AI+医疗，到底有多强？
2020/5/27 22:54:04 笔记侠
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内容来源：2020年5月2日，笔记侠、更新学堂、高山大学和腾讯基金会联合出品的【科学公益直播】018期。
演讲嘉宾：张康，澳门科技大学医学院生物医学与创新中心主任，教授，澳门科技大学医院临床医生，美国哈佛大学与麻省理工学院医学博士，哈佛大学遗传学博士。注：笔记侠作为合作方，经主办方和讲者审阅授权发布。
高级笔记达人 | 李云责任编辑 | 智勇
第4853篇深度好文：4073 字 | 10 分钟阅读
《科学公益直播》
高山大学·更新学堂·腾讯基金会联合出品
笔记君邀您，阅读前先思考：
AI，在这次疫情中发挥了什么作用？
在医疗领域，AI能帮助我们做什么？
大家好，我今天和大家分享下人工智能在医疗场景以及抗击新冠病毒中的应用。
一、疫情之下，AI辅助诊断系统应运而生
在中国、意大利和美国治疗新冠病毒的经验中，医生发现重症病人进入ICU，上了呼吸机以后，病人的死亡率会大幅提高。
那么，如何判断病患者何时会进ICU？
其实，通过病患者的临床特征、实验室化验特征以及CT影像，就能够知道患者大概什么时候会进ICU。这样，能让医生有个宝贵提前量。
比如，预判病患者5天之内要进重症病房，医生就可以进行一些早期的干预，降低病患者进ICU的几率，让患者可以待在方舱医院不去重症监护室，这样就会极大提高病人的生存利益，也降低了医疗成本。
疫情期间，我们团队联合澳门科技大学、清华大学、中山大学、四川大学，广州再生医学与健康广东省实验室及其他医院和单位，共同收集了4000多人的CT图像，包括新冠病毒病例、病毒性肺炎、细菌性肺炎、支原体肺炎、衣原体肺炎和正常人的 CT影像，通过AI的深度学习、语义分割、迁移学习等方法，做了一个准确的诊断系统。相关论文发表在《细胞》杂志。
这个系统已经由国家生物信息中心面向全世界发布，下载量达170万。
1.诊断系统的作用
第一，在复工状态下防止新冠病毒重新在人群中传播。如果某个人或者病人有发烧、发热、咳嗽等症状，他需要到本地的发热门诊就诊，只有医生的对其怀疑度较高，才会给他安排进行核酸检测确认。
这个流程不是很高效，那如何更高效地找到人群中的新冠病人？
这时，就可以借助AI辅助诊断系统，它有一个很重要的功能——可以用CT影像直接在复工高度怀疑为新冠病毒的病人中诊断新冠病毒。在我们进行的尝试中，准确率高达 90%。
图片来源：图虫创意
第二，判断新冠病毒患者是否恶化到了要进ICU的程度或是否需要上呼吸机。
第三，在短期内对所有医生进行培训，提高医生们的诊断水平。一般初级和中级的影像科医生的水平，是无法与AI相比的，因为AI是用50万张 CT片子训练出来的。目前，AI辅助诊断系统能够帮助初级医生和以前没有看过新冠病毒CT影像医生迅速提高诊断水平。
第四，能够快速、有效地看完CT影像并诊断出病灶。一个有经验的医生看100~400张CT影像，最少需要15~20分钟。而AI基本能在10~20秒看完几百张CT影像，并且能够准确定位出所有病灶，给出诊断。
新冠病毒是一个新型病毒，它的性质、特性、严重性都需要经过探索和摸索才知道。我们把AI系统做成了一个可延伸的模块化系统，如果以后有类似的病毒，就能用这个系统去训练AI，让AI迅速识别新的病原体。
2.新冠肺炎的其他研究(儿童疾患)
在疫情期间，关于成人患病的报道比较多，儿童患病事件较少被关注。很多家长特别担心，小孩被新冠病毒感染会有什么症状？会不会更严重？
于是，我们和广州市妇女儿童中心合作进行了儿童患病的特征研究，在《自然医学》杂志发表了世界上第一篇报道儿童新冠病毒的症状和流行病学的文章(儿童新冠病毒流行病学及临床特征表现)。
好的消息是儿童的症状比较轻，很少有肺炎的症状。
坏的消息有两点：第一，无症状或症状轻微的病人占了绝大多数，这些携带者给防控增加了难度；第二，儿童有粪口传播的风险，也为防控带来了一些挑战。
二、青少年的AI智能视力预测与管理
1.青少年近视及防护
近视眼在中国非常严重，尤其是现在的初中生、高中生，近视比例非常高。原因有两点：一是近距离且不间歇地看书；二是户外活动减少。
结合这两点，有对应的防护方法：第一，如果在近距离看书1~2个小时之后起来走走，往远处看一下，会降低近视的概率；第二，如果在一天之内能够坚持两个小时以上的户外活动，也会大大降低近视的概率。
2.人工智能在近视方面的预测研究
我们用200万亚洲人群的验光数据做了一个AI算法，能够为青少年准确预测未来近视发展的趋势，并利用20万人份的验光数据进行模型测试，准确率达95%。
比如把某学生二年级的近视程度放到算法里，就可以预测到他在五年级或者20岁的时候，是否会变成高度近视(600度以上的近视程度)。
在这个情况下，如果我们能够用一些其他的干预方式，在生活中去改变一些习惯，或者用一些药物治疗(如低浓度的阿托品或角膜塑形镜)，能够有效控制住中国青少年近视的进程的。
