發(fā)布日期：2017-09-14
摘要 近來人工智能(Artificial Intelligence，AI)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用成為健康產(chǎn)業(yè)的一個技術(shù)發(fā)展和商業(yè)熱點，其背后蘊含著巨大的想象空間和產(chǎn)業(yè)價值。AI作為一個全新的技術(shù)如何在醫(yī)療這個具高度復(fù)雜性的領(lǐng)域落地，仍面臨許多挑戰(zhàn)。本篇將在總結(jié)醫(yī)療人工智能現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，介紹國內(nèi)外在醫(yī)療人工智能領(lǐng)域的應(yīng)用探索和商業(yè)實踐創(chuàng)新，供關(guān)心這一領(lǐng)域的專家和從業(yè)人員參考。 一、醫(yī)療人工智能的發(fā)展歷程與構(gòu)成要素 人工智能(Artificial Intelligence，AI)是計算機科學(xué)的一個分支，是通過對人的意識和思維過程進行模擬并系統(tǒng)應(yīng)用的一門新興科學(xué)。該領(lǐng)域的研究包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。1956年夏季在美國達(dá)特茅斯(Dartmouth)大學(xué)舉行的首次人工智能研討會，McCarthy第一次提出“人工智能”的概念，標(biāo)志著人工智能學(xué)科的誕生。 醫(yī)療人工智能即人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用，涉及醫(yī)療行業(yè)各個環(huán)節(jié)，其終極目標(biāo)是人工智能代替人來為患者診斷、治療，目前主要發(fā)展方向包括輔助診斷、醫(yī)學(xué)影像識別、藥品研發(fā)、健康管理、基因測序等。 1.1 醫(yī)療人工智能的發(fā)展歷程 早期的醫(yī)療人工智能探索 最早在醫(yī)療領(lǐng)域進行人工智能探索的嘗試出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代。1972年，由利茲大學(xué)研發(fā)的AAPHelp是資料記載當(dāng)中醫(yī)療領(lǐng)域最早出現(xiàn)的人工智能系統(tǒng)。這個系統(tǒng)主要是用于腹部劇痛的輔助診斷以及手術(shù)的相關(guān)需求。 在隨后的整個七十年代，又產(chǎn)生了不少新的成果。INTERNISTI于1974年由匹茲堡大學(xué)研發(fā)問世，主要用于內(nèi)科復(fù)雜疾病的輔助診斷。MYCIN于1976年由斯坦福大學(xué)研發(fā)，能對感染性疾病患者進行診斷，開出抗生素處方。在其內(nèi)部共有500條規(guī)則，只要按順序依次回答其提問，系統(tǒng)就能自動判斷出患者所感染細(xì)菌的類別，為其開出相應(yīng)處方。此外，還有羅格斯大學(xué)開發(fā)的CASNET/Glaucoma，MIT開發(fā)的PIP、ABEL，斯坦福大學(xué)開發(fā)的ONCOCIN等。到上世紀(jì)80年代，已經(jīng)有一些商業(yè)化應(yīng)用系統(tǒng)的出現(xiàn)，比如QMR（Quick Medical Reference），還有哈佛醫(yī)學(xué)院開發(fā)的DXplain，主要是依據(jù)臨床表現(xiàn)提供診斷方案。 總的來說，醫(yī)療人工智能方面過早期的大多數(shù)探索都并不成功。不過，這樣的現(xiàn)狀只能說明醫(yī)療的高度復(fù)雜性，并沒有阻止人類在醫(yī)療領(lǐng)域探索人工智能的嘗試。 近期國外在醫(yī)療人工智能領(lǐng)域的發(fā)展 目前，醫(yī)療人工智能領(lǐng)域最知名的就是IBM Watson，并且Watson已經(jīng)取得了不俗的成績。