人工智能教學病例庫在住院醫師臨床思維培訓中的應用

汪恒 WANG Heng 王妍 WANG Yan 沈寧 SHEN Ning 韓江莉 HAN Jiang-li

大學附屬醫院在醫學畢業生轉變為合格醫生的過程中發揮著至關重要的作用，傳統的教學模式要求學生廣泛接觸各種實際病例并參與其診療活動，以不斷豐富其臨床經驗，提高臨床實踐能力。在教學過程中接觸病例的多寡以及臨床問題的多樣化，必然會對醫學生和住院醫師的臨床實踐能力和培養周期產生重要影響。新型冠狀病毒感染疫情，也對臨床醫學教育模式提出更高要求。隨著人工智能技術的興起及其在醫學領域的應用，臨床醫學教育模式和方法正在發生巨大變化，即將迎來時代變革。基于人工智能的臨床思維能力訓練病例數據庫不僅對醫學生和住院醫師臨床思維能力提升發揮作用，而且可以用于線上臨床思維能力考核，輔助解決現階段以及未來由于各種突發公共衛生事件發生可能給學生和住院醫師培訓和考核帶來的困境。

住院醫師臨床思維培訓的現狀分析

臨床思維屬于方法學范疇，臨床思維是醫生認識疾病、判斷疾病、治療疾病等臨床實踐過程中所采用的一種邏輯推理方法，臨床思維貫穿于整個臨床診療過程中[1]。臨床思維能力的培養是從醫學生向臨床醫師過渡的必備條件。但是現有的教學模式很難對醫學生和住院醫師的臨床思維能力進行全面培養。臨床思維能力培訓是目前醫學生和住院醫師培訓過程中的重點與難點，前期調研顯示醫學生和住院醫師普遍存在臨床思維能力不足的情況[2]。目前醫學教育體系中，課堂教學階段以講授基本知識、基本理論為主。學生本科畢業后進入住院醫師規范化培訓階段，普遍存在基礎知識與臨床脫節的問題，主要表現為在臨床實踐中過度依賴書本、生搬硬套，不能很好地開展臨床診療工作[3]。傳統的教學模式要求學生通過廣泛接觸各種各樣的實際病例并參與其診療活動，以不斷豐富其臨床經驗，提高其臨床實踐能力以滿足日后臨床工作的要求。在教學過程中接觸病例的多寡以及臨床問題的多樣化，必然會對醫學生和住院醫師的臨床實踐能力和培養周期產生重要影響[4]。如何在住院醫師培訓過程中更多地聯系實際臨床問題，培養出既有堅實理論基礎、又有過硬臨床思維能力的優秀醫師這一課題越來越受到重視。隨著人工智能技術的興起與在臨床醫學領域的應用，臨床醫學教育的模式與方式也在發生巨大的時代變革[5]。

住院醫師臨床思維教學病例庫的構建

1.臨床思維教學病例庫信息化平臺的建設目標。以疾病和癥狀為切入點，利用醫院信息化平臺，以真實病例為基礎，借助人工智能技術，探索建立臨床思維能力訓練教學病例數據庫，用于住院醫師臨床思維能力培訓和教學效果評價。臨床思維教學病例庫信息化平臺培訓對象包括：醫學生生產實習和臨床見習階段、住院醫師規范化培訓第一階段學生和協同單位相當于住院醫師和住院總醫師水平醫師。以北京大學第三醫院為例，包括：醫學本科生第四至五年、八年制二級學科階段醫學生、專業學位碩士研究生、規范化培訓一階段學生，協同單位住院醫師。

2.教學病例的抽取與審核。通過對同病種不同患者的診療方案、路徑進行數據挖掘，在分詞結果中獲取目標信息，從真實病歷中運用自然語言處理中信息抽取技術，將一份完整真實的電子病歷文書內容進行后結構化處理，通過機器學習，在線生成問題與匹配的答案，自動抽取的問題答案與原始病歷正確匹配度可達90%以上。

教學病例由臨床帶教教師團隊在醫院電子病歷系統中篩選，通過程序抽取出來后進行審核，保留適合用于教學的病例。教學病例確定后，抽取出病例關聯的相關檢驗檢查結果，包括檢驗、輔助檢查(超聲、影像、病理)等。經過去隱私處理后發布，供學生學習。

病例內容涵蓋內科、外科、婦產科、兒科的醫學生和住院醫師臨床思維能力訓練教學病例400 例，見表1。

表1 臨床思維教學病例庫涵蓋內容

3.臨床思維病例學習和考核難度設計。根據教學病例病情的情況，將病例分為初級、中級和高級三個級別。學習難度分為四級：1 級難度提供得分項供學生學習；2 級難度提供全部選項供學生選擇，包括得分項及干擾項；3 級難度顯示部分得分項及全部干擾項供學生選擇；4 級難度不提供選項，學生語音或手工錄入問題后系統匹配結果。

