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人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用價值
目前,人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的研究成果頻出,人工智能應(yīng)用醫(yī)療領(lǐng)域已是大勢所趨。各個科技巨頭都相繼布局人工智能醫(yī)療行業(yè)。對人工智能在醫(yī)療的應(yīng)用主要基于多方面的客觀現(xiàn)實:比如優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源供給不足,成本高,醫(yī)生培養(yǎng)周期長,誤診率高,疾病譜變化快,技術(shù)日新月異;此外,隨著人口老齡化加劇和慢性疾病發(fā)病率的增長,人們對健康重視程度普遍提高,醫(yī)療服務(wù)需求也在持續(xù)增加。
人工智能結(jié)合醫(yī)學(xué)應(yīng)用有非常多的益處,可以讓患者、醫(yī)師和醫(yī)療體系均受益。比如對于患者來說,可以更快速地健康z查,獲得更為精準(zhǔn)的診斷結(jié)果和更好的個性化治療方案建議;對于醫(yī)師來講,則可以消減診斷時間,降低誤診的概率并對可能的治療方案的副作用提前知曉;對于醫(yī)療體系來說,人工智能則可以提高各種準(zhǔn)確率,同時系統(tǒng)性降低醫(yī)療成本。
據(jù)悉,人工智能在智能診療、智能影像識別、智能藥物研發(fā)和智能健康管理等方面都有廣泛的應(yīng)用價值。
比如在智能診療方面,就是讓計算機(jī)“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。谷歌宣布已嘗試將其面向消費者的機(jī)器學(xué)習(xí)能力應(yīng)用到醫(yī)療保健領(lǐng)域中。今年谷歌的人工智能算法在乳腺癌診斷上也表現(xiàn)出了很高準(zhǔn)確度;蘋果公司最近收購了Lattice,該公司在開發(fā)醫(yī)療診斷應(yīng)用的算法方面具有很強(qiáng)能力。
在智能影像識別方面,人工智能的應(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(jìn)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(jìn)行深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練,促使其掌握診斷能力。作為醫(yī)生,從一個大的圖像如CT、核磁共振圖像判斷一個非常小的陰影,是腫瘤是炎癥還是其他原因,需要很多經(jīng)驗。如果通過大數(shù)據(jù),通過智能醫(yī)療,就能夠迅速得出比較準(zhǔn)確的判斷。
在智能藥物研發(fā)方面,則是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(zhǔn)確地挖掘和篩選出合適的化合物或生物,達(dá)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(jī)模擬,可以對藥物活性、安全性和副作用進(jìn)行預(yù)測。目前借助深度學(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。
在智能健康管理方面,則可以將人工智能技術(shù)應(yīng)用到健康管理的很多場景中。目前主要集中在風(fēng)險識別、虛擬護(hù)士、精神健康、在線問診、健康干預(yù)以及基于精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的健康管理。比如通過獲取信息并運用人工智能技術(shù)進(jìn)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。計算機(jī)還能收集病人的飲食習(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(jìn)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。在精神健康領(lǐng)域,計算機(jī)可運用人工智能技術(shù)從語言、表情、聲音等數(shù)據(jù)進(jìn)行情感識別。在健康干預(yù)層面,計算機(jī)則可以運用AI對用戶體征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,定制健康管理計劃。
從IBM Watson的發(fā)展看醫(yī)學(xué)人工智能的未來
目前國內(nèi)外已經(jīng)有很多高科技企業(yè)將認(rèn)知計算和深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)AI技術(shù)用于醫(yī)療領(lǐng)域,并出現(xiàn)了很多產(chǎn)品,其中以IBM的“沃森醫(yī)生”(IBM Watson)最有代表性。IBM Watson作為該領(lǐng)域中的翹楚,隨著人工智能技術(shù)的逐漸成熟,在2016年開始放開手腳,以腫瘤診斷為重心,開始在慢病管理、精準(zhǔn)醫(yī)療、體外檢測等九大醫(yī)療領(lǐng)域中實現(xiàn)突破,逐步實現(xiàn)人工智能作為一種新型工具在醫(yī)療領(lǐng)域的獨特價值。
沃森是2007年由IBM公司開發(fā)的,IBM Watson具備了自然語言處理、信息檢索、知識表示、自動推理、機(jī)器學(xué)習(xí)等能力,能夠快速搜索分析非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù),獲取想要的結(jié)果。2015年,日本東京大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究所最初的診斷結(jié)果,確診一位60歲的日本女性患了急髓白血病,但在經(jīng)歷各種療法后,效果都不明顯。無奈之下,研究所只好求助IBM Watson,而IBM Watson則通過對比2000萬份癌癥研究論文,分析了數(shù)千個基因突變,最終確診這位60歲的日本女性患有一種罕見的白血病,并提供了適當(dāng)?shù)闹委煼桨浮U麄€過程IBM Watson只用了短短10分鐘。
自2012年羅睿蘭接手IBM開始,IBM公司發(fā)展方向與業(yè)務(wù)架構(gòu)就一直在進(jìn)行根本性調(diào)整。傳統(tǒng)硬件與系統(tǒng)軟件業(yè)務(wù)地位不斷退后,而云計算、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)分析與人工智能成為了公司現(xiàn)金流的核心投放領(lǐng)域?,F(xiàn)在的IBM正在轉(zhuǎn)型為一家認(rèn)知計算和云平臺的公司。其中在醫(yī)學(xué)人工智能的優(yōu)勢也越來越明顯。
IBM Watson首先進(jìn)入的領(lǐng)域是復(fù)雜的癌癥診斷和治療領(lǐng)域,這也是目前全世界醫(yī)學(xué)界聚焦的重點。Watson的第一步商業(yè)化運作就是通過和紀(jì)念斯隆?凱特琳癌癥中心進(jìn)行合作,共同訓(xùn)練IBM Watson腫瘤解決方案(Watson for Oncology)。癌癥專家在Watson上輸入了紀(jì)念斯隆?凱特琳癌癥中心的大量病歷研究信息進(jìn)行訓(xùn)練。在此期間,該系統(tǒng)的登入時間共計1.5萬小時,一支由醫(yī)生和研究人員組成的團(tuán)隊一起上傳了數(shù)千份病人的病歷,近500份醫(yī)學(xué)期刊和教科書,1500萬頁的醫(yī)學(xué)文獻(xiàn),把Watson訓(xùn)練成了一位杰出的“腫瘤醫(yī)學(xué)專家”。隨后該系統(tǒng)被Watson Health部署到了許多頂尖的醫(yī)療機(jī)構(gòu),如克利夫蘭診所和MD安德森癌癥中心,提供基于證據(jù)的醫(yī)療決策系統(tǒng)。
