基于人工智能醫(yī)療就診的虛擬醫(yī)師的誕生

郭馨湘 向丹丹 許珂 羅沛 石州桂 陶靜柔

關(guān)鍵詞 醫(yī)療人工智能 大數(shù)據(jù) 線上醫(yī)療 虛擬醫(yī)師

1引言

（1）背景

隨著科技的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)的普及，全球都逐步進(jìn)入數(shù)據(jù)化時代，數(shù)據(jù)化也將遍布生活中的方方面面。線上醫(yī)療的發(fā)展也在疫情暴發(fā)后進(jìn)入了高速發(fā)展時期，各種有關(guān)醫(yī)療的APP 和小程序等如雨后春筍般紛紛探出頭。而人工智能就診屬于線上醫(yī)療過程中的一個創(chuàng)新型環(huán)節(jié)，目前還處在萌芽階段。

健康醫(yī)療方面的問題早已上升到了國家戰(zhàn)略的層面。早在2017 年，國家衛(wèi)健委就出臺了《“十三五”衛(wèi)生與健康科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》，推動醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)分析與智慧醫(yī)療的發(fā)展。2019 年，相關(guān)部門出臺了《國家新一代人工智能開放創(chuàng)新平臺建設(shè)工作指引》，鼓勵中小微企業(yè)搭建開源、開放平臺，推動人工智能技術(shù)的發(fā)展，給人工智能提供了一個良好的發(fā)展環(huán)境。

（2）小型疾病的定位

虛擬醫(yī)師對小型疾病的定義與醫(yī)學(xué)中不同，醫(yī)學(xué)中對疾病的大小是沒有明確定義的，但有多種分類，除了世界衛(wèi)生組織制定的標(biāo)準(zhǔn)以外，各國及各個地區(qū)對疾病都有各自的分類方法。其中，醫(yī)院中的各個科室則是根據(jù)疾病與狀況進(jìn)行分類，如呼吸內(nèi)科、神經(jīng)內(nèi)科、心胸外科和普外科等。

虛擬醫(yī)師對小型疾病的定位是針對醫(yī)學(xué)中各科常見而不太嚴(yán)重的疾病，患者根據(jù)身體不適的部位找到相應(yīng)的病癥，從而進(jìn)行有效治療，如發(fā)燒、咳嗽則對應(yīng)呼吸內(nèi)科中的感冒咳嗽;消化不良、胃脹氣等則對應(yīng)消化內(nèi)科中的胃病;皮膚紅腫、瘙癢和有水泡的形成對應(yīng)皮膚科中的皮炎等，一些患者可以根據(jù)身體癥狀簡單判斷出疾病。人工智能就診和傳統(tǒng)就診方式之間的不同，也在于其治療手段以及所需要的流程，患者可以通過虛擬醫(yī)師診斷病情，了解治療方案，在藥店購買藥物進(jìn)行治療，或者通過飲食、運(yùn)動等生活習(xí)慣的改變進(jìn)行調(diào)理，簡化了就診過程，實(shí)現(xiàn)家庭診療和護(hù)理的一體化。

2大數(shù)據(jù)問診原理

醫(yī)療海量數(shù)據(jù)不斷產(chǎn)生和硬件算力的提升，使得基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的深度學(xué)習(xí)體系在疾病的早期篩查、精確診斷、療效預(yù)測和預(yù)后評估等方面逼近甚至超過臨床專家。大數(shù)據(jù)問診就是將醫(yī)療信息歸納存儲、分析管理、高效搜索的過程。醫(yī)療問診需要醫(yī)生具備豐富的經(jīng)驗(yàn)和強(qiáng)大的判斷能力，而大數(shù)據(jù)技術(shù)就能恰好彌補(bǔ)醫(yī)生這方面的不足。

（1）數(shù)據(jù)存儲技術(shù)為了提高醫(yī)療數(shù)據(jù)庫的容量和存儲效率，將采用當(dāng)下最先進(jìn)的存儲技術(shù)。現(xiàn)有已知的大數(shù)據(jù)存儲引擎主要有HDFS（OLAP 在線數(shù)據(jù)分析的底層存儲技術(shù)）、HBASE（分布式OLTP 線，使用LSM 技術(shù)，讓寫數(shù)據(jù)性能大大提高）、KUDU（OLTP 和OLAP 技術(shù)的集成）以及TIDB（同時支持OLTP 和OLAP）。在此簡述比較常用的HBASE 技術(shù)。HBASE 適用于大規(guī)模分布式OLTP， 可以無感知平行擴(kuò)展， 沒有固定的方案， 讓HBASE 增、刪列非常靈活。既可以通過主鍵查詢， 也可以通過key 范圍掃描。由于寫是順序?qū)懀?非常適合寫多讀少的場景。這就非常適合醫(yī)療問診過程，由于問診人群的病因呈現(xiàn)正態(tài)分布，大部分人群的病癥較為常見，因此在存儲和查找上效率更高。