例如在腫瘤治療方面， Watson能夠在幾秒之內(nèi)篩選數(shù)十年癌癥治療歷史中的150萬份患者記錄，并為醫(yī)生提供可供選擇的循證治療方案。目前癌癥治療領(lǐng)域排名前三的醫(yī)院都在運行Watson，并且Watson已經(jīng)正式進入中國。 除了IBM之外，谷歌、微軟等科技巨頭也在醫(yī)療人工智能領(lǐng)域取得了積極進展。2016年2月，谷歌DeepMind公布成立DeepMind Health部門，將與英國國家健康體系（NHS）合作，幫助他們輔助決策，提高效率縮短時間。DeepMind還參與NHS一項利用深度學(xué)習(xí)開展頭頸癌患者放療療法設(shè)計的研究。DeepMind還與Moorfields眼科醫(yī)院的合作將人工智能技術(shù)應(yīng)用于及早發(fā)現(xiàn)和治療威脅視力的眼部疾病。 微軟于2016年宣布將AI用于醫(yī)療健康的計劃Hanover，幫助尋找最有效的藥物和治療方案，并且與俄勒岡衛(wèi)生科學(xué)大學(xué)Knight癌癥研究所合作，共同進行藥物研發(fā)和個性化治療。 蘋果公司一方面計劃自主開發(fā)人工智能芯片，另一方面則屢次收購人工智能公司。在2010年收購Siri之后，蘋果公司近年來還在語音技術(shù)方面進行了幾筆收購，其中包括VocalIQ和Novauris Technologies。 我國的醫(yī)療人工智能發(fā)展歷史與現(xiàn)狀 我國人工智能領(lǐng)域的開發(fā)研究始于20世紀(jì)80年代初，起步雖然較發(fā)達(dá)國家晚，但是發(fā)展速度迅猛。1978年北京中醫(yī)醫(yī)院關(guān)幼波教授與計算機科學(xué)領(lǐng)域的專家合作開發(fā)了“關(guān)幼波肝病診療程序”，第1次將醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)應(yīng)用到我國傳統(tǒng)中醫(yī)領(lǐng)域。此后我國有代表性的人工智能產(chǎn)品有“林如高骨傷計算機診療系統(tǒng)”、“中國中醫(yī)治療專家系統(tǒng)”、具有咨詢和輔助診斷性質(zhì)的“中醫(yī)計算機輔助診療系統(tǒng)”等。進入21世紀(jì)以來，我國的醫(yī)療人工智能則在更多領(lǐng)域取得長足發(fā)展。 2016年10月，百度以“開啟智能醫(yī)療新時代”為主題，正式對外發(fā)布百度人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域內(nèi)的最新成果——百度醫(yī)療大腦，對標(biāo)谷歌和IBM的同類產(chǎn)品。作為百度大腦在醫(yī)療領(lǐng)域的具體應(yīng)用，百度醫(yī)療大腦是通過海量醫(yī)療數(shù)據(jù)、專業(yè)文獻(xiàn)的采集與分析，模擬醫(yī)生問診流程，依據(jù)用戶的癥狀，給出診療最終建議。 騰訊則依托微信豐富的數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)維度，探索發(fā)展醫(yī)療人工智能。如騰訊與中山腫瘤南山醫(yī)院的合作，在廣東汕頭地區(qū)開展食道癌早期篩查系統(tǒng)的試點。騰訊通過人工智能圖片處理，幫助開展食道癌前期篩查，在提升醫(yī)療機構(gòu)醫(yī)療能力的同時，顯著降低了人工投入。此外，騰訊的人工智能實驗室還將和卓建、醫(yī)聯(lián)兩家公司合作，開發(fā)面向未來的復(fù)診系統(tǒng)。 阿里則在醫(yī)療智能診斷領(lǐng)域重點布局。2017年7月，阿里健康發(fā)布醫(yī)療AI“Doctor You”，“Doctor You”AI系統(tǒng)包括臨床醫(yī)學(xué)科研診斷平臺、醫(yī)療輔助檢測引擎、醫(yī)師能力培訓(xùn)系統(tǒng)等。此外阿里健康還與多地政府、醫(yī)院、科研院校等外部機構(gòu)合作，開發(fā)打造包括糖尿病、肺癌預(yù)測、心理智能、眼底篩查在內(nèi)的20種常見、多發(fā)疾病的智能診斷引擎。 