相繼攻克肺癌、乳腺癌、結(jié)腸癌、直腸癌后,2015年7月IBM Watson for Oncology成為IBM Watson health的首批商用項目之一,正式將上述四個癌種的腫瘤解決方案進(jìn)入商用。2016年8月IBM宣布已經(jīng)完成了對胃癌輔助治療的訓(xùn)練,并正式推出使用。此外沃森還在2016年11月訓(xùn)練完上線了宮頸癌的服務(wù)。
目前IBM Watson腫瘤解決方案已經(jīng)進(jìn)入中國。2016年12月,浙江省中醫(yī)院聯(lián)合思創(chuàng)醫(yī)惠、杭州認(rèn)知三方共同宣布成立沃森聯(lián)合會診中心,三方將合作開展IBM Watson for Oncology服務(wù)內(nèi)容的長期合作,這是自IBM Watson for Oncology引入中國以來,首家正式宣布對外提供服務(wù)的Watson聯(lián)合會診中心,意味著中國醫(yī)療行業(yè)將開啟一個新型人工智能輔助診療時代。目前Watson可以為肺癌、乳腺癌、直腸癌、結(jié)腸癌、胃癌和宮頸癌6種癌癥提供咨詢服務(wù),2017年將會擴(kuò)展到8-12個癌種。在醫(yī)生完成癌癥類型、病人年齡、性別、體重、疾病特征和治療情況等信息輸入后,沃森能夠在幾秒鐘內(nèi)反饋多條治療建議。
此外,IBM Watson還與輝瑞達(dá)成了一項新協(xié)議,會將前者的超級計算能力用于癌癥藥物研發(fā)。輝瑞將用上Watson for Drug Discovery的機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理及其它認(rèn)知推理能力,用于免疫腫瘤學(xué)(Immuno-oncology)中的新藥物識別,聯(lián)合療法和患者選擇策略。由于免疫腫瘤學(xué)的未來在于針對獨特腫瘤特征的組合,這會改變癌癥治療方式。而在藥物研發(fā)中利用Watson的認(rèn)知能力,可以更快地為患者帶來可能的新免疫腫瘤治療。
毫無疑問,人工智能將會成為未來IBM的成長引擎。沃森目前已經(jīng)不僅僅滿足于涉及糖尿病等慢病、大健康、醫(yī)療影像、體外檢測、精準(zhǔn)醫(yī)療、機(jī)器人、疾病研究治療這幾個領(lǐng)域,未來,沃森的觸角還會伸到醫(yī)療的其他行業(yè),為整個醫(yī)療行業(yè)服務(wù)。
中國版小小“沃森”不斷面世
與IBM Watson十年的發(fā)展軌跡不同,中國在醫(yī)學(xué)人工智能領(lǐng)域的發(fā)展屬于追趕者。由于中國沒有統(tǒng)一的醫(yī)療數(shù)據(jù)格式以及數(shù)據(jù)孤島的隔離,中國在醫(yī)學(xué)人工智能I域投放的資源相對要少很多。不過這并不妨礙國人對其發(fā)展的熱情。在智能影像識別和診斷方面,中國已經(jīng)出現(xiàn)了若干版本的小小“沃森”,他們的功能雖然沒有IBM Watson那么強(qiáng)大,但也在各個領(lǐng)域顯示出獨特的應(yīng)用價值。
浙江德尚韻興圖像科技有限公司是由浙江大學(xué)知名專家和珠海和佳醫(yī)療設(shè)備股份有限公司共同投資成立一家高科技公司。浙江德尚韻興利用深度學(xué)習(xí)處理超聲影像,同時加入旋轉(zhuǎn)不變性等現(xiàn)代數(shù)學(xué)的概念,形成了“DE-超聲機(jī)器人”。該機(jī)器人算法借助計算機(jī)視覺技術(shù),可以對甲狀腺B超快速掃描分析,圈出結(jié)節(jié)區(qū)域,并給出良性與惡性的判斷,大大節(jié)省了醫(yī)生的診斷時間。一般來說,人類醫(yī)生的準(zhǔn)確率為60%-70%,而當(dāng)下算法的準(zhǔn)確率已經(jīng)達(dá)到85%。
據(jù)悉,人體甲狀腺結(jié)節(jié)已成常見病,如果不加重視,甲狀腺結(jié)節(jié)可能會發(fā)生惡變,進(jìn)而發(fā)展成癌癥,危及生命。但由于個體化差異,目前三甲醫(yī)院甲狀腺結(jié)節(jié)的診斷準(zhǔn)確率平均也只有60%,如果不做活檢,不同醫(yī)生對同一張片子可能會做出不同判斷。而超聲機(jī)器人的出現(xiàn),不僅能輔助醫(yī)生做出精準(zhǔn)判斷,還能縮短病人就醫(yī)時間,提升醫(yī)療效率。目前“DE-超聲機(jī)器人”已經(jīng)在浙江大學(xué)第一附屬醫(yī)院、中國電子科技集團(tuán)公司第五十五所職工醫(yī)院和杭州下城區(qū)社區(qū)醫(yī)院臨床應(yīng)用,一年病例達(dá)到8萬多,準(zhǔn)確率達(dá)86%以上。
2017年2月,中山大學(xué)中山眼科中心劉奕志教授領(lǐng)銜中山大學(xué)聯(lián)合西安電子科技大學(xué)的研究團(tuán)隊,利用深度學(xué)習(xí)算法,建立了“CC-Cruiser先天性白內(nèi)障人工智能平臺”。該人工智能程序模擬人腦,對大量的先天性白內(nèi)障圖片進(jìn)行分析和深度學(xué)習(xí),不斷反饋提高診斷的準(zhǔn)確性。將該程序嵌入云平臺后,通過云平臺上傳圖片,即可獲得先天性白內(nèi)障的診斷、風(fēng)險評估和治療方案。
據(jù)悉,先天性白內(nèi)障是一種嚴(yán)重威脅兒童視力的疑難罕見病。中山眼科中心有全球最大的先天性白內(nèi)障隊列(隊列人數(shù)近2000名),基于該隊列開展了一系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯?,積累了大量高質(zhì)量的先天性白內(nèi)障臨床數(shù)據(jù)。中山大學(xué)眼科中心于2017年4月設(shè)立“人工智能應(yīng)用門診”,由人工智能云平臺輔助臨床醫(yī)師進(jìn)行診療。在人工智能門診就診的患者,除接受常規(guī)診療外,其檢查數(shù)據(jù)即時同步到CC-Cruiser云平臺,同時享受由人工智能機(jī)器人提供的“專家級”診療。目前CC-Cruiser已在3家協(xié)作醫(yī)院完成臨床試點應(yīng)用,并取得理想效果。此外,中山眼科中心已經(jīng)連接了、新疆、云南、青海等邊遠(yuǎn)省區(qū)上百家基層醫(yī)院,每天有大量眼科檢查數(shù)據(jù)上傳云平臺請求專家協(xié)助診斷。在醫(yī)學(xué)人工智能應(yīng)用場景下,病例以及圖像數(shù)據(jù)將首先通過人工智能程序進(jìn)行初審,再由專家復(fù)核,效率將提升70%以上,極大提高了專家協(xié)診效率。
2017年5月,丁香園、中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院和大拿科技共同宣布就皮膚病人工智能輔助診斷達(dá)成獨家戰(zhàn)略合作,并了國內(nèi)首個“皮膚病人工智能輔助診斷系統(tǒng)”。資料顯示,系統(tǒng)性紅斑狼瘡是一種慢性自身免疫性疾病,屬于風(fēng)濕性疾病中的彌漫性結(jié)締組織病,可引起全身多個臟器受累,包括皮膚、關(guān)節(jié)、腎臟、血液等。如何精準(zhǔn)診斷系統(tǒng)性紅斑狼瘡,一直是困擾各國科學(xué)家的世界醫(yī)學(xué)難題。
目前三方合作研發(fā)出的是紅斑狼瘡人工智能輔助診斷模型,該模型對紅斑狼瘡各種亞型及其鑒別診斷疾病能進(jìn)行有效區(qū)分,識別準(zhǔn)確率超過85%。據(jù)悉,該系統(tǒng)一方面是面向皮膚科醫(yī)生,醫(yī)生通過APP,把圖像傳到系統(tǒng)以后,系統(tǒng)提示最有可能的皮膚病類型,然后建立皮膚病電子百科全書,通過百科全書再去學(xué)習(xí),輔助臨床診斷;另一方面是面向患者,系統(tǒng)提供圖片鑒別和導(dǎo)診意見。據(jù)悉,該系統(tǒng)第一期主要實現(xiàn)以紅斑狼瘡為代表的皮膚病人工智能輔助診斷,下一步將“滲透”到其他醫(yī)療機(jī)構(gòu),并將開放患者端服務(wù)。