（2）數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)醫(yī)療數(shù)據(jù)系統(tǒng)中需要對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分類整合。以大數(shù)據(jù)問診為例，當(dāng)我們把無數(shù)的醫(yī)學(xué)專業(yè)知識存儲到數(shù)據(jù)庫中，下一步就是對其進(jìn)行分類。按照科室、部位、疼痛程度、持續(xù)時間等對所有數(shù)據(jù)劃上標(biāo)簽。和人的學(xué)習(xí)類似，機(jī)器學(xué)習(xí)也是按照分類記憶的方式，是一種將不同的、相似的以及微小的變化區(qū)分開的技術(shù)。不僅如此，我們還將同步管理用戶的個人信息，保障用戶的隱私安全。

（3）數(shù)據(jù)搜索算法在醫(yī)療問診中，算法可以預(yù)處理用戶的搜索以快速實(shí)現(xiàn)對患者搜索內(nèi)容進(jìn)行識別查找的工作，可以較快呈現(xiàn)所需結(jié)果。搜索是一項(xiàng)非常復(fù)雜且困難的工作，涉及大量的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法。其中，包括A?搜索算法（圖形搜索算法）、集束搜索（定向搜索）、二分查找、Dijkstra 算法、動態(tài)規(guī)劃算法、哈希算法以及數(shù)據(jù)壓縮等方法。以A?搜索算法為例，其是一種啟發(fā)式的估算，為每個節(jié)點(diǎn)估算通過該節(jié)點(diǎn)的最佳路徑，并以之為各個地點(diǎn)排定次序。算法以得到的次序訪問這些節(jié)點(diǎn)。因此，A?搜索算法是最佳優(yōu)先搜索的范例。

（4）醫(yī)療圖像識別在問診過程中，系統(tǒng)會根據(jù)患者提供的癥狀信息，通過大數(shù)據(jù)搜索技術(shù)進(jìn)行匹配查找，而圖像識別技術(shù)應(yīng)用在進(jìn)一步核對確認(rèn)患者癥狀的過程中。將搜索匹配出的圖片與患者提供的癥狀圖進(jìn)行比對。首先進(jìn)行特征提取過程，根據(jù)圖片的光感、顏色、3 維效果、局部特征等組成數(shù)據(jù)集利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹等算法進(jìn)行收集[1] 。再進(jìn)一步進(jìn)行對比識別工作，將圖片化的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)對比工作，完成識別技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。

3虛擬醫(yī)師問診

虛擬醫(yī)師問診是“相醫(yī)為民”公眾號平臺提供的主要功能，以大數(shù)據(jù)及人工智能等技術(shù)為支撐，為患者提供全面快捷的問診服務(wù)。

患者進(jìn)入虛擬醫(yī)師問診后，選擇相應(yīng)科室，描述病癥特征或是根據(jù)提供的關(guān)鍵詞描述做出選擇，虛擬醫(yī)師利用大數(shù)據(jù)技術(shù)向患者發(fā)送篩選出的疑似病癥高清圖片，供患者進(jìn)行下一步選擇，從而進(jìn)行確診。相關(guān)病癥的高清圖片更加直觀快捷，可以提高確診效率與準(zhǔn)確性。虛擬醫(yī)師問診功能也將復(fù)診、回診等流程包含其中，在使用虛擬醫(yī)師進(jìn)行初診之后，患者還會受到虛擬醫(yī)師的后續(xù)診斷[2] ，患者在初次問診結(jié)束后，平臺會更新患者信息，在理論痊愈期，虛擬醫(yī)師將通過詢問患者近期身體情況，或者讓患者提供相關(guān)照片對患者的情況是否好轉(zhuǎn)痊愈進(jìn)行分析，使問診步驟更加詳細(xì)化、全面化，打消患者關(guān)于線上問診形式、機(jī)械、效率低的顧慮。

