導(dǎo)語
人工智能(Artificial Intelligence)是一個(gè)由多領(lǐng)域研究組成的極具挑戰(zhàn)性的技術(shù)科學(xué),目前已經(jīng)有長達(dá) 60年的歷史。人工智能在當(dāng)今的醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)展勢頭正盛,我國對(duì)于人工智能也表現(xiàn)出了高度的關(guān)注和支持。
人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域體現(xiàn)出很多顯著的優(yōu)勢,例如有助于提供更加準(zhǔn)確高效的影像診療,在藥物研發(fā)中的應(yīng)用也可大幅降低人力以及資金成本等等。但是伴隨著人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的高速發(fā)展也存在諸多問題與挑戰(zhàn)。
那么人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域有哪些應(yīng)用場景?其未來發(fā)展的趨勢又如何呢?本期內(nèi)容我們將跟隨清華大學(xué)國際傳播研究中心的李宏宇和鄭雅婷一起了解人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的使用與發(fā)展。
AI技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的使用與發(fā)展
AI即人工智能(Artificial Intelligence)的縮寫,1956年,在達(dá)特茅斯會(huì)議上,由McCarthy等人提出了“人工智能”的概念。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。AI技術(shù)自誕生以來,理論和技術(shù)日漸成熟,廣泛應(yīng)用于物流、通信傳媒、醫(yī)療健康等多個(gè)領(lǐng)域,其中AI技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展勢頭強(qiáng)盛,根據(jù)IDC數(shù)據(jù),預(yù)計(jì)到2025年全球人工智能應(yīng)用市場總值將達(dá)1270億美元,而AI醫(yī)療處于高速成長期,占據(jù)人工智能市場的五分之一1。 近年來,我國也對(duì)人工智能表現(xiàn)出高度的關(guān)注與支持,陸續(xù)出臺(tái)了多部相關(guān)政策文件(見表1)。2017年,國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》,提出建立人工智能關(guān)鍵技術(shù)體系;工信部印發(fā)《促進(jìn)人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》對(duì)人工智能技術(shù)發(fā)展做出詳細(xì)規(guī)劃;2018年國務(wù)院印發(fā)《促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)+ 醫(yī)療健康發(fā)展的意見》允許依托醫(yī)療機(jī)構(gòu)發(fā)展互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院。AI技術(shù)已廣泛應(yīng)用于醫(yī)療器械、輔助診斷、藥物研發(fā)和網(wǎng)售藥品監(jiān)管等領(lǐng)域。 人工智能與醫(yī)療領(lǐng)域的融合主要采用的是機(jī)器學(xué)習(xí)算法和大數(shù)據(jù)分析技術(shù),通過AI技術(shù),可以提高醫(yī)療服務(wù)效率,降低成本,推動(dòng)醫(yī)療領(lǐng)域的正向發(fā)展,從而也推動(dòng)了醫(yī)療人工智能的發(fā)展。 表1. 部分人工智能相關(guān)出臺(tái)政策文件(2016-2022) 時(shí)間 文件 出臺(tái)單位 2016年10月 “健康中國2030”規(guī)劃 國務(wù)院 2017年7月 新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃 國務(wù)院 2017年12月 促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)業(yè)發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃(2018-2020) 工信部 2018年4月 促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng) + 醫(yī)療健康發(fā)展的意見 國務(wù)院 2022年7月 關(guān)于加快場景創(chuàng)新以人工智能高水平應(yīng)用促進(jìn)經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的指導(dǎo)意見 科技部等六部門 01 AI技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用情況 01 AI技術(shù)在醫(yī)療診斷的應(yīng)用發(fā)展: 診斷、監(jiān)測為主 1.智能影像診斷 智能影像診斷,即將AI技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像輔助診斷領(lǐng)域,AI 在此領(lǐng)域落地最早、應(yīng)用最廣。在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域(包括放射、病理、超聲等),AI技術(shù)的應(yīng)用有助于推動(dòng)精確、均質(zhì)、高效的影像診療,主要可以分為兩類,一是圖像識(shí)別與重建,二是深度學(xué)習(xí)輔助診斷疾病。 