醫(yī)學(xué)人工智能真正落地
需要全產(chǎn)業(yè)鏈配合
專家指出,要真正實現(xiàn)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的人工智能化,僅靠單方面的力量難以實現(xiàn),這需要依托全產(chǎn)業(yè)鏈包括醫(yī)療主管部門、醫(yī)療機(jī)構(gòu)的參與和信息化服務(wù)商等各個環(huán)節(jié)的共同努力。
比如像前文所述的甲狀腺結(jié)節(jié)、紅斑狼瘡、先天性白內(nèi)障的診斷,都要依靠形態(tài)學(xué)的圖像數(shù)據(jù),這些在皮膚病和病理科特別常見,所以人工智能的優(yōu)勢在此可以得到充分體現(xiàn)。訓(xùn)練一個好的皮膚科醫(yī)生可能要十年,把人工智能引進(jìn)后,可以大大縮短時間。但是醫(yī)學(xué)人工智能研發(fā)成本高、數(shù)據(jù)獲取難、尚未深入診療核心等成為阻礙其真正落地的因素。
人工智能技術(shù)形成產(chǎn)品,最重要是要有大量高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。深度學(xué)習(xí)靠的是“吃透”大量樣本。但目前大部分醫(yī)療機(jī)構(gòu)并不愿公開數(shù)據(jù)。比如前文介紹的德尚韻興,為了收集數(shù)據(jù),嘗試通過多個渠道,有社區(qū)檢查,有付費志愿者,也有試點醫(yī)院。最后該公司收集了兩三萬張超聲圖像,不嗟厥淙胂低持脅瘧Vち蘇鋃獻(xiàn)既仿試85%以上。該公司負(fù)責(zé)人也評價到,如果樣本量能提高一倍,診斷準(zhǔn)確率還有較大的提升空間。
在獲取高質(zhì)量的醫(yī)療數(shù)據(jù)方面,國內(nèi)醫(yī)院在過去信息化程度不高,數(shù)據(jù)雖然多,但相對雜亂,使用難度大。如何找到合適的切入點,并快速獲取數(shù)據(jù)會是一個很高的門檻。同時,醫(yī)院信息孤島現(xiàn)象長期存在,各個醫(yī)療機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)尚未實現(xiàn)互聯(lián)互通。這一局面則逐步從政策層面迎來破冰。去年6月,國務(wù)院公布了《關(guān)于促進(jìn)和規(guī)范健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)應(yīng)用發(fā)展的指導(dǎo)意見》,明確指出健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)是國家重要的基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源,需要規(guī)范和推動健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)融合共享、開放應(yīng)用。但該政策的真正落地依然需要時間。
關(guān)鍵詞:血壓監(jiān)測;物聯(lián)網(wǎng);智能醫(yī)療
中圖分類號:TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-3044(2013)07-1673-02
1 概述
物聯(lián)網(wǎng),是指在計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上,利用射頻識別(RFID)裝置、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、全球定位系統(tǒng)等信息傳感設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),按照約定的協(xié)議,把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來,進(jìn)行信息交換和通信,實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。這里面包含了兩層含義[1]:一是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)還是互聯(lián)網(wǎng),物聯(lián)網(wǎng)只是互聯(lián)網(wǎng)的延伸和擴(kuò)展;二是物聯(lián)網(wǎng)是實現(xiàn)物與物,物與人間的信息交流和通信。物聯(lián)網(wǎng)是繼計算機(jī),互聯(lián)網(wǎng)之后的世界信息領(lǐng)域的第三次革命,具有劃時代的意義?,F(xiàn)在越來越多的國家或地區(qū)在進(jìn)行物聯(lián)網(wǎng)的戰(zhàn)略布局,如歐洲的“物聯(lián)網(wǎng)行動計劃”,美國的“智慧地球”計劃等,我國也把物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展提高到國家戰(zhàn)略發(fā)展的層面,2009年總理在無錫考察時提出“感知中國”的理念,在《讓科技引領(lǐng)中國可持續(xù)發(fā)展》的講話中,溫總理將物聯(lián)網(wǎng)列入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)之一?!拔锫?lián)網(wǎng)”的問世,改變了傳統(tǒng)的思維,在之前的傳統(tǒng)思維中,我們常把“物”同“信息技術(shù)”隔離開,而物聯(lián)網(wǎng)是把“信息相關(guān)技術(shù)”整合在“物”中,二者融為一體。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用非常廣泛[2],如精細(xì)農(nóng)牧業(yè),環(huán)境監(jiān)測,交通運輸業(yè),電子商務(wù),國防工程等領(lǐng)域。
血壓是臨床上監(jiān)測最重要的生命體征之一,通過測量患者的收縮壓和舒張壓,可以了解患者的身體狀況和有無疾病。人體自身有一系列的調(diào)節(jié)機(jī)制來維持血壓在一個相對穩(wěn)定的波動范圍,收縮壓正常范圍為90―120mmHg, 舒張壓正常范圍為60--90 mmHg。超出這個范圍就應(yīng)關(guān)注,臨床上有低血壓和高血壓兩種狀態(tài)。低血壓多見于失血性休克和嚴(yán)重性心血管障礙性疾病,而高血壓是全世界范圍內(nèi)最常見的心血管類疾病,其患病率高,誘發(fā)的并發(fā)癥嚴(yán)重,是心腦血管意外的主要危險因素。流行病學(xué)調(diào)查得出,我國高血壓的患病人群突破了兩個億,并且呈現(xiàn)增加的趨勢。血壓測量是高血壓病診斷和治療的基礎(chǔ),常見的有診室測量和患者自測。但這兩種測量方式都存在著一些不足之處,如診室測量受時間和地點的限制,并且易錯過隱匿性高血壓[3]和誘發(fā)白大衣性高血壓[4],而自行測量的可能會出現(xiàn)測量不準(zhǔn)的情況。同時血壓變異[5]也是人類血壓的最基本特征之一,晝夜間也存在著波動,所以動態(tài)血壓監(jiān)測對于了解患者血壓的變化是非常有價值的。
2 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能血壓監(jiān)控系統(tǒng)研究的前提條件