1.2 醫(yī)療人工智能的三個階段 從技術(shù)發(fā)展的歷程看，人工智能分為計算智能、感知智能、認(rèn)知智能三個階段。第一階段機器開始像人類一樣會計算，傳遞信息。第二階段機器開始看懂和聽懂，做出判斷，采取一些行動。第三階段機器能夠像人一樣思考，主動采取行動。 圖表1 醫(yī)療人工智能發(fā)展的三個階段 圖表來源：奇璞研究 從數(shù)據(jù)有效性和商業(yè)模式的發(fā)展來看，醫(yī)療人工智能應(yīng)用也可以分為三個階段：第一階段為數(shù)據(jù)整合階段。目前已存在深度學(xué)習(xí)等先進算法，但由于醫(yī)療數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化低，共享機制弱，導(dǎo)致人工智能在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用領(lǐng)域和效果受限。在共享機制尚未成熟前，擁有醫(yī)療大數(shù)據(jù)的公司具備競爭優(yōu)勢與議價能力。第二階段是“數(shù)據(jù)共享+感知智能”階段。當(dāng)醫(yī)療數(shù)據(jù)融合到一定程度后，將會在輔助診療、圖像識別等各領(lǐng)域出現(xiàn)輔助性的商用產(chǎn)品。在這個階段，數(shù)據(jù)和算法優(yōu)勢都成為重要壁壘，有效數(shù)據(jù)將促進算法的實施得到進一步優(yōu)化。第三階段是“認(rèn)知智能+健康大數(shù)據(jù)”階段。在此階段，人工智能整體上從感知智能向認(rèn)知智能發(fā)展，健康大數(shù)據(jù)的獲取成本也將降低，人類將步入個性化醫(yī)療時代。該階段將出現(xiàn)替代人類醫(yī)生的人工智能應(yīng)用。 圖表2 按照數(shù)據(jù)和算法角度，醫(yī)療人工智能的發(fā)展階段 圖表來源：奇璞研究 1.3 醫(yī)療人工智能構(gòu)成的三個要素 人工智能的核心是算法，基礎(chǔ)條件是數(shù)據(jù)及計算能力，因此，可以認(rèn)為醫(yī)療與人工智能結(jié)合的關(guān)鍵要素是“算法+有效數(shù)據(jù)+計算能力”。 先進算法是實現(xiàn)醫(yī)療人工智能的核心，能夠提升數(shù)據(jù)使用效率。隨著先進算法的不斷開發(fā)，人工智能從計算智能邁向感知智能，未來將會向認(rèn)知智能邁進。先進算法能夠提升從信息到“知識”的轉(zhuǎn)化效率，提升智能化程度。 有效的醫(yī)療大數(shù)據(jù)是人工智能應(yīng)用的基礎(chǔ)。醫(yī)療數(shù)據(jù)的有效性包括三個方面：電子化程度、標(biāo)準(zhǔn)化程度以及共享機制。電子化程度強調(diào)數(shù)據(jù)和病歷的供給量；標(biāo)準(zhǔn)化程度強調(diào)數(shù)據(jù)之間的可比性和通用型；共享機制強調(diào)數(shù)據(jù)獲取渠道的便利性和合法性。只有滿足上述三個方面的條件，醫(yī)療大數(shù)據(jù)才能得到有效搜集和應(yīng)用，進而為人工智能打下基礎(chǔ)。 計算能力是醫(yī)療人工智能的另一基礎(chǔ)條件。未來隨著量子計算以及速度更快的芯片的產(chǎn)生，將進一步推動人工智能應(yīng)用的發(fā)展。 圖表3 醫(yī)療人工智能的三大要素 圖表來源：奇璞研究 二、醫(yī)療人工智能的商業(yè)應(yīng)用與模式創(chuàng)新 由于醫(yī)療人工智能的發(fā)展必須以有效的醫(yī)療大數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，所以在醫(yī)療領(lǐng)域，凡是具備獲取有效數(shù)據(jù)的領(lǐng)域，人工智能均有用武之地，比如在基因測序、輔助診斷、藥品研發(fā)的方面，醫(yī)療人工智能均有不錯的發(fā)展。 