圖像識(shí)別與重建 圖像識(shí)別主要是AI將病變部位進(jìn)行影像分析,獲取并匯總可能指向病變的信息。目前AI已被應(yīng)用于篩查肋骨骨折、肺結(jié)節(jié)、肺炎,旨在消除漏診,提升診斷效率;此外,AI還可以通過算法的圖像映射技術(shù),將采集的少量信號(hào)恢復(fù)出與全采樣圖像同樣質(zhì)量的圖像,且使用圖像重建技術(shù),可將低劑量的CT和PET圖像重建得到高劑量質(zhì)量圖像。在滿足臨床診斷需求的同時(shí),還能夠降低輻射的風(fēng)險(xiǎn)。 深度學(xué)習(xí)輔助診斷疾病 深度學(xué)習(xí)主要是利用影像大數(shù)據(jù)和模型訓(xùn)練,使AI具有評(píng)估和診斷能力,得出輔助診療方案。在這一領(lǐng)域AI主要運(yùn)用于診斷肺部疾病、診斷眼底疾病、診斷腦部疾病、診斷神經(jīng)系統(tǒng)疾病和診斷心血管疾病。 在診斷肺部疾病上 國內(nèi)應(yīng)用AI+CT影像最為成熟的領(lǐng)域在肺結(jié)節(jié)的識(shí)別上。AI能夠有效識(shí)別易漏診結(jié)節(jié)比如6mm以下實(shí)性結(jié)節(jié)和磨玻璃結(jié)節(jié),準(zhǔn)確率在90%左右,同時(shí)能反饋結(jié)節(jié)位置、大小、密度和性質(zhì)等。 在診斷眼底疾病上 目前應(yīng)用最為廣泛的是篩查糖網(wǎng)病。糖網(wǎng)病是常見的視網(wǎng)膜血管病變,也是糖尿病患者的主要致盲眼病,早期往往沒有任何臨床癥狀,一旦有癥狀已錯(cuò)過最佳治療時(shí)機(jī)。AI通過對(duì)眼底圖像的深度學(xué)習(xí),可實(shí)現(xiàn)對(duì)糖網(wǎng)病的診斷。 在診斷腦部疾病上 主要包括腦出血、內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化診斷、顱內(nèi)動(dòng)脈瘤診斷和頸動(dòng)脈易損斑塊評(píng)估等。其中,腦出血是神經(jīng)內(nèi)外科中高致死致殘率的一種難治性疾病。AI+頭部CT,基于機(jī)器視覺與深度學(xué)習(xí)技術(shù),可以迅速定位腦出血區(qū)域,精確量化出血體積,判斷是否存在腦疝,同時(shí),能以秒級(jí)速度完成專業(yè)要求高、耗費(fèi)時(shí)間長的影像評(píng)估,協(xié)助醫(yī)生準(zhǔn)確判斷,讓患者第一時(shí)間獲得最優(yōu)治療方案。 在診斷神經(jīng)系統(tǒng)疾病上 AI在神經(jīng)系統(tǒng)疾病里的應(yīng)用主要包括癲癇、阿爾茲海默癥、帕金森病的診斷。AI可以將患者的影像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析,并與正常人群組做統(tǒng)計(jì)比對(duì),從而計(jì)算得到代謝異常的病灶大小、位置等信息,通過認(rèn)知技術(shù),給出治療方案的建議以及治療效果的預(yù)測。 在診斷心血管疾病上 AI可以在胸部CT數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上,利用深度學(xué)習(xí)技術(shù)和圖像處理技術(shù),設(shè)計(jì)特定算法后評(píng)估冠狀動(dòng)脈易損斑塊,進(jìn)行冠心病智能輔助診斷,規(guī)劃支架手術(shù)植入方案。同時(shí)還可以智能診斷主動(dòng)脈疾病類型、主動(dòng)脈瘤等復(fù)雜疾病。 2.智能語音電子病歷 智能語音技術(shù)作為理想的人機(jī)交互的方式之一,主要是通過讓機(jī)器通過接收、識(shí)別和理解人的語言信號(hào)從而轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的文本或指令2。智能語音電子病歷,即將智能語音技術(shù)與電子病歷相結(jié)合,通過對(duì)著錄音筆大小的小麥克風(fēng)口述,將醫(yī)生口中的專業(yè)詞匯準(zhǔn)確地變成屏幕上的文字,實(shí)時(shí)錄入到病例系統(tǒng)里。借助智能語音識(shí)別技術(shù),突破傳統(tǒng)醫(yī)療報(bào)告耗時(shí)長、效率低、報(bào)告輸入或記錄模式的限制,減少甚至代替鍵盤輸入,是提高醫(yī)生工作效率和服務(wù)質(zhì)量的創(chuàng)新工作模式3。當(dāng)前,全球多家企業(yè)公司,如亞馬遜、谷歌、Nuance、科大訊飛、云知聲等均在智能語音電子病歷有所布局。 Alexa應(yīng)用平臺(tái)擁有來自Mayo Clinic(梅奧診所)和Libertana等機(jī)構(gòu)的輕量級(jí)醫(yī)療應(yīng)用程序,可以回答醫(yī)療問題、在緊急情況下發(fā)送警報(bào),并幫助用戶與護(hù)理人員溝通。語音助手Alexa還可以集成到電子病歷中,成為一個(gè)被動(dòng)的記錄者。 谷歌建立了基于音素的連接性時(shí)間分類模型和基于字母“聆聽、關(guān)注、拼寫”的模型,兩種模型的單詞錯(cuò)誤率分別為20.1%和18.3%,對(duì)醫(yī)療場景中的對(duì)話可有效地進(jìn)行高級(jí)編寫和標(biāo)記等。 Nuance公司的醫(yī)療語音識(shí)別系統(tǒng)可將醫(yī)生報(bào)告錄入時(shí)間縮短為原來的1/5,有效提高醫(yī)生的工作效率4。借助智能語音輸入寶整理病歷數(shù)據(jù)一分鐘便可轉(zhuǎn)錄4000字,識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)98%5。 科大訊飛的智慧醫(yī)療解決方案系統(tǒng)包括一個(gè)可以夾在醫(yī)生領(lǐng)口的醫(yī)學(xué)麥克風(fēng),一個(gè)可以裝在醫(yī)生口袋的發(fā)射器,還有一個(gè)可以插在醫(yī)生工作電腦上的接收器。在接診過程中,醫(yī)生只需要以口述的方式說出患者的病歷,醫(yī)生的工作電腦上就會(huì)自動(dòng)生成結(jié)構(gòu)化的電子病歷。