動態(tài)血壓不間斷監(jiān)測需借助于智能血壓計,智能血壓計是依賴于現(xiàn)代電子技術(shù)和血壓間接測量原理,以數(shù)值的形式顯示并通過網(wǎng)絡(luò)自動傳輸?shù)綌?shù)據(jù)管理中心。倍益智能血壓計是經(jīng)過美國FDA權(quán)威認(rèn)證和歐洲ESH臨床檢驗認(rèn)證的一款智能血壓計,它把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)整合進(jìn)檢測儀器,實現(xiàn)了將測量數(shù)據(jù)智能傳輸至Boumi Heart倍益健康管理平臺的功能。這即是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)用于智能血壓監(jiān)控的一個范例,但如何實現(xiàn)智能血壓計的微型化,發(fā)展類似手表樣的新產(chǎn)品是研究的方向。另外我們應(yīng)該嘗試在區(qū)域醫(yī)療內(nèi)實現(xiàn)智能血壓監(jiān)控,有效的提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量。
3 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能血壓監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)建和架構(gòu)
如圖1所示,智能血壓控制系統(tǒng)通過智能血壓計監(jiān)測院外患者的動態(tài)血壓,智能血壓計會依據(jù)需要設(shè)定每隔一段時間測定患者血壓,這些監(jiān)測的數(shù)據(jù)借助于手機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸至上級醫(yī)生或社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)站,醫(yī)生會根據(jù)病人的病情變化作出指導(dǎo)意見,如藥物調(diào)整,是否來醫(yī)院就診等信息再經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反饋至病人手機(jī)上。由于高血壓這類慢性疾病多半由社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心負(fù)責(zé)日常的治療,上級醫(yī)生與社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心間的互動也是非常有必要的,相關(guān)的信息也會經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心,由其具體實行其治療方案。這樣可以做到依據(jù)病情及時的做出治療方案調(diào)整,達(dá)到穩(wěn)定控制血壓的目的。同時當(dāng)高血壓出現(xiàn)危重情況時,及時發(fā)出提示和求助信息,醫(yī)生及醫(yī)療機(jī)構(gòu)做好搶救預(yù)案,有效提高搶救的成功性。
物聯(lián)網(wǎng)有三個層次,如圖2所示。底層是感知層,通過RFID移動終端、M2M終端等技術(shù)獲得相關(guān)信息,這些信息再通過網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)長距離的傳輸,應(yīng)用層即對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,做出決定,為客戶進(jìn)行服務(wù)。依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的感知層,網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層設(shè)計智能血壓監(jiān)控系統(tǒng)。
感知層主要是依賴于智能血壓計等設(shè)備,通于藍(lán)牙,3G/4G網(wǎng)絡(luò)等通信傳播手段實驗監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至醫(yī)院的血壓監(jiān)控中心。在醫(yī)院的血壓監(jiān)控中心實現(xiàn)病人信息查詢,數(shù)據(jù)分析,作出決策。對患者進(jìn)行健康指導(dǎo),治療方案調(diào)整,應(yīng)急救援等。應(yīng)用技撐平臺主要包括安全管理,服務(wù)管理,中間件技術(shù)和工具箱等。應(yīng)用服務(wù)子層除了監(jiān)控血壓和緊急救援外,通過這個智能平臺可以實現(xiàn)醫(yī)患間的互動,讓患者充分了解自己的病情和與醫(yī)生交流,熟悉疾病治療的要點。另外依靠這個智能血壓監(jiān)測系統(tǒng),醫(yī)生也可以進(jìn)行一些如問卷調(diào)查,大樣本病例分析,病例對照研究等科學(xué)研究。
4 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能血壓監(jiān)控系統(tǒng)的面臨的問題和展望
基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和生物感應(yīng)器技術(shù)開發(fā)智能血壓監(jiān)控系統(tǒng),做到血壓的動態(tài)監(jiān)測,幫助患者及時準(zhǔn)確的了解病情,調(diào)整用藥,必要時預(yù)警搶救。智能血壓監(jiān)控系統(tǒng)給醫(yī)生和患者帶來了諸多便利,但也有一些值得注意的問題。首要問題是網(wǎng)絡(luò)安全[6],物聯(lián)網(wǎng)的實現(xiàn)依賴于互聯(lián)網(wǎng),互聯(lián)網(wǎng)上病毒橫行,網(wǎng)絡(luò)安全顯得尤其重要。另外保護(hù)患者的隱私也是一個重要的問題,物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就是以物與物,人與物間的識別和感知,經(jīng)過數(shù)據(jù)分折做出決策。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都將面臨著保護(hù)患者隱私的問題,做到提高從業(yè)人員的職業(yè)道德和確保數(shù)據(jù)安全是重要的兩個方面。其次是數(shù)據(jù)處理能力亟待加強(qiáng),物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的開展將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù),做到從這些海量的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)有意義的數(shù)據(jù)也是一大挑戰(zhàn)。技術(shù)方面IP地址缺乏與兼容也是一個挑戰(zhàn)。除技術(shù)外物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域還涉及一些法律,倫理及合作等方面的困難。(下轉(zhuǎn)第1681頁)
(上接第1674頁)
盡管有上述的諸多問題亟待解決,但物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)自應(yīng)用以來,已經(jīng)在醫(yī)療領(lǐng)域取得了很好的成績[7],如藥品和醫(yī)療器械管理,醫(yī)療廢品管理,醫(yī)療信息化和遠(yuǎn)程醫(yī)療等方面。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用將會隨著國家投入的增大而更加的廣泛,必將提高醫(yī)療服務(wù)質(zhì)量,有效有改善我們現(xiàn)在的醫(yī)療現(xiàn)狀。
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未來,“黑科技”會取代醫(yī)生嗎?患者可以不用再去醫(yī)院嗎?
虛擬現(xiàn)實:
復(fù)雜的人體能一覽無余嗎
2016年被稱為虛擬現(xiàn)實技術(shù)的元年,虛擬現(xiàn)實打破了個人的時空局限,在游戲、購物、房產(chǎn)、旅游等各行業(yè)掀起了應(yīng)用熱潮。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是不是也可以讓錯綜復(fù)雜的人體一覽無余?
