huán)境，為學(xué)員提供一種能夠自主學(xué)習(xí)、加強感官認知、易于操作的全方面的學(xué)習(xí)條件，比空間抽象的說教更具說服力，使醫(yī)學(xué)教育更高效。如CMTT臨床思維訓(xùn)練系統(tǒng)，其教學(xué)病例均來源于臨床上真實的患者，涵蓋了臨床多個學(xué)科，可供訓(xùn)練、考核的病例數(shù)量達百余例。該系統(tǒng)在進行鑒別診斷時，還能夠幫助醫(yī)學(xué)生比較相似病癥之間的區(qū)別和聯(lián)系，訓(xùn)練實習(xí)醫(yī)師臨床決策思維能力，并根據(jù)病史及檢查結(jié)果和診斷結(jié)論，給出治療方案。醫(yī)學(xué)生完成每一個病例，可對比標準病例進行自查和分析，也可反復(fù)學(xué)習(xí)，達到鞏固提高的學(xué)習(xí)效果。該系統(tǒng)使思維綜合訓(xùn)練與臨床實踐緊密結(jié)合，可有效培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生的醫(yī)學(xué)思維及臨床決策能力，提高臨床教學(xué)質(zhì)量，降低教學(xué)成本與風(fēng)險，最大限度地滿足臨床綜合診療能力培養(yǎng)和考核的教學(xué)需求。“臨床輔助決策支持系統(tǒng)”是目前已投入使用的另一類型的培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生臨床思維能力培養(yǎng)的人工智能系統(tǒng)。“臨床輔助決策支持系統(tǒng)”是基于全球循證醫(yī)學(xué)證據(jù)數(shù)據(jù)庫和專家共識發(fā)展的臨床知識數(shù)據(jù)庫，內(nèi)容覆蓋上千種疾病和癥狀、1萬多種診斷方法、3000余項診斷性檢測、4000余項診療指南。為醫(yī)學(xué)生在臨床診療和學(xué)習(xí)過程中即時提供精準、可信并及時更新的診療知識，以幫助他們做出最佳診斷、優(yōu)化治療方案、改善患者預(yù)后。臨床輔助決策支持系統(tǒng)可引導(dǎo)醫(yī)生從癥狀出發(fā)建立診斷假設(shè)，指導(dǎo)醫(yī)生提供證據(jù)（癥狀和檢查）證明自己所選的診斷假設(shè)，直至最終確診，可以有效防止誤診和漏診。AI可有效地引導(dǎo)醫(yī)學(xué)生建立起以循證醫(yī)學(xué)為基礎(chǔ)的臨床思維，增強疾病診治的科學(xué)性和有效性，從而建立起標準化的臨床思路，符合正確的診療流程。可進一步根據(jù)診斷結(jié)果，提供相應(yīng)的治療方案給醫(yī)生參考以提高醫(yī)學(xué)生全面的診療能力。

4結(jié)語

隨著時代的發(fā)展，技術(shù)的不斷進步，人工智能技術(shù)與教育行業(yè)的融合發(fā)展正迅猛地推動著教育事業(yè)新的變革。人工智能在醫(yī)學(xué)診療方面的應(yīng)用越來越多，技術(shù)也越來越成熟，推動著醫(yī)學(xué)診療和醫(yī)學(xué)教學(xué)的進步。隨著深度學(xué)習(xí)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的進一步完善與成熟，伴隨互連型的、人工智能型的醫(yī)療大數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建和完善，人工智能技術(shù)在醫(yī)療診斷與教學(xué)中的作用將會越來越突出，必將引領(lǐng)以“跨界、融合、創(chuàng)新”為特征的新時代醫(yī)學(xué)教育信息化技術(shù)變革浪潮，從而為醫(yī)學(xué)教育的發(fā)展提供廣闊的機遇和發(fā)展空間。

作者：李熠 匡雙玉 桂慶軍 尹凱 鐘慧 游詠 單位：南華大學(xué)