之后,只需醫(yī)生對(duì)電子病歷內(nèi)容進(jìn)行簡單修改確認(rèn),即可打印提供給患者,并完成電子檔保存。 云知聲智能醫(yī)療語音錄入系統(tǒng)以面向醫(yī)療領(lǐng)域的高性能識(shí)別引擎為基礎(chǔ),通過語音來高效處理大量文本錄入工作,通過語音和手持設(shè)備上的功能鍵與院內(nèi)HIS、PACS系統(tǒng)等交互起來。醫(yī)生通過語音錄入方式可以有效避免復(fù)制粘貼操作,規(guī)范病歷輸入,增加病歷輸入安全性。 當(dāng)然,智能語音電子病歷系統(tǒng)仍存在較大的技術(shù)挑戰(zhàn),醫(yī)學(xué)知識(shí)圖譜仍待完善,降噪、變異發(fā)音單元監(jiān)測和模型訓(xùn)練等技術(shù)問題還待解決6。但隨著系統(tǒng)的優(yōu)化和升級(jí),語音電子病歷終將被運(yùn)用到更多醫(yī)療場景中。 3.可穿戴式設(shè)備 可穿戴設(shè)備指采用穿戴技術(shù)對(duì)日常設(shè)備進(jìn)行智能化設(shè)計(jì),以特定算法技術(shù)運(yùn)行,附著或穿在用戶身上的一類產(chǎn)品統(tǒng)稱,監(jiān)測范圍包括運(yùn)動(dòng)、環(huán)境、生理、醫(yī)療等數(shù)據(jù)信息。隨著信息技術(shù)發(fā)展,生物數(shù)據(jù)引擎的開發(fā)使可穿戴設(shè)備在抗干擾、自動(dòng)甄別以及監(jiān)測準(zhǔn)確方面有了質(zhì)的飛躍,收集到海量數(shù)據(jù)不僅用于健康狀況分析,還可對(duì)疾病預(yù)防進(jìn)行管理。由于心血管疾病的隱匿性和不可預(yù)測性,其發(fā)生率和致死率一直居高不下,給病人、家庭和社會(huì)帶來極大的負(fù)擔(dān),因此日常監(jiān)測對(duì)發(fā)現(xiàn)和控制心血管疾病尤為重要。 目前,臨床上比較常見的心電圖監(jiān)測包括常規(guī)心電圖、24h動(dòng)態(tài)心電圖(Holter)以及心電監(jiān)護(hù)儀(有線或無線),前者只能單次使用,而后兩者雖然可以佩戴時(shí)間長,但因?yàn)槭褂脤?dǎo)電膠,導(dǎo)致病人皮膚發(fā)生過敏或破潰,增加病人的不舒適感。因此,為了使人們能夠有效管理自己的健康,國內(nèi)外在可穿戴心電監(jiān)護(hù)方面進(jìn)行了許多研究。Steinberg等7設(shè)計(jì)了背心式 OMsignal系統(tǒng),研究發(fā)現(xiàn)該設(shè)備與 Holter在信號(hào)質(zhì)量和準(zhǔn)確性方面相當(dāng),而且舒適度高,可廣泛應(yīng)用于動(dòng)態(tài)非侵入性心電監(jiān)測,提高心律失常的診斷,并且對(duì)數(shù)據(jù)云儲(chǔ)存,由專業(yè)醫(yī)生進(jìn)行分析,以實(shí)現(xiàn)心臟病的遠(yuǎn)程監(jiān)控,本系統(tǒng)還可針對(duì)隱匿性腦卒中病人使用,預(yù)測心房顫動(dòng)的發(fā)生。 部分智能手機(jī)應(yīng)用可識(shí)別潛在的心房顫動(dòng),研究發(fā)現(xiàn)測出異常脈沖再次行心電監(jiān)護(hù)的參與者中,其心房顫動(dòng)發(fā)生率為34%,陽性預(yù)測值為0.84[95%CI(0.76,0.92)],為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模心房顫動(dòng)篩查提供機(jī)會(huì)8。在醫(yī)療領(lǐng)域中可穿戴設(shè)備實(shí)現(xiàn)了對(duì)人類生理和病理數(shù)據(jù)的全面采集、記錄、分析、調(diào)節(jié)和干預(yù),及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常變化,達(dá)到維持健康、治療疾病的目的。 4.臨床診療 AI技術(shù)在醫(yī)療診斷中的應(yīng)用在 20 世紀(jì) 50 年代后期才開始出現(xiàn)的, 常用于一些常規(guī)的醫(yī)學(xué)疾病診斷,但由于研究任務(wù)的復(fù)雜性和AI技術(shù)本身存在的不確定性,此前并未廣泛應(yīng)用于臨床診療。隨著經(jīng)典概率和 DemPster—Schafers 跡象理論的出現(xiàn), 以及后來的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用,AI逐步開始應(yīng)用于臨床診療。第一個(gè)AI醫(yī)療專家系統(tǒng)出現(xiàn)于上世紀(jì)50年代,當(dāng)時(shí)用于模擬病人的病癥和疾病之間的關(guān)系,又稱為醫(yī)學(xué)專家系統(tǒng)(MES)。MES是AI技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)療診斷領(lǐng)域中的重要分支之一9,是在某個(gè)領(lǐng)域內(nèi)具有專家水平解題能力的程序系統(tǒng)。它的設(shè)計(jì)原理與方法主要是模擬醫(yī)學(xué)專家診斷疾病的思維過程, 繼承和發(fā)揚(yáng)醫(yī)學(xué)專家的寶貴理論及豐富的臨床經(jīng)驗(yàn),作為醫(yī)生診斷的輔助工具幫助醫(yī)生解決復(fù)雜的醫(yī)學(xué)問題。 而在近 10 年間, 國內(nèi)外對(duì)自閉癥智能化識(shí)別方法的探索在經(jīng)典任務(wù)行為、面部表情和情緒、眼動(dòng)、腦影像、運(yùn)動(dòng)控制和運(yùn)動(dòng)模式、多模態(tài)6個(gè)領(lǐng)域積累了豐富的研究成果。我國自閉癥患者超過1000萬, 其中0~12 歲患者超過 200 萬, 以每年近20萬的速度增長10。