不久前,在廣州的中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院精準(zhǔn)腫瘤外科治療中心,醫(yī)生利用三維可視化系統(tǒng),為一個7歲小女孩成功切除了一個巨大的肝母細(xì)胞瘤。
因腫瘤與周圍臟器緊密糾纏,手術(shù)的難度非常大。“切多了,孩子很可能大出血,下不了手術(shù)臺;切少了,短期內(nèi)腫瘤就會復(fù)發(fā)?!敝行母敝魅侮悂嗊M(jìn)說,現(xiàn)有的電子計算機(jī)斷層掃描(CT)和核磁共振(MR)掃描技術(shù),都只能表達(dá)某一界面的解剖信息,醫(yī)生們只能憑經(jīng)驗由多幅二維圖像去“構(gòu)想”病灶與其周圍組織的三維幾何關(guān)系。全息投影和虛擬現(xiàn)實技術(shù)有助于醫(yī)生完整切除病灶,病人也從中獲得更多信息。最后,陳亞進(jìn)為這名女童切下了一個直徑為15厘米、重達(dá)1.4公斤的腫瘤,出血少于200毫升,達(dá)到精準(zhǔn)微創(chuàng)的效果。
2016年9月在北京召開的虛擬現(xiàn)實產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立大會上,中國工程院趙沁平院士提出,虛擬人體將成為開展醫(yī)學(xué)行為的基礎(chǔ)。鑒于人體的復(fù)雜性,虛擬人體應(yīng)是虛擬現(xiàn)實的終極目標(biāo)。
2016年11月30日,廣州發(fā)起了“虛擬現(xiàn)實(VR)醫(yī)院計劃”。據(jù)“虛擬現(xiàn)實醫(yī)院計劃”首席科學(xué)家、中國工程院院士鐘世鎮(zhèn)介紹,中國的“數(shù)字化虛擬人”將分三個階段實施:第一階段是高質(zhì)量人體幾何圖像采集和計算機(jī)三維重構(gòu),完成基本形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)上的幾何數(shù)字化虛擬人,目前我國已經(jīng)分別成功構(gòu)建了男女解剖虛擬人數(shù)據(jù)集。第二階段是物理虛擬人,即在幾何虛擬人基礎(chǔ)上附加人體各種組織的物理學(xué)信息,比如強(qiáng)度、抗拉伸系數(shù)等。第三階段是生理虛擬人,這是數(shù)字虛擬人研究的最終目標(biāo),可以反映生長發(fā)育、新陳代謝、重現(xiàn)生理病理的有關(guān)規(guī)律性演變。
我國有望在不久的將來實現(xiàn)局部器官的生理虛擬。鐘世鎮(zhèn)舉例說,在虛擬心臟平臺上,既可以模擬各種心臟手術(shù),又可以模擬各種藥物對心臟的作用,從中篩選最佳手術(shù)方式和最佳用藥劑量等。
人工智能:
機(jī)器深度學(xué)習(xí)之后
電影《超能陸戰(zhàn)隊》里萌萌的“大白”,是不是讓你很動心?隨著醫(yī)學(xué)與人工智能的結(jié)合,醫(yī)療機(jī)器人未來也許可以成為人人擁有的實時健康管家。
在位于廣州市海珠區(qū)的“廣東省網(wǎng)絡(luò)醫(yī)院”內(nèi),研發(fā)中的醫(yī)療聊天機(jī)器人,正與一位模擬“頭部病痛”的女性患者對話。
“一般來說,超過39攝氏度為高熱,發(fā)熱是自我保護(hù)和抵御感染的一種反應(yīng)。您的情況是否符合上面的描述?”“你是否有下列癥狀中的幾種?”“情況緊急,請馬上去看急診。這些癥狀可能是急性腦膜炎的表現(xiàn)……”
這樣的科研性醫(yī)療場景,未來將成為現(xiàn)實。人工智能的作用不僅限于幫助診斷,還能提供治療方案。據(jù)IBM“沃森腫瘤專家”中國運營服務(wù)商公司首席運營官王泰峰介紹,隨著“沃森腫瘤專家”認(rèn)知計算能力不斷提升,其將成為幫助醫(yī)生臨床決策并給出治療方案建議的有力幫手。
2015年發(fā)表在全球高等級期刊的醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)中,僅以腫瘤為主題的就有4.4萬篇。如果一名腫瘤醫(yī)生想全面學(xué)習(xí)這些最新治療手段,那么就算他全年365天,每天24小時不休息,每小時也需要研讀5篇論文。王泰峰說:“這是人類不可能做到的,但恰恰是人工智能機(jī)器人的強(qiáng)項?!?/p>
未來,機(jī)器人通過不斷深度學(xué)習(xí),可以給出人類大多數(shù)疾病的診療方案。但是,沃森的定位并不是取代醫(yī)生?!耙驗樗鼪]有辦法創(chuàng)造知識。”王泰峰說,“就算人工智能給出一個獨辟蹊徑的治療建議,如果沒有經(jīng)過大規(guī)模的臨床試驗,仍然沒有實際臨床意義?!?/p>
回到現(xiàn)實,令人期待的人工智能醫(yī)療機(jī)器人仍然是一個嗷嗷待哺的“嬰兒”。廣東省網(wǎng)絡(luò)醫(yī)院院長周其如說,這個“嬰兒”成長需要“吃”更多的東西,也就是深度學(xué)習(xí)。首先是醫(yī)學(xué)教科書,針對臨床路徑明確的病種;第二,大量的循證醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)資料;第三,大量的前沿醫(yī)學(xué)論文數(shù)據(jù),這相當(dāng)于全球?qū)<业臅\;第四,教學(xué)醫(yī)院的病例?!案蓛舻臄?shù)據(jù)很重要,必須經(jīng)過嚴(yán)格篩選。不能是過度醫(yī)療的病例,還要遮擋患者的隱私?!?/p>
更“穩(wěn)”更“準(zhǔn)”的機(jī)器人:
做手術(shù)可以完全交給它嗎
在“真刀實槍”的手術(shù)領(lǐng)域,機(jī)器人正在展現(xiàn)一定的前景。中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院泌尿外科主任黃健使用手術(shù)機(jī)器人做過大量膀胱手術(shù)。他說,醫(yī)療機(jī)器人在我國發(fā)展迅猛,截至10月28日,某知名品牌手術(shù)機(jī)器人全國共裝機(jī)59臺,完成手術(shù)35273例,其中泌尿外科手術(shù)超過五分之二。
與傳統(tǒng)開放及腹腔鏡手術(shù)相比,使用機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)更加精準(zhǔn)、微創(chuàng)。機(jī)器臂模仿人的手腕動作,甚至比人手更靈活、穩(wěn)定。它可以做非常復(fù)雜的微創(chuàng)型手術(shù),觸及一些很難到達(dá)的身體部位,還可濾除人手的自然顫動。“熟練的操作者可以用它撕開葡萄皮,然后精準(zhǔn)完好縫合?!秉S健舉例說。
但是,手術(shù)完全交給機(jī)器人,你放心嗎?現(xiàn)在的手術(shù)機(jī)器人大多是一個機(jī)器臂,沒有思考能力,無法判斷某項操作對人體的傷害。黃健說:“手術(shù)中不僅要考慮創(chuàng)傷最少,還要考慮會否帶出癌細(xì)胞以致癌細(xì)胞在其他地方種植。相比醫(yī)生,機(jī)器人難以整合信息進(jìn)行判斷?!?/p>
此外,機(jī)器人并不適合一切手術(shù)。一些簡單的手術(shù),用機(jī)器人來做是“殺雞用牛刀”,手術(shù)方式須視病情需要而定。
醫(yī)務(wù)界希望新一代的手術(shù)機(jī)器人能達(dá)到“有思維、看得透、摸得著、體形小、手腳多”,具有人的思維和記憶能力,可以制訂手術(shù)方案,在手術(shù)過程中對危險操作發(fā)出提醒,真正做到靈活、靈敏、微創(chuàng)和智能。
可穿戴設(shè)備:
能否實現(xiàn)精確的遠(yuǎn)程“視觸叩聽”
三甲醫(yī)院的排隊和擁擠,相信讓很多患者發(fā)怵。隨著遠(yuǎn)程醫(yī)療的進(jìn)一步發(fā)展,不少人幻想,可以不去醫(yī)院,直接在家看醫(yī)生嗎?