4.模擬診療流程。模擬診療為人機互動形式，住院醫師下載手機APP，根據患者的主訴，住院醫師開始進行病史采集等，在手機端輸入相應問題，由機器回答。模擬診療流程包括病史采集、體格檢查、院前檢查結果查看、檢驗、輔助檢查、診斷與鑒別診斷等過程，見圖1。病史采集內容包括：現病史、既往史、個人史、婚育史等。體格檢查包括：生命體征(體溫、脈搏、呼吸、血壓)、一般情況(發育、營養、面容類型、表情、體位、神智、查體是否合作)、皮膚黏膜、淋巴結、頭頸部、胸、肺、心、腹、腹股溝、外生殖器、直腸肛門、脊柱、四肢、神經系統，此外，還有專科體格檢查：婦科專科檢查、產科專科檢查、骨科專科檢查、兒科專科檢查等內容。檢驗包括：血、尿常規、凝血、肝腎功能、免疫八項等。輔助檢查包括：心電圖、超聲心動圖、呼吸功能檢查、內鏡檢查、超聲檢查、病理檢查、X 線檢查、CT、核磁檢查等。

圖1 模擬診療流程

5.多維度分級評價功能。系統記錄學生學習的全過程，根據學生學習的情況對臨床思維進行多維度評價，包括嚴謹性、邏輯性、系統性、敏捷性、知識拓展、多維度和綜合應用[6]。嚴謹性：診斷與鑒別診斷考慮全面，沒有缺項漏項；邏輯性：問診、查體的先后順序；系統性：問診、查體、輔助檢查的全面性；敏捷性：問診、處置、診斷所用的時間長短；知識拓展：診斷與鑒別診斷的準確性；多維度：考慮到患者的多種疾病，而不是單病種；綜合應用：基礎知識的應用能力，用于第四級難度的評價。

住院醫師臨床思維教學病例庫在應用效果

住院醫師臨床思維教學病例庫通過充分利用醫院信息化平臺，以真實病例為基礎，借助人工智能技術，為醫學生和住院醫師提供及時、豐富、全面的仿真訓練平臺，實現提高住院醫師臨床實踐能力，加快人才培養進程的目標。提升醫學生和住院醫師培訓教學質量：提供大數據病例學習與反饋數據庫，鍛煉住院醫師臨床思維能力，提升臨床醫學教學質量。促進教師對現代化教學方法的掌握：支持教師基于大數據的教學方式，為教師不斷發展與創新臨床教學模式與方法提供平臺。適應疾病譜變化快、新治療方法的更新。

1.住院醫師應用效果。研究者設計調查問卷，通過App 進行應用體驗調查，共110 名住院醫師參與了問卷調查。通過問卷結果分析發現，住院醫師對人工智能教學病例庫進行臨床思維學習的接受度較高，住院醫師在學習后從問診、體格檢查、檢驗檢查、診斷和鑒別診斷等獲益方面進行自我評價，效果較好，見表2，對線上學習認可度較高，教學病歷系統的使用較便捷，見表3。

表2 學習效果評價[n(%)]

表3 學習方式評價[n(%)]

針對問卷調查結果，通過訪談法對住院醫師進行訪談，針對評價“低”和評價“不同意”的部分內容，了解學生需求。住院醫師認為線上學習方式應增加互動討論、評論區，以獲得更加明確的反饋指導，包括給出典型或特殊病例的鑒別診斷的鑒別依據，提升專業學習效果。逐漸強化AI 回答的模糊檢索功能，優化智能問診庫部分問題。體格檢查部分由于無法真正接觸患者，只有檢查結果，在體格檢查部分的技能提高還需要進一步增加現場培訓。同時，增加相關文獻資源、各類疾病最新國內外指南、技能操作(胸穿、腹穿、婦科檢查、四部觸診、心電圖判讀等等)的標準化視頻或講解，讓住院醫師更好地了解診斷依據的判定規則。

2.帶教教師應用體驗。帶教教師在使用此系統后認為，交互式人工智能教學病例庫在教學病例的抽取方面存在較大優勢，教師通過關鍵詞檢索即可搜索到適合住院醫師臨床思維培訓的教學病例，并通過人工智能技術將問診、體格檢查等內容自動匹配，相應的檢驗檢查結果也能經過去隱私處理與教學病例匹配，極大地提升了帶教教師編寫教學病例的便利度。此外，該系統能記錄住院醫師病例學習的情況，以便帶教教師監控學生學習全過程，找出住院醫師臨床思維學習的薄弱之處進行更有針對性的培訓。但是由于住院醫師在問診時問診問題差異較大，存在自動回復內容與問題不匹配問題，還需要機器學習不斷提升準確度，此外，體格檢查等涉及臨床技能操作的內容，應用此系統進行培訓還存在一定欠缺。

結語

模擬教學已成為醫學教育中重要的教學形式[7]。通過人工智能技術構建的基于醫院真實病例為基礎的教學病例庫，模擬患者和醫療環境進行臨床思維培訓，具有高仿真、可重復、可自行學習，易擴充數據庫以及安全性高的優點。隨著信息技術的發展，醫學教育中也逐漸引入人工智能和虛擬現實技術，更多教學病例得到共享。歐美醫學教育者重視交互式虛擬患者問診系統的研發[8]，在其研究和實踐中，虛擬患者問診系統的優越性得到廣泛認可，應用日益普及。由計算機全程記錄學生的學習軌跡，并帶有分析、評估系統，可用于臨床思維訓練和考核。在住院醫師培訓階段，基于人工智能技術建立教學病例庫，可以很好地幫助住院醫師提高學習效率，培養規范、系統的問診技能和臨床思維，增加了住院醫師臨床思維學習途徑，從而提升培訓效果。此外，還可以促進臨床教師掌握現代化教學方法，將醫院的病例資源充分挖掘用于教學，提升病例資源的利用度。基于人工智能技術建立的教學病例庫，可以作為其他教學手段的有益補充，廣泛地應用與臨床教學中。