可見, 過去被視為罕見癥的自閉癥, 目前已經(jīng)位居我國幼兒殘疾發(fā)病率第二位,僅次于智力障礙。自閉癥越早發(fā)現(xiàn), 越早干預(yù), 預(yù)后效果越好(Matson et al., 2008)。目前,人工智能技術(shù)輔助的自動(dòng)化醫(yī)療診斷領(lǐng)域發(fā)展迅速,例如,依托計(jì)算機(jī)視覺的面部檢測技術(shù)已實(shí)現(xiàn)超過 30 多種疾病的癥狀識(shí)別或預(yù)診斷,其中包括多種精神類疾病,如注意缺陷與多動(dòng)障礙和抑郁(Thevenot et al.,2017)等。計(jì)算機(jī)視覺、智能傳感器、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)已逐漸成功用于自閉癥的早期預(yù)警(Hazlett et al.,2017)和機(jī)器輔助治療(Zheng et al.,2015)。 02 AI在藥物研發(fā)的應(yīng)用: 全流程應(yīng)用 傳統(tǒng)的藥物研發(fā)過程既漫長又昂貴,根據(jù)塔夫茨藥物研發(fā)研究中心數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),藥物的研發(fā)到投入使用時(shí)間長達(dá)12年,并且90%的藥物研發(fā)在臨床試驗(yàn)的最后兩個(gè)階段中失敗,一款新藥的平均研發(fā)成本高達(dá)26億美元。創(chuàng)新藥物研發(fā)的大部分時(shí)間和經(jīng)費(fèi)都花在從10萬個(gè)化合物中篩選出1000 到100個(gè),10個(gè)乃至最后幾個(gè)苗頭化學(xué)物的過程中。而AI技術(shù)在藥物研發(fā)中的運(yùn)用,可以大幅降低研發(fā)投入資金、臨床試驗(yàn)等成本。 截至2020年,全球約有240家人工智能藥物研發(fā)公司,它們主要聚集在北美以及歐洲地區(qū),中國以及亞洲其他地區(qū)也是該領(lǐng)域增長較快的地區(qū)之一(如圖1)。AI技術(shù)在藥物研發(fā)的靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)——藥物發(fā)現(xiàn)——臨床前實(shí)驗(yàn)及臨床試驗(yàn)——上市后管理等各個(gè)階段均有應(yīng)用(如圖2)。 圖1. 2020年全球240家AI藥物研發(fā)公司分布 (來源:AI For Drug Discovery, Biomarker Development and Advanced R&D Landscape Overview 2020) 圖2. 活躍于藥物研發(fā)各階段的AI公司 (來源:Artificial Intelligence in Life Sciences: The Formula for Pharma Success Across the Drug Lifecycle) AI 技術(shù)可以通過對(duì)現(xiàn)有化合物數(shù)據(jù)庫信息的整合和數(shù)據(jù)提取、機(jī)器學(xué)習(xí),提取大量化合物與毒性、有效性的關(guān)鍵信息,大幅提高篩選的成功率。目前已經(jīng)有加拿大的初創(chuàng)公司開展這方面的探索研究與業(yè)務(wù)。人工智能還通過模仿人腦智能活動(dòng),從海量醫(yī)學(xué)知識(shí)提取關(guān)鍵有用信息,構(gòu)建復(fù)雜信息處理模型預(yù)測研發(fā)方向,該技術(shù)在蛋白結(jié)構(gòu)及蛋白配體相互作用預(yù)測、藥物靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)、活性化合物篩選、分子生成、化合物性質(zhì)預(yù)測、臨床試驗(yàn)、生物標(biāo)志物研究、藥物重定向等環(huán)節(jié)均已得到廣泛應(yīng)用 11-15。美國藥物設(shè)計(jì)公司 Atomwise 擁有的 AtomNet? 是第一個(gè)基于結(jié)構(gòu)的虛擬藥物發(fā)現(xiàn)平臺(tái),該技術(shù)利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能在數(shù)周或數(shù)月內(nèi)篩選出小分子候選藥物,還能解鎖多個(gè)無成藥性靶點(diǎn)。Atomwise 正與全球 250 多個(gè)合作方開展 775 個(gè)項(xiàng)目,應(yīng)對(duì) 600 多個(gè)獨(dú)特的疾病目標(biāo),包括腫瘤(38%)、傳染病(26%)、 神經(jīng)系統(tǒng)疾?。?%)、心血管疾?。?%)、免疫性 疾?。?%)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和新陳代謝性疾?。?%)、罕見?。?%)、生物學(xué)(2%)及其他(10%)。歐洲最大的新藥研發(fā)獨(dú)角獸公司Benevolent. AI使用英偉達(dá)超級(jí)計(jì)算機(jī)DGX-1,應(yīng)用 Benevolent Platform? 平臺(tái)模擬大腦皮質(zhì)識(shí)別和學(xué)習(xí)模式,能夠在海量數(shù)據(jù)與信息源之間建立新關(guān)系,更高效地產(chǎn)生更多創(chuàng)新藥物。2020 年 2 月該公司利用人工智能工具和生物醫(yī)學(xué)知識(shí)圖譜幫助禮來制藥公司發(fā)現(xiàn)了 COVID-19 潛在抗病毒藥物巴瑞替尼(baricitinib),于同年11月宣布巴瑞替尼與瑞德西韋聯(lián)合用藥達(dá)到研究終點(diǎn),與瑞德西韋單用相比顯著縮短患者康復(fù)時(shí)間16。 除此之外,英國鄧迪大學(xué)的一個(gè)分支機(jī)構(gòu)Exscientia是最早一批成立的藥物研發(fā)AI技術(shù)服務(wù)公司,它已與多個(gè)跨國制藥公司建立了合作項(xiàng)目,并將2款藥物推進(jìn)到了臨床1期試驗(yàn)階段。