這大概是中國醫(yī)療史上距離最遠(yuǎn)的一次遠(yuǎn)程醫(yī)療實例:在不久前的“神舟十一號任務(wù)”中,新華社太空特約記者、航天員陳冬在天宮二號進(jìn)行的失重心血管研究實驗(CDS)中,測量了自己的心率、血壓、呼吸、皮膚上細(xì)小血管的微循環(huán),并給自己做了超聲波檢測。隨后,這一系列珍貴的數(shù)據(jù)被傳送到地面,由醫(yī)務(wù)人員進(jìn)一步分析航天員的身體在失重情況下的細(xì)微變化。
目前,我們理解的遠(yuǎn)程醫(yī)療仍是“醫(yī)生對醫(yī)生”的遠(yuǎn)程會診。比如基層醫(yī)院遇到了某個疑難雜癥,于是通過互聯(lián)網(wǎng)連線千里之外的大醫(yī)院專家進(jìn)行視頻會診,一起尋找解決方案。
在可預(yù)見的未來,隨著可穿戴設(shè)備、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、云醫(yī)院技術(shù)的發(fā)展,遠(yuǎn)程醫(yī)療將更深入人們的生活,實現(xiàn)“醫(yī)生對患者”的直接交流。
“虛擬現(xiàn)實醫(yī)院計劃”執(zhí)行總監(jiān)、廣州市正骨醫(yī)院博士后萬磊認(rèn)為:“‘醫(yī)生和患者可以不見面’是一個方向??纱┐髟O(shè)備和傳感器隨著技術(shù)發(fā)展,將具有視覺、觸覺、嗅覺等人的一切感知功能。未來的手術(shù)中,醫(yī)生可以在虛擬病人環(huán)境下操作,遠(yuǎn)程控制機(jī)器人給病人做手術(shù)的動作?!?/p>
但實現(xiàn)起來并不容易。周其如認(rèn)為,首先要解決的問題是可穿戴設(shè)備技術(shù)的完善,讓醫(yī)生在另一端實現(xiàn)真正意義上的遠(yuǎn)程“視觸叩聽”。
數(shù)據(jù)傳輸速度的要求相應(yīng)增高。萬磊說,尤其是遠(yuǎn)程手術(shù)對互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸帶寬有很高要求,不能有任何網(wǎng)絡(luò)延時。
要問中國公立醫(yī)院當(dāng)前的真實寫照是什么?人多、看病難。各大醫(yī)院也不乏各種信息化系統(tǒng)。
為何人多、看病難的局面仍未得到有效改觀?縱觀我國醫(yī)療信息化發(fā)展,不難看出,整個行業(yè)信息化不光要解決技術(shù)問題,更要解決的是體制和機(jī)制、規(guī)范管理問題。光一個電子病歷體系的應(yīng)用就牽扯了眾多利益者,從醫(yī)患、到臨床醫(yī)生、醫(yī)院管理者、社區(qū)醫(yī)生、醫(yī)療保險、公共衛(wèi)生、衛(wèi)生行政,再到科研機(jī)構(gòu)等無一不相關(guān)。試想,要將創(chuàng)建于不同時期,不同機(jī)構(gòu)和部門分散存放,且隸屬不同所有者的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行整合,并按不同對象的不同要求進(jìn)行使用,難度何其大。
始建于1907年的上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院(以下簡稱“瑞金醫(yī)院”)是上海知名的三級甲等大型綜合性教學(xué)醫(yī)院,也是上海最為繁忙的大型醫(yī)院之一。該院職工3445人,其中醫(yī)師占了近三分之一。
作為一家具有百年歷史的知名醫(yī)院,瑞金醫(yī)院積極開展高精尖診療技術(shù),并采取多學(xué)科或跨學(xué)科聯(lián)合會診制。自1995年以來,瑞金醫(yī)院就將數(shù)字化醫(yī)療定為了醫(yī)院一項長期的工作重點。
2012年,瑞金醫(yī)院將基于微軟SQL Server 2012商業(yè)智能平臺的各項業(yè)務(wù)應(yīng)用順利投入到日常醫(yī)療服務(wù)中,構(gòu)建電子臨床助理應(yīng)用和病例分析資料庫分析與應(yīng)用,幫助醫(yī)院重新優(yōu)化現(xiàn)有醫(yī)療服務(wù)流程,直接輔助醫(yī)生實現(xiàn)快速且準(zhǔn)確地診斷。
提升用藥準(zhǔn)確性,統(tǒng)一業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)
眾所周知,在日常診療服務(wù)中,醫(yī)生需要開具大量處方。問題是不僅各類藥品存在一定副作用,就是不同藥品之間也存在配用禁忌。因此,醫(yī)生在開具處方時首先會考慮各種藥品間是否存在配用禁忌以及相應(yīng)副作用是否會對患者產(chǎn)生不良影響。而每天醫(yī)生要面對大量的患者和不同處方,想要完整了解全部藥品注意事項或配用禁忌,對醫(yī)生是一項艱巨的挑戰(zhàn)。
所以,為患者開具符合病情且安全的藥品,醫(yī)生在開具處方時都會謹(jǐn)慎地逐一檢查。而傳統(tǒng)手檢方式不僅效率低,且難以覆蓋醫(yī)院的全部藥品,還給醫(yī)院報表數(shù)據(jù)的收集帶來相當(dāng)?shù)碾y度。當(dāng)業(yè)務(wù)人員需要獲取相關(guān)報表時,IT部門不得不從不同的數(shù)據(jù)源進(jìn)行手工匯總分析,然后再設(shè)計出符合不同部門需求的報表,再交付給用戶。整個過程非常繁瑣漫長,也存在數(shù)據(jù)出錯的可能。因此,借助信息技術(shù)實現(xiàn)藥品配用禁忌自動化篩選及審查,實現(xiàn)安全用藥,統(tǒng)一管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)是瑞金醫(yī)院必須要解決的問題。
構(gòu)建在SQL Server 2012之上的電子臨床助理應(yīng)用方案,可謂幫了瑞金醫(yī)院一個大忙。當(dāng)處方所需藥品與計量被輸入計算機(jī)之后,SQL Server 2012提供的實時分析自動將當(dāng)前處方與藥品配用禁忌進(jìn)行比對,如果該處方通過安全檢查,處方信息將會被自動傳送到藥房,使藥劑師能夠更快捷地為患者準(zhǔn)備所需藥品。如果醫(yī)生開具的處方內(nèi)容符合藥品配用禁忌的相關(guān)檢查規(guī)則,但在使用后仍存在副作用潛在風(fēng)險的,系統(tǒng)也將通過聲音與提示對話框及時通知醫(yī)生做出修改。現(xiàn)在,對瑞金醫(yī)院的醫(yī)生而言,使用這套系統(tǒng)有效提升了臨床醫(yī)療中的用藥準(zhǔn)確性。
