李文星 唐 軍 屈 藝 母得志

（四川大學(xué)華西第二醫(yī)院兒科，四川 成都 610041）

現(xiàn)代醫(yī)學(xué)已經(jīng)進(jìn)入精準(zhǔn)醫(yī)療、人工智能以及現(xiàn)實(shí)虛擬的時(shí)代，智慧醫(yī)療的出現(xiàn)將生命科學(xué)與信息技術(shù)完美結(jié)合，而醫(yī)學(xué)教育也需要借助前沿科技來提升教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)手段。應(yīng)用人工智能技術(shù)參與教育教學(xué)的歷史由來已久，虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)、智能機(jī)器人、虛擬網(wǎng)路診療平臺(tái)已經(jīng)參與到臨床診療、教學(xué)和醫(yī)生規(guī)培中。當(dāng)前的大數(shù)據(jù)環(huán)境，智能化的飛速發(fā)展，應(yīng)主動(dòng)變革現(xiàn)有的教學(xué)模式，帶領(lǐng)學(xué)生一起創(chuàng)優(yōu)創(chuàng)新，重塑學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，重視個(gè)體化教學(xué)，推動(dòng)傳統(tǒng)數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)全方位的智能化升級(jí)[1]。

一、人工智能發(fā)展的歷史

人工智能是以計(jì)算機(jī)科學(xué)、腦神經(jīng)學(xué)和社會(huì)科學(xué)為基礎(chǔ)的綜合性學(xué)科，可以替代人類進(jìn)行識(shí)別、認(rèn)知、分類和決策等多種功能。人工智能在發(fā)展的過程中相繼產(chǎn)生了如符號(hào)主義、連接主義和行為主義等學(xué)術(shù)流派[2]。這些流派的相輔相成推進(jìn)了人工智能的發(fā)展，先后經(jīng)歷