相較于線上醫(yī)院或是醫(yī)生線上問診，虛擬醫(yī)師利用計(jì)算機(jī)相關(guān)技術(shù)真正地做到了減輕醫(yī)院及醫(yī)生壓力，簡化問診流程。許多互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)院的線上問診，看似省去了線下問診煩瑣的流程，實(shí)際上進(jìn)行問診的仍是醫(yī)生，并未緩和醫(yī)患關(guān)系、減輕醫(yī)生壓力。而虛擬醫(yī)師則以技術(shù)為支撐，技術(shù)作為醫(yī)生的角色，在做到和醫(yī)生問診精準(zhǔn)度相同的情況下，節(jié)省醫(yī)生問診的時間與精力。

3.1智慧醫(yī)囑

智慧醫(yī)囑是平臺提供的一項(xiàng)問診結(jié)束后緩解與改善患者病況的功能，具有及時性、針對性。

（1）日常醫(yī)囑患者可以根據(jù)平臺的日常推文，或者“養(yǎng)生攻略”菜單進(jìn)行醫(yī)學(xué)常識的學(xué)習(xí)，當(dāng)使用虛擬醫(yī)師問診之后，本平臺將會提供智慧醫(yī)囑功能，在菜單欄“我的問診”中會更新患者相關(guān)病癥的文章以及注意事項(xiàng)消息提醒，及時向患者對病況的處理進(jìn)行提醒，直至病癥消失。智慧醫(yī)囑具有追蹤過往使用虛擬醫(yī)師問診的功能（患者病情的同步情況不會有隱私信息泄露的隱患問題），并不會機(jī)械地向患者發(fā)送某種病癥的普通醫(yī)囑，而是根據(jù)患者實(shí)際情況，結(jié)合以往病情，提供對患者病癥具有針對性的醫(yī)囑[3] 。

（2）專屬計(jì)劃智慧醫(yī)囑還會為患者提供從用藥、飲食、運(yùn)動、注意事項(xiàng)等多方面制定的療愈方案，根據(jù)虛擬醫(yī)師的問診，利用數(shù)據(jù)分析得出患者病癥的主要功能障礙，然后利用計(jì)算機(jī)技術(shù)智能得出療愈方案中的具體步驟措施（包含治療部位、療愈方法、時間、頻度等）。療愈方案的制定還會參考數(shù)據(jù)庫中患者的問診信息，使方案更具針對性。結(jié)合已給出的智慧醫(yī)囑，進(jìn)行科學(xué)分析后，將療愈方案發(fā)送給用戶。在用戶根據(jù)療愈方案進(jìn)行恢復(fù)期間，本平臺會向患者詢問痊愈情況，根據(jù)患者的實(shí)際體驗(yàn)做出調(diào)整。

3.2智慧購藥

患者可以在虛擬醫(yī)師提供診斷結(jié)果、醫(yī)囑后，在平臺首頁點(diǎn)擊購藥模塊，平臺將根據(jù)距離、銷量、評價等利用大數(shù)據(jù)為患者推薦線下購藥商店或者線上購藥平臺，患者可以自行去線下購藥，也可以點(diǎn)擊線上購藥商店瀏覽藥品的詳情介紹、說明后自行選擇藥品的數(shù)量和規(guī)格，在網(wǎng)上直接購買。購藥后，虛擬醫(yī)師還會為患者提供用藥指導(dǎo)以及注意事項(xiàng)，患者也可以隨時與虛擬醫(yī)師進(jìn)行溝通交流，正確使用藥品。

智慧購藥功能將患者購藥變得更加便捷，提高患者購藥體驗(yàn)，也利用大數(shù)據(jù)分析患者過往病情精確提供購藥建議、用藥注意事項(xiàng)并對患者進(jìn)行用藥科普，讓患者安心用藥。