這里首先介紹醫(yī)療人工智能領(lǐng)域的代表公司——IBM的Watson，它主要的商業(yè)模式是通過在某一類疾病的數(shù)據(jù)和算法優(yōu)勢，擴展相關(guān)領(lǐng)域人工智能的商業(yè)模式。 2.1 IBM Watson：深度聚焦腫瘤領(lǐng)域人工智能技術(shù) IBM Watson是自2007年開始，由IBM公司的首席研究員DavidFerrucci所領(lǐng)導(dǎo)的DeepQA小組開發(fā)的人工智能系統(tǒng)，目前是醫(yī)療人工智能領(lǐng)域的龍頭。Watson在醫(yī)療領(lǐng)域的商業(yè)戰(zhàn)略分為三個方面：一是深度聚焦腫瘤領(lǐng)域，并向其他領(lǐng)域擴展；二是通過收購獲取數(shù)據(jù)資源；三是通過合作擴展使用場景，輸出生態(tài)能力。 Watson在2011年便開始了腫瘤領(lǐng)域的機器學(xué)習(xí)，充分訓(xùn)練后，形成Watson for Oncology產(chǎn)品。該產(chǎn)品可以輔助腫瘤醫(yī)生快速了解相似病歷，完成初步診斷，縮短診斷時間。接下來，Watson開始提供識別基于證據(jù)的輔助治療方案。通過將患者文件中的屬性數(shù)據(jù)與臨床知識、外部數(shù)據(jù)相結(jié)合，Watson提供腫瘤解決治療方案供醫(yī)生參考。目前Watson對不同癌癥種類的診斷準(zhǔn)確率能達(dá)到70%-90%之間。 在合作模式上，一方面，Watson會給提供醫(yī)療數(shù)據(jù)的機構(gòu)基于訓(xùn)練案例數(shù)的經(jīng)濟補償。另一方面，Watson也會直接和醫(yī)院簽訂銷售合同，由醫(yī)院支付系統(tǒng)采購費用。目前Watson已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多家癌癥治療機構(gòu)。2016年8月，Watson進入中國，在國內(nèi)有21家醫(yī)院計劃使用Watson腫瘤解決方案。 表格1 Watson與醫(yī)療機構(gòu)之間的合作 數(shù)據(jù)來源：公開資料整理，奇璞研究 除了腫瘤領(lǐng)域，Watson也在其他醫(yī)療領(lǐng)域推進相關(guān)產(chǎn)品，如臨床試驗匹配項目。 表格2 Watson的功能擴展 數(shù)據(jù)來源：公開資料整理，奇璞研究 IBM通過資本收購，進一步積累“醫(yī)療大數(shù)據(jù)”。2015年4月IBM成立WatsonHealth部門，旨在向醫(yī)療行業(yè)提供數(shù)據(jù)分析服務(wù)，越來越大的收購金額也反映了IBM對于醫(yī)療數(shù)據(jù)的堅定投入的決心，逐步構(gòu)筑其數(shù)據(jù)競爭壁壘。 表格3 IBM Health的收購 數(shù)據(jù)來源：公開資料整理，奇璞研究 Watson還通過業(yè)務(wù)合作，不斷豐富應(yīng)用場景。Watson一方面與各領(lǐng)域重要參與者合作，實現(xiàn)Watson人工智能分析能力的場景化輸出，探索商用的方式。 例如，Watson與美國第二大零售藥店CVS合作，預(yù)測用戶患有疾病的風(fēng)險，為用戶制定健康問題解決方案。另一方面通過與各合作方的對接，搜集醫(yī)療健康領(lǐng)域的各類數(shù)據(jù)，完善自身的分析學(xué)習(xí)能力。例如，與蘋果合作，將Watson應(yīng)用軟件整合至HealthKit 和ResearchKit工具系統(tǒng)，允許應(yīng)用開發(fā)者收集個人健康醫(yī)療數(shù)據(jù)，和在臨床試驗中使用這類數(shù)據(jù)；與美敦力合作，處理來自美敦力可穿戴醫(yī)療設(shè)備及其他情景化來源的數(shù)據(jù)，并提供個性化的糖尿病管理服務(wù)。 圖表4 Watson的商業(yè)模式圖表 來源：奇璞研究
來源：中國健康產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新平臺（微信號 CHIP20140720）