但现有的医生资源无法覆盖到每个儿童青少年，现在也缺乏科学有效的防控体系，无法监测每个儿童、青少年视力健康状况。而AI在这样的情形下可以起到很大的作用。
3.人工智能在医疗上的研究
如果你去医院看病，医生一般都会先问你有没有发烧？发烧几天啦？有没有咳嗽？有没有头疼？有没有拉肚子……
实际上，这是一套逻辑推理模式。当医生把症状定位到某个器官和系统上，如咳嗽和发烧，立刻就想到肺炎。也许还有其他器官影响，而医生问以上问题就是为了排除其他器官的问题。
相似看病，在数学里有一个逻辑推理的过程，英文叫做 hypothetical deductive reasoning(假设演绎推理)。实际上，可以把它做成一个计算机的语言系统，去进行数字化的处理和计算，这也是用计算机和人工智能模拟医生看病的基础原理。
当然，这也存在一些障碍和问题。比如病历，不同的医院、不同的医生有不同的风格，写出来的病历有非常大的差异。同时有很多同义词，像白蛋白、血蛋白、血清蛋白等虽叫法不同，实际是一个病。
即使是中文的翻译，也有很多不同的翻译模式和名词词汇，把这些东西都统筹起来，再做成人工智能系统，是一个有力的挑战。
4.人工智能应用案例
① AI在儿童病患诊断中的应用
基于此，我们和广州妇女儿童中心夏慧敏教授合作，把近200万份小儿病历转化成计算机能读懂的语言，变成一个向量，然后通过标注、通过自然语言处理来训练计算机，使其可以像医生一样进行诊断，并给出准确的诊断结果。
② 人工智能分诊的应用前景
在新冠病毒居家不出门的情况下，如何帮助病人诊断病情？
我们可以把AI放在线上，用病人的语音或病人的电话表述自动生成病历系统，自动给出诊断，来辅助医生进行分诊。
比如AI能迅速判断这个病人是不是有比较严重的症状(如败血症、血栓等紧急病情)，是不是需要马上去看医生等。
③ 眼底成像AI系统诊断多种疾病
眼科图像不仅能诊断常见的眼科疾病，同时也可以诊断全身性的疾病。比如高血压、高血脂、肾病、糖尿病、脑梗病、心血管病、甚至中枢神经系统疾病等等。
基于这个原理，我们开发了一个眼底成像系统，它能够及时看到糖尿病视网膜病变，还有其他一些视网膜的疾病等。
2019年10月，眼底成像系统在新疆喀什地区第一人民医院上线, 极大提高了当地的医疗诊断水平。
截止到现在，已经为当地筛查了20万居民，为他们筛查出的不仅是眼病，还有很多系统性疾病。
④ 迁移学习在健康医疗的应用
什么是迁移学习？
通俗来讲，迁移学习就是举一反三。比如我会打排球就会对打篮球有帮助。迁移学习应用到人工智能是同样的道理。由于它是一个捷径，需要的样本量就会大大降低。
因为在这里AI是一个图像识别技术，首先让它看一些日常生活里面的图像，比如狗、猫、汽车、人，让它知道这些是图像，并能识别这个图像。
然后，把这个AI框架平移到识别视网膜图像上，这就对它识别视网膜图像的数目要求降低了10倍左右。
我想要强调的是，人工智能是医生的朋友，它可以辅助医生更加精确地进行诊断。
三、AI与你我之间
1.AI势不可挡，要尽快适应
有人担心AI会让人失业，不禁诚惶诚恐；还有人感觉AI离得太遥远了，跟他没有关系。
李开复博士曾说过一句话：不管你喜不喜欢，这个时代终会到来，而且会很快到来。长痛不如短痛，一定要适应机会、把握潮流，迎接挑战，让医疗行业尽快适应转型，立于不败之地。
信息技术、大数据对IT行业和互联网行业有着深刻影响。这些技术对阿里巴巴、腾讯、华为等企业的支持，让中国在信息产业迅速崛起。
我们应抓住这样的契机。
随着5G技术的到来、 GPU/CPU运算能力的提高、互联网技术的增强，加上中国的大体量和大数据等优势，我认为下一个契机应该在医疗行业。
如果能把握住这样的前瞻性，有2点好处：
第一，能把中国的医学人工智能做到世界前沿；
第二，能够更好地服务老百姓和病人，平衡边远地区和县市地区的医疗资源，也可以减轻一线城市的三甲医院医生的压力，最重要的是能整体提高医疗质量，降低医疗成本。
2.AI在医疗应用上，前景广阔
医学人工智能已经在诊断上展现了重要作用，下一步很可能运用到治疗、人群的筛查。
如果我们能够预防疾病或者在早期就把疾病遏制住，无论对医院来讲，还是对整个人群的健康水平来讲，都是非常大的改进。
除此之外，大数据也为精确诊断和治疗提供了很大的助推力。
比如，在保护病人隐私的前提下，把一个城市的病历信息打通，这个城市所有的医院都把病历做成一个公共化的平台。在这个平台上，医生、病人、院长和卫建委都能看到需要看到的资料，能够支持医院的决策系统。
比如，病人在一个医院看病形成病例，再到另外一个医院的时候，后者不可能知道病人以前看过什么病，用过什么药，做过什么检查，很多事项都要从头做起，这其实是对医疗资源的极大浪费。
一旦打通相关数据，形成相互联系的系统，大数据就能帮助卫健委等决策机构制定一些很好的方案，来降低病人的疾病负担，提高老百姓的生活质量。
我的看法中有些也许不够全面。但 AI时代确实已经到来了，而在医疗上的应用将是人工智能最有利、最有效的一个发展方向。
谢谢大家!
*文章为作者独立观点，不代表笔记侠立场。
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