其中一款是與大日本住友制藥合作開發(fā)的精神疾病用藥,于2020年1月宣布推進(jìn)到1期臨床試驗(yàn),以治療強(qiáng)迫癥患者。第二款是與賽諾菲合作開發(fā)的腫瘤免疫治療小分子藥物,于2021年4月9日宣布進(jìn)入1期臨床試驗(yàn),以治療成人晚期實(shí)體瘤患者,這也是由AI設(shè)計(jì)的首個(gè)雙特異性腫瘤免疫治療小分子。 2021年11月30日,由我國英矽智能科技公司端到端人工智能藥物研發(fā)平臺(tái)Pharma.AI所發(fā)現(xiàn)的候選藥物ISM001-055在首次微劑量人體試驗(yàn)中,完成第一例健康志愿者的臨床給藥。 03 AI在網(wǎng)售藥品監(jiān)管的應(yīng)用: 智慧監(jiān)管與藥品追溯體系建設(shè) 藥品追溯是藥品監(jiān)管的重要組成部分和重要環(huán)節(jié),近年互聯(lián)網(wǎng)藥品交易興起,藥品網(wǎng)絡(luò)銷售為藥品流通環(huán)節(jié)增加了新渠道,但網(wǎng)上零售藥店增多也就意味著藥品追溯的終端增多,更切實(shí)有效的網(wǎng)絡(luò)藥品追溯體系亟待建立。 智慧藥品追溯協(xié)同服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)能夠通過大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的運(yùn)用,將互聯(lián)網(wǎng)藥品交易過程中所產(chǎn)生的交易數(shù)據(jù)全程留痕,實(shí)時(shí)上傳現(xiàn)場檢查過程中的監(jiān)管數(shù)據(jù),全程保留企業(yè)自查自控自證的數(shù)據(jù),便于監(jiān)管部門隨時(shí)查看監(jiān)管進(jìn)度,及時(shí)獲取監(jiān)管過程的反饋,解決監(jiān)管過程中出現(xiàn)的問題。例如,山東省煙臺(tái)市牟平區(qū)設(shè)立了“藥品安全電子遠(yuǎn)程監(jiān)管系統(tǒng)”,包含完備的可追溯藥品監(jiān)管數(shù)據(jù)庫。再如,浙江省藥監(jiān)局啟動(dòng)數(shù)字化監(jiān)管“黑匣子”工程,做到一鏈成證,一盒管數(shù)字、雙向管安全、風(fēng)險(xiǎn)可追溯,保障藥品質(zhì)量安全。 除此之外由于網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營具有易隱蔽、高智能的特點(diǎn),傳統(tǒng)行政監(jiān)管手段難以有效應(yīng)對(duì),AI技術(shù)在互聯(lián)網(wǎng)藥品交易的監(jiān)管中更顯必要。 一是AI可對(duì)違法情況在線實(shí)時(shí)監(jiān)測?;ヂ?lián)網(wǎng)具有虛擬性,用戶身份隱蔽性強(qiáng),網(wǎng)絡(luò)藥品經(jīng)營主體眾多,導(dǎo)致監(jiān)管違法行為難以查處。利用AI及大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)藥品經(jīng)營的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測分析,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常信號(hào)并進(jìn)行監(jiān)管。例如,國家藥監(jiān)局南方醫(yī)藥經(jīng)濟(jì)研究所的互聯(lián)網(wǎng)藥品信息和交易監(jiān)測平臺(tái),利用信息化技術(shù)和手段完成對(duì)涉嫌違法違規(guī)的藥品信息和交易網(wǎng)站的全網(wǎng)搜索,進(jìn)而為互聯(lián)網(wǎng)藥品監(jiān)管提供基礎(chǔ)信息。 二是AI可實(shí)現(xiàn)監(jiān)管資源共享。藥品監(jiān)管部門與公安機(jī)關(guān)、互聯(lián)網(wǎng)信息主管部門等合作,加強(qiáng)對(duì)藥品網(wǎng)絡(luò)銷售和藥品網(wǎng)絡(luò)交易服務(wù)的監(jiān)督檢查,實(shí)現(xiàn)監(jiān)管部門之間數(shù)據(jù)共享。通過建立全國統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)藥品經(jīng)營監(jiān)管平臺(tái),使各地域、各部門形成監(jiān)管合力,提高互聯(lián)網(wǎng)藥品經(jīng)營的監(jiān)管效率。 02 AI技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn) 隨著AI技術(shù)在醫(yī)療診斷、藥物研發(fā)以及網(wǎng)售藥品監(jiān)管中的應(yīng)用深化,隨之而來的面向智能醫(yī)療的人工智能技術(shù)也不斷涌現(xiàn)。雖然這些人工智能技術(shù)在一定程度上解決了以往醫(yī)療領(lǐng)域存在的頑疾和痛點(diǎn),但是人工智能技術(shù)真正在醫(yī)療領(lǐng)域產(chǎn)生大規(guī)模、有價(jià)值的應(yīng)用,還存在很大的障礙與挑戰(zhàn)17。 01 AI在藥物研發(fā)中面臨的挑戰(zhàn) 隨著近幾年全球藥企公司紛紛對(duì)AI+藥物研發(fā)展開布局,其發(fā)展備受業(yè)界矚目,但AI+藥物研發(fā)作為新興領(lǐng)域,也面臨著一些挑戰(zhàn)。2019年4月,IBM公司因?yàn)樨?cái)務(wù)業(yè)績低迷,決定停止開發(fā)和銷售藥物開發(fā)工具Watson人工智能套件18;2022年7月,Exscientia與大日本住友制藥合作開發(fā)的精神疾病用藥DSP-1181因Ⅰ期臨床試驗(yàn)結(jié)果未達(dá)預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)而選擇終止其開發(fā)19。