3.3綜合案例

根據(jù)平臺提供的虛擬醫(yī)師問診、智慧醫(yī)囑、智慧購藥等功能，下文以患者患有皮囊炎為例。首先，患者與虛擬醫(yī)師語音或文字溝通交流，說明癥狀，如紅腫、輕微瘙癢、紅色丘疹，有時破裂結(jié)痂等，如果文字描述不清楚，患者可以給虛擬醫(yī)師發(fā)送圖片進(jìn)行判斷或者以視頻的形式通過大數(shù)據(jù)判斷病情，虛擬醫(yī)師會在大數(shù)據(jù)庫中搜索相關(guān)資料、數(shù)據(jù)，逐步對比確診病情，確診病情后虛擬醫(yī)師會及時提供醫(yī)囑，如居家清潔處理，注意休息，飲食清淡，加強(qiáng)運(yùn)動，嚴(yán)重者需要用藥物進(jìn)行治療，被感染處需要保持清潔、避免與他人密切接觸減少復(fù)發(fā)風(fēng)險。讓患者能夠擁有最優(yōu)的治療方法達(dá)到最好的效果，藥物與食療相結(jié)合進(jìn)行治療。

4應(yīng)用影響

人工智能醫(yī)療的發(fā)展在線上醫(yī)療的基礎(chǔ)上將更進(jìn)一步，而虛擬醫(yī)師的誕生也會進(jìn)一步地推動線上醫(yī)療的發(fā)展，同時也將推動社會的發(fā)展，對人們的生活和健康意識帶來一定的影響。

4.1功能實(shí)用性

虛擬醫(yī)師利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行快速就診，提高了就診效率。解決了傳統(tǒng)醫(yī)療中就診等候時間長、就診步驟煩瑣的問題。降低了人們對于就醫(yī)耗時長而產(chǎn)生的抗拒意識的和心理憂慮。與時代的快節(jié)奏生活相適應(yīng)。

智慧醫(yī)囑等功能提供了個性化的醫(yī)療健康方案，針對患者的病情特征，量身定制專屬療愈方案，有利于縮短患者的病情康復(fù)時間。同時，病人能夠通過智慧醫(yī)囑了解病情的產(chǎn)生原因避免復(fù)發(fā)，了解相關(guān)健康知識后，對于以后碰到的病情也能夠從容應(yīng)對，提高了人們的健康意識。

4.2社會影響力

以人工智能的形式代替真人醫(yī)生就診，在醫(yī)療壓力逐漸增加的疫情期間，切實(shí)減輕了醫(yī)生的就診壓力。與此同時，線上就診的方式避免了線下就診的交叉感染風(fēng)險，解決了疫情期間人們小病諱醫(yī)的問題。

在職業(yè)倫理方面，人工智能就診適用的范圍較小，無法撼動醫(yī)生的醫(yī)療主體地位，相對而言，人工智能就診只能作為醫(yī)療輔助手段。對于需要潛伏期較長的疾病、需要進(jìn)行手術(shù)治療的疾病人工智能線上就診并不適用。因此，虛擬醫(yī)師的誕生主要作用在于緩解醫(yī)療壓力，提高就診效率，而不會取代線下的就診形式。

4.3發(fā)展與挑戰(zhàn)

總體來說，醫(yī)療人工智能的發(fā)展前景十分可觀，作為科技強(qiáng)國的一個重要部分，順應(yīng)了時代的發(fā)展。就我國目前的線上醫(yī)療而言，人工智能就診的相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展尚不全面，有著許多值得開拓和探索的空間。

（1）完善線上就診平臺建設(shè)數(shù)據(jù)是人工智能技術(shù)與應(yīng)用不斷迭代提升的重要基礎(chǔ)，技術(shù)的升級和算法的更新都離不開數(shù)據(jù)收集。而虛擬醫(yī)師的基本運(yùn)行的核心技術(shù)支持便是大數(shù)據(jù)匹配技術(shù)，在建立完整數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行檢索匹配。因此，發(fā)展人工智能就診的核心建設(shè)便是完善數(shù)據(jù)收集工作，搭建好數(shù)據(jù)平臺。

（2）研究數(shù)據(jù)保護(hù)的安全技術(shù)在人工智能大數(shù)據(jù)時代，尋求更好的技術(shù)方法保護(hù)數(shù)據(jù)隱私是人工智能專家不斷攻克的技術(shù)難題。而在醫(yī)療就診的過程中會應(yīng)用數(shù)據(jù)庫中大量患者的隱私信息，如基本信息、影像資料、診斷結(jié)果和治療方法等，因此應(yīng)加強(qiáng)數(shù)據(jù)保護(hù)技術(shù)，保證數(shù)據(jù)庫中的信息不被泄露。在患者進(jìn)行平臺就診的過程中也會錄入基本信息和疾病信息，保證交流平臺的私密性也極為重要。