此外,通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)平臺為醫(yī)院各業(yè)務(wù)應(yīng)用提供后臺數(shù)據(jù)支撐,統(tǒng)一管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),實現(xiàn)對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確利用,并為醫(yī)院普通用戶構(gòu)建可自助訪問的報表門戶。所謂報表門戶是醫(yī)生或其他業(yè)務(wù)部門工作人員只需用自己的身份進(jìn)行登錄,即可根據(jù)自身的業(yè)務(wù)需求定制并生成相應(yīng)的報表。整個過程無需IT部門員工參與,用戶無需關(guān)心數(shù)據(jù)來自于何處,只需簡單點擊即可自行操作。
如此結(jié)果是醫(yī)院在IT基礎(chǔ)設(shè)施中引入了統(tǒng)一身份認(rèn)證體系,實現(xiàn)對內(nèi)部門戶、SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫訪問的單點登錄。借助SharePoint提供的用戶熟悉的Web頁面,將內(nèi)部協(xié)作門戶與SQL Server 2012的商業(yè)智能功能深入整合,一方面借助商業(yè)智能功能幫助醫(yī)院對現(xiàn)有業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動化分析,并快速生成符合相關(guān)需求的報表;另一方面為用戶提供通過Web頁面自助訪問的報表入口,降低醫(yī)院員工的應(yīng)用門檻,促進(jìn)信息平臺利用效率提升。
優(yōu)化流程,合理配置醫(yī)療資源
“通過構(gòu)建病歷分析資料庫,瑞金醫(yī)院使自身沿用多年的傳統(tǒng)評估方式得到了根本性改變?!比鸾疳t(yī)院計算機(jī)中心副主任朱立峰如是說。
事實上,作為大型公立醫(yī)院,傳統(tǒng)醫(yī)療資源配置做法長期困擾著醫(yī)院的管理者。尤其隨著近年流行病的高發(fā),醫(yī)患人數(shù)不斷增長,無法及時、有效地為最需要的醫(yī)患提供最優(yōu)質(zhì)的醫(yī)療資源是公立醫(yī)院普遍存在的問題。在瑞金醫(yī)院,手術(shù)室或會診安排通常都是由不同科室獨立安排,然后匯總到具體的手術(shù)室進(jìn)行人工操作排期,這一系列流程完成后,最終通知主治醫(yī)生確切的手術(shù)或會診日程安排。這種沿用多年的手術(shù)排期方式無形中增加了患者的等待時間,將不利于患者的診療。因此,如何利用信息技術(shù)實時動態(tài)地了解當(dāng)前醫(yī)院的醫(yī)療服務(wù)情況,實現(xiàn)資源按需分配,實現(xiàn)對服務(wù)的完整跟蹤是醫(yī)院思考的課題。
為此,瑞金醫(yī)院在數(shù)據(jù)庫中建立了合理的病例分析資料庫,以自動化方式評估病例情況并為醫(yī)生提供備選診療方案。如此一來,原本老舊的評估流程得到了根本性改變。在全新的病例分析資料庫中,醫(yī)生可以通過內(nèi)建在微軟SQL Server 2012中的商業(yè)智能特性進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和分析,深入了解患者病情并尋求最合理的治療方案。同時,系統(tǒng)的建立也幫助瑞金醫(yī)院實現(xiàn)了對業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化,讓有限的醫(yī)療資源可以得到更加合理地分配與應(yīng)用。
追求穩(wěn)定與靈活
對于瑞金醫(yī)院這些年的數(shù)字化建設(shè),被瑞金醫(yī)院計算機(jī)中心軟件部主管林靖生總結(jié)為兩點:一是2004年前后,他們主要關(guān)注的是解決好業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的大數(shù)據(jù)量問題,當(dāng)時與微軟的合作開啟了瑞金醫(yī)院IT建設(shè)的技術(shù)轉(zhuǎn)移路線,也為他們長期的自主開發(fā)奠定了技術(shù)基礎(chǔ);二是隨著系統(tǒng)數(shù)據(jù)量的累積,數(shù)據(jù)的再利用問題成為醫(yī)院領(lǐng)導(dǎo)層一心要解決的問題。
什么是4D打???唐都醫(yī)院3D打印研究中心主任曹鐵生告訴《中國醫(yī)院院長》,4D打印是指利用智能材料或可降解材料作為打印介質(zhì)的增材制造,打印出構(gòu)件的三維空間結(jié)構(gòu)變化會在時間軸上展開。簡單地說,是在設(shè)計3D打印的時候,將構(gòu)件隨時間變化這一新的維度加載到了構(gòu)件中,打出來的構(gòu)件雖然仍是立體結(jié)構(gòu)(3D),卻包含著在時間維度上的變化功能(3D+D=4D)。
與3D打印相比,4D打印出來的三維實體結(jié)構(gòu)不再是靜止的、無生命的,而是智能的,可以隨外界環(huán)境而發(fā)生相應(yīng)變化。借助4D打印技術(shù)制造出的智能結(jié)構(gòu),可以發(fā)生由一維或二維結(jié)構(gòu)向三維結(jié)構(gòu)的變化,或者由一種三維結(jié)構(gòu)變化形成另一種三維結(jié)構(gòu)。因此,4D打印不僅是3D打印智能化的延伸,更是對未來科技的構(gòu)想。
立足科技前沿
4D打印的概念是在2013年美國TED大會上,由麻省理工學(xué)院計算機(jī)系科學(xué)家Skylar Tibbits提出的。該課題組開發(fā)了一種遇水可以發(fā)生膨脹形變的親水智能材料,利用3D打印技術(shù)將硬質(zhì)的有機(jī)聚合物與親水智能材料同時打印,二者結(jié)合構(gòu)成的智能結(jié)構(gòu)在遇水之后發(fā)生膨脹,帶動硬質(zhì)有機(jī)聚合物發(fā)生彎曲變形,達(dá)到了新的穩(wěn)態(tài)形狀。