財(cái)政狀況、AI技術(shù)預(yù)測藥物的可成藥性、最終產(chǎn)出等均對(duì)人工智能在藥物研發(fā)領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生了阻礙。 此外,生物學(xué)的復(fù)雜性,給數(shù)據(jù)獲取和AI算法設(shè)計(jì)也帶來巨大挑戰(zhàn)。藥學(xué)是一個(gè)融合化學(xué)和生物學(xué)的學(xué)科,在數(shù)據(jù)層面,化學(xué)方面的數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定、可控與易于計(jì)算;而生物學(xué)數(shù)據(jù)涉及受體蛋白的構(gòu)象變化,平衡和偏置信號(hào)等難以定量計(jì)算?;衔锱c人體靶點(diǎn)的結(jié)合與反應(yīng)過程非常復(fù)雜,目前理論認(rèn)知不足,受環(huán)境影響因素很大,數(shù)據(jù)穩(wěn)定性和可重復(fù)性較差。而當(dāng)前AI算法模型只納入部分化學(xué)指標(biāo),生物學(xué)指標(biāo)不完整也對(duì)其研發(fā)構(gòu)成了挑戰(zhàn)。對(duì)于小分子藥物在生物系統(tǒng)中的作用很難用一組有限的參數(shù)來定義,而化合物在體內(nèi)的其他特性在模型中被降級(jí)為次要的或可忽略部分,包括其前體化合物、代謝產(chǎn)物、濃度依賴性效應(yīng)等,這些被忽略的因素決定著藥物能否到達(dá)其預(yù)期的靶點(diǎn)、能否起到治療效果、以及其毒副作用是否在可以接受的范圍等,這使得AI在藥物發(fā)現(xiàn)和藥效評(píng)估中面臨著更大的不確定性。 02 AI在網(wǎng)售藥品監(jiān)管中面臨的挑戰(zhàn) 根據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息中心今年發(fā)布的第49次《中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告》,截至2021年12月,我國在線醫(yī)療用戶規(guī)模達(dá)2.98億,同比增長38.7%20。網(wǎng)售藥品為大眾提供了諸多便利,但隨著互聯(lián)網(wǎng)診療快速發(fā)展,由AI技術(shù)過度介入與應(yīng)用導(dǎo)致的在網(wǎng)售藥品環(huán)節(jié)中的誤診白診、先藥后方、AI開處方、診療事故等亂象也層出不窮,使得網(wǎng)售藥品監(jiān)管也面臨著一定的挑戰(zhàn)。其中AI開處方主要是患者通過軟件問診,藥師審方簽字,并輸入患者姓名和處方藥需求后,平臺(tái)會(huì)自動(dòng)生成處方?,F(xiàn)實(shí)中,部分藥店使用互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院平臺(tái)自動(dòng)生成處方,選擇“AI開處方,客戶直接取藥”的模式,跳過傳統(tǒng)的處方開具、審核環(huán)節(jié)。由于很多是AI自動(dòng)處方,并沒有相應(yīng)的醫(yī)師資源接入,有的甚至只有患者單方面的病情描述,一分鐘不到就能開具處方,開處方在很多電商或者互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院平臺(tái)似乎正逐漸變成走形式、走過場,最終把AI技術(shù)的運(yùn)用變成了“賣藥”的手段。 03 AI在健康醫(yī)療數(shù)據(jù)管理面臨的挑戰(zhàn) AI在醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用的基礎(chǔ)是健康醫(yī)療數(shù)據(jù),人工智能的訓(xùn)練需要大量的已經(jīng)標(biāo)注好的醫(yī)療數(shù)據(jù)。健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)安全性和共享等方面的問題直接影響著人工智能的發(fā)展。目前,關(guān)于醫(yī)療健康數(shù)據(jù)的歸屬和使用都尚無明確的規(guī)定,因此,醫(yī)療人工智能公司在開發(fā)系統(tǒng)過程中,如何獲得海量的醫(yī)療數(shù)據(jù)進(jìn)行集中訓(xùn)練就存在挑戰(zhàn)。另外,各醫(yī)療機(jī)構(gòu)的醫(yī)療信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,導(dǎo)致機(jī)構(gòu)、地區(qū)以及國家之間的數(shù)據(jù)共享也存在較多障礙。此外,健康醫(yī)療數(shù)據(jù)的保護(hù)方面也存在隱患。人工智能技術(shù)在智能醫(yī)療領(lǐng)域應(yīng)用所面臨的隱私與安全保護(hù)問題,表現(xiàn)在普遍存在的黑客攻擊與數(shù)據(jù)泄露、惡意攻擊算法造成大規(guī)模病患傷害(例如為糖尿病患者過量配備胰島素)等諸多方面21。 2019年11月,美國谷歌公司在美國21個(gè)州秘密收集數(shù)百萬份患者相關(guān)實(shí)驗(yàn)室結(jié)果、醫(yī)生診斷書、住院記錄與病歷的夜鶯計(jì)劃被曝光,引起廣泛關(guān)注。探索在大數(shù)據(jù)環(huán)境下全新的個(gè)人健康數(shù)據(jù)所有權(quán)模式、打造高度安全的數(shù)據(jù)治理與管理平臺(tái)以及相關(guān)政府立法成為當(dāng)務(wù)之急。探索確保數(shù)據(jù)隱私和安全先決條件下的醫(yī)療AI技術(shù),是AI在未來醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用必須解決的一個(gè)關(guān)鍵問題。 