國內(nèi)開展4D打印研究起步較早的單位有西安交通大學(xué)、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、華南理工大學(xué)等高校,并已取得了不小的成績。例如,西安交通大學(xué)盧秉恒院士帶領(lǐng)課題組,利用熔融沉積成型技術(shù),制造了離子聚合物――金屬復(fù)合材料(IPMC)智能結(jié)構(gòu),在加載電壓下可以隨著時間實現(xiàn)形狀結(jié)構(gòu)的變化,填補(bǔ)了以往只能制備片狀I(lǐng)PMC的空白。他們將該項技術(shù)應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)器械多自由度操作臂的制造研究中,將傳統(tǒng)的機(jī)械關(guān)節(jié)改為通過電場對智能材料性能的控制,成為一種剛?cè)嵯酀?jì)的操作臂柔性控制方法。
據(jù)曹鐵生介紹,唐都醫(yī)院應(yīng)用3D打印技術(shù)最早開始于2013年,當(dāng)時他帶領(lǐng)研究團(tuán)隊在解決非標(biāo)準(zhǔn)實驗部件研制問題時,自行研制了唐都醫(yī)院最早的2臺3D打印機(jī)(目前仍在工作)。隨著與西安交通大學(xué)和西北工業(yè)大學(xué)的不斷合作,醫(yī)院逐步升級了3D打印機(jī)的各項性能,目前已擁有5臺具有自主知識產(chǎn)權(quán)的3D打印機(jī)。在唐都醫(yī)院院長張永生的大力支持下,曹鐵生的3D科研團(tuán)隊去年成功申報3項重大科研課題,并先后成功完成了3D打印鈦合金胸骨、肋骨、漏斗胸矯形鋼板以及血管支架的植入手術(shù),其中不少手術(shù)在國際上屬于首創(chuàng)。正是基于3D打印技術(shù)的經(jīng)驗積累,2015年底,唐都醫(yī)院組織了一批青年才俊,開始攻克4D打印技術(shù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用難題。
然而,4D打印概念比較新,相應(yīng)的技術(shù)還有待進(jìn)一步成熟完善,主要存在智能材料種類少、打印機(jī)規(guī)模太小等問題,國外也僅在環(huán)境自適應(yīng)機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、柔性機(jī)械、自執(zhí)行系統(tǒng)等領(lǐng)域進(jìn)行了初步應(yīng)用,大部分醫(yī)療領(lǐng)域研究還停留在實驗室階段。經(jīng)過一段時間的科研攻關(guān),唐都醫(yī)院的科研團(tuán)隊一期制作了6個聚己內(nèi)酯氣管外支架,但在各種性能測試中均未達(dá)標(biāo)。
為了探索將4D打印技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療,唐都醫(yī)院與西安交通大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院建立了長期的合作關(guān)系。唐都醫(yī)院定期選派骨干醫(yī)生去西安交通大學(xué)參觀學(xué)習(xí),并邀請西安交通大學(xué)的科研團(tuán)隊來醫(yī)院交流討論,實現(xiàn)醫(yī)學(xué)與工科的最大化交融。經(jīng)過5個月的研究試驗,唐都醫(yī)院的科研團(tuán)隊成功制作了最佳的氣管外支架。就在此時,文章開頭提到的這名患者來到了唐都醫(yī)院就診。
臨床效果良好
據(jù)唐都醫(yī)院胸腔外科主任李小飛介紹,該女性患者吳某今年46歲,罹患?xì)夤軆?nèi)膜結(jié)核2年,規(guī)律抗結(jié)核治療后遺留氣管軟化癥?;颊叻磸?fù)就診于廣州、西安等多家大醫(yī)院,但病情逐漸加重,危及生命。到唐都醫(yī)院就診時已經(jīng)出現(xiàn)極重度呼吸困難,在家中多次暈厥。
醫(yī)院為其組織了多名相關(guān)專家會診,最終得出三種治療方案,一是在介入手術(shù)或者纖維支氣管鏡下植入氣管內(nèi)支架,以此撐開軟化的氣管,但是可能會發(fā)生排痰不暢、機(jī)械損傷、肉芽增生、支架移位等多種并發(fā)癥;二是通過外科手術(shù)切除軟化段氣管,但是術(shù)前檢查顯示,患者全段氣管長約11.5cm,軟化段氣管長達(dá)6cm,最窄處直徑僅3mm,切除長度達(dá)到了氣管切除的極限,單純切除狹窄段的手術(shù)風(fēng)險極大,稍有不慎就有可能在術(shù)中導(dǎo)致患者窒息死亡;三是通過植入外支架將軟化的氣管懸吊起來,但是此類手術(shù)目前僅美國密西根大學(xué)團(tuán)隊在2013年完成過,并且常規(guī)的3D打印只能滿足氣管外支架的外形、韌度、強(qiáng)度、彈性等性能要求,無法滿足生物兼容性和可降解性等特殊要求,只有通過4D打印才能解決該技術(shù)難題。
面對以上三種治療方案,患者和她的丈夫毅然選擇了第三種,并堅決要求醫(yī)院使用4D打印這種新技術(shù)來進(jìn)行手術(shù)。
李小飛告訴記者,為了確保手術(shù)的順利,唐都醫(yī)院在用4D打印技術(shù)做好氣管外支架后,先在3D打印的患者氣管模型上預(yù)演了手術(shù)過程,反復(fù)思考術(shù)中可能出現(xiàn)的意外情況和應(yīng)對措施,最終制定了一套嚴(yán)密的手術(shù)方案。在手術(shù)中,首先使用微橋線分別在氣管橫截面的1、3、5、7、9、11鐘點位懸吊軟化的氣管,縱向每間隔1cm懸吊氣管一圈。然后使用纖維支氣管鏡監(jiān)視氣管管腔,對氣管共縫合了36針,力求每一針均不穿透氣管黏膜層。最后在氣管外支架外表面包裹一層光滑的人工胸膜,完成了整個手術(shù)。
該患者在術(shù)后5天就拔除了全部的引流管,術(shù)后1周已經(jīng)完全恢復(fù)了正常的呼吸。纖維支氣管鏡和氣管三維重建檢查顯示,術(shù)后患者的狹窄段氣管直徑達(dá)到了1cm以上,手術(shù)效果非常理想。同時,患者主觀癥狀改善非常明顯。術(shù)前患者呼吸困難、不能平臥、行動受限,術(shù)后患者呼吸通暢,自己能爬上三層樓。目前尚未觀察到患者對支架有任何的不適,但長期的治療效果和不良反應(yīng)還需進(jìn)一步隨訪。
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