04 AI在人才資源面臨的挑戰(zhàn) 人才決定了醫(yī)療AI的發(fā)展,全球 AI 相關(guān)從業(yè)人員遠(yuǎn)不能滿足市場上百萬級(jí)數(shù)量的需求,醫(yī)療AI更是AI技術(shù)與醫(yī)療衛(wèi)生專業(yè)技能的交叉融合,需要精通醫(yī)學(xué)和AI技術(shù)的復(fù)合型人才。我國在醫(yī)療人工智能領(lǐng)域的教學(xué)科研開展較晚,短時(shí)間內(nèi)難以提供能滿足市場需求的人才資源。 我國的工業(yè)和信息化部發(fā)布的《人工智能產(chǎn)業(yè)人才發(fā)展報(bào)告(2019-2020年版)》當(dāng)中指出,目前我國AI人才缺口高達(dá)30 萬,而高校每年培養(yǎng)出來的畢業(yè)生僅約2000人,可見醫(yī)療AI人才需求與供應(yīng)存在的不平衡。AI技術(shù)的發(fā)展離不開人才的挖掘和培養(yǎng),據(jù)騰訊研究院2017年發(fā)布的《全球人工智能產(chǎn)業(yè)人才白皮書》顯示,全球AI人才約30萬人,其中高校學(xué)術(shù)人才約 10 萬人,產(chǎn)業(yè)界人才約 20 萬人,市場需求卻在百萬級(jí)以上。從人才培養(yǎng)來看,全球共有 367 所開設(shè)AI研究的高校 (其中美國 168 所,占 45. 7% ),每年畢業(yè) AI 相關(guān)領(lǐng)域碩博生約2萬人,仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場對(duì)人才的需求22。 正如前文所說,醫(yī)療AI涉及AI和醫(yī)學(xué)這兩大復(fù)雜學(xué)科的深度融合,屬于典型的交叉學(xué)科創(chuàng)新,目前能通曉這兩大學(xué)科的人才極其短缺,難免出現(xiàn) AI 工程師對(duì)醫(yī)療領(lǐng)域的問題了解不夠,對(duì)醫(yī)療復(fù)雜性估計(jì)不足,對(duì)醫(yī)療流程不熟悉等問題,影響 AI 產(chǎn)品的研發(fā)進(jìn)度和功能設(shè)計(jì)。從臨床應(yīng)用來看,醫(yī)務(wù)人員對(duì) AI 缺乏深度認(rèn)知和相關(guān)培訓(xùn),也會(huì)影響其對(duì) AI 的接受度和規(guī)范操作。 05 AI算法面臨的挑戰(zhàn) 人工智能所做出的分析和預(yù)測都是基于算法模型和數(shù)據(jù),工程師在設(shè)計(jì)算法時(shí)會(huì)滲透著其主觀特質(zhì),用于人工智能訓(xùn)練的數(shù)據(jù)也可能存在著某種風(fēng)俗習(xí)性或價(jià)值偏好,算法和數(shù)據(jù)的偏見都很可能產(chǎn)生系統(tǒng)性的決策偏見。再加之當(dāng)前在醫(yī)療AI中應(yīng)用最多的深度學(xué)習(xí)算法,使用了大規(guī)模的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),包含了更多的計(jì)算隱層,具備強(qiáng)大的自我學(xué)習(xí)和自我編程能力,其復(fù)雜性和不確定性使得人工智能存在難以捉摸的“黑箱”,即在人工智能輸入數(shù)據(jù)和輸出答案之間,缺乏可解釋性和透明性?!昂谙洹贝嬖诘暮蠊褪请y以判斷人工智能是否出錯(cuò),且無法進(jìn)行有效監(jiān)管。如果用于算法訓(xùn)練的數(shù)據(jù)不完整、不準(zhǔn)確,或隱含著某些主觀偏見或歧視,則有可能在算法訓(xùn)練中復(fù)制和放大這些“瑕疵”,最終得出有偏見甚至錯(cuò)誤的預(yù)測結(jié)果,導(dǎo)致某些人群在醫(yī)療評(píng)估中受到歧視性對(duì)待,甚至可能引發(fā)醫(yī)療安全事故。同時(shí),醫(yī)療行業(yè)事關(guān)人的生命和健康,如果不能讓醫(yī)生了解模型是如何作出決策的,也很難讓人們對(duì)醫(yī)療AI放心接納。 03 促進(jìn)AI醫(yī)療長足發(fā)展已有的措施 AI在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展,無疑提高了醫(yī)療工作的效率和準(zhǔn)確性,減輕了醫(yī)生的工作負(fù)擔(dān),也將為患者帶來更優(yōu)質(zhì)便捷的醫(yī)療服務(wù)。當(dāng)前醫(yī)療 AI 在應(yīng)用中還面臨著諸多亟待解決和突破的問題,盡管世界各國在為促進(jìn)AI在醫(yī)療領(lǐng)域的長足發(fā)展中已經(jīng)有所行動(dòng),但還需要各方應(yīng)對(duì)。 01 世衛(wèi)組織:《醫(yī)療衛(wèi)生中AI使用的倫理和管治》指南 2021年6月28日,世界衛(wèi)生組織(WHO)發(fā)布指南《醫(yī)療衛(wèi)生中AI使用的倫理和管治》,指南中闡述了AI在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用、適用的法律和政策、關(guān)鍵的倫理原則和相應(yīng)的倫理挑戰(zhàn)、責(zé)任機(jī)制和治理框架等23。指南中提到醫(yī)療衛(wèi)生機(jī)構(gòu)、衛(wèi)生系統(tǒng)和公共衛(wèi)生機(jī)構(gòu)應(yīng)定期公布使用一些AI技術(shù)的原因,以及定期評(píng)估AI的信息,避免“算法黑箱”出現(xiàn);針對(duì)醫(yī)生技能面臨下降的挑戰(zhàn),指南指出醫(yī)生必須提高自己在數(shù)字方面的運(yùn)用能力以及對(duì)臨床經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的掌握,同時(shí)更多地與患者溝通使用AI的風(fēng)險(xiǎn),做出預(yù)測、討論權(quán)衡,包括使用AI技術(shù)的道德和法律風(fēng)險(xiǎn)。 02 美國FDA:《基于AI/ML的醫(yī)療器械軟件的監(jiān)管框架更改擬議-討論稿和征求意見》 2019年4月2日,美國FDA發(fā)布了《基于AI/ML的醫(yī)療器械軟件的監(jiān)管框架更改擬議-討論稿和征求意見》,該討論稿描述了美國FDA對(duì)AI/ML驅(qū)動(dòng)的醫(yī)療器械軟件的變更進(jìn)行審查的潛在方法24。在這個(gè)框架下,在上市前需提交的資料中,F(xiàn)DA引入了一個(gè)“預(yù)先確定的變更控制計(jì)劃”。該計(jì)劃將包括預(yù)先變更類型(被稱為“醫(yī)療器械軟件預(yù)先規(guī)格說明”),以及用于完成這些變更的相關(guān)方法學(xué)(該方法學(xué)被稱為“算法變更協(xié)議”)。美國FDA期望從制造商那里獲得基于AI/ML的醫(yī)療器械軟件的透明度和真實(shí)世界性能的承諾,同時(shí)定期向FDA更新在已批準(zhǔn)的“預(yù)先規(guī)格說明”和“算法變更協(xié)議”中,已經(jīng)實(shí)施的變更內(nèi)容。通過這個(gè)擬議的監(jiān)管框架使AI/ML醫(yī)療器械軟件的迭代改進(jìn)能力在FDA的監(jiān)管范圍之內(nèi),保證患者的安全。 03 美、英、加:《醫(yī)療器械開發(fā)中使用人工智能或機(jī)器學(xué)習(xí)的指導(dǎo)原則》 2021年10月27日,美國FDA、英國MHRA和加拿大HC作為醫(yī)療監(jiān)管機(jī)構(gòu)共同簽署發(fā)布了最新的針對(duì)醫(yī)療器械的指導(dǎo)文件《醫(yī)療器械開發(fā)中使用人工智能或機(jī)器學(xué)習(xí)的指導(dǎo)原則》25。10 項(xiàng)指導(dǎo)原則包括: 在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中利用多學(xué)科專業(yè)知識(shí); 進(jìn)行良好的軟件工程和安全實(shí)踐; 臨床研究參與者和數(shù)據(jù)集能夠代表目標(biāo)患者群體; 訓(xùn)練數(shù)據(jù)集獨(dú)立于測試集; 基于最佳可用方法來選定參考數(shù)據(jù)集; 模型設(shè)計(jì)根據(jù)可用數(shù)據(jù)量身定制并反映設(shè)備的預(yù)期用途; 重點(diǎn)放在人工智能團(tuán)隊(duì)的性能表現(xiàn)上; 測試能夠證明在臨床相關(guān)條件下的設(shè)備性能; 向用戶提供清晰的,重要的信息; 監(jiān)控已部署模型的性能并管理再訓(xùn)練風(fēng)險(xiǎn); 美國、英國、加拿大共同發(fā)布的原則旨在為醫(yī)療器械產(chǎn)品開發(fā)良好的機(jī)器學(xué)習(xí)實(shí)踐(GMLP)奠定基礎(chǔ),并將有助于指導(dǎo)這個(gè)領(lǐng)域在未來快速發(fā)展。 04 中國:《人工智能醫(yī)用軟件產(chǎn)品分類界定指導(dǎo)原則》 2021年7月8日,國家藥監(jiān)局發(fā)布了《人工智能醫(yī)用軟件產(chǎn)品分類界定指導(dǎo)原則》(以下簡稱“指導(dǎo)原則”)26。指導(dǎo)原則在屬性界定上,強(qiáng)調(diào)了產(chǎn)品的管理屬性界定應(yīng)基于其預(yù)期用途,結(jié)合其處理對(duì)象、核心功能等因素進(jìn)行綜合判定。 其中,若軟件產(chǎn)品的處理對(duì)象為醫(yī)療器械數(shù)據(jù),且核心功能是對(duì)醫(yī)療器械數(shù)據(jù)的處理、測量、模型計(jì)算、分析等,并用于醫(yī)療用途的,符合《醫(yī)療器械監(jiān)督管理?xiàng)l例》有關(guān)醫(yī)療器械定義,作為醫(yī)療器械管理。相反,若軟件產(chǎn)品的處理對(duì)象為非醫(yī)療器械數(shù)據(jù)(如患者主訴等信息、檢驗(yàn)檢查報(bào)告結(jié)論),或者其核心功能不是對(duì)醫(yī)療器械數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、測量、模型計(jì)算、分析,或者不用于醫(yī)療用途的,不作為醫(yī)療器械管理。在管理類別中,主要依據(jù)產(chǎn)品的預(yù)期用途、算法成熟度等因素綜合判定管理類別。 其中,對(duì)于算法在醫(yī)療應(yīng)用中成熟度低(指未上市或安全有效性尚未得到充分證實(shí))的人工智能醫(yī)用軟件,若用于輔助決策,如提供病灶特征識(shí)別、病變性質(zhì)判定、用藥指導(dǎo)、治療計(jì)劃制定等臨床診療建議,按照第三類醫(yī)療器械管理。若用于非輔助決策,如進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和測量等提供臨床參考信息,則按照第二類醫(yī)療器械管理。 指導(dǎo)原則的發(fā)布規(guī)范了人工智能類醫(yī)用軟件的屬性界定和類別劃分,并為產(chǎn)業(yè)和監(jiān)管部門提供了注冊(cè)和審批的技術(shù)指導(dǎo)。 總結(jié) AI在造福人類的同時(shí)也確實(shí)存在諸多的安全隱患,當(dāng)我們?cè)贏I新時(shí)代前行時(shí),其帶來的倫理道德問題仍不可忽視,應(yīng)當(dāng)同科學(xué)技術(shù)一樣作為一門專門的學(xué)科進(jìn)行深入的研究。隨著AI技術(shù)的不斷發(fā)展及其與醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的深度融合,AI應(yīng)用場景和技術(shù)有望進(jìn)一步拓展和深化,AI與醫(yī)療領(lǐng)域的深度融合也將提升患者滿意度,降低醫(yī)療成本,促進(jìn)優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源的科學(xué)配置,優(yōu)化醫(yī)療服務(wù)模式,進(jìn)一步推動(dòng)我國醫(yī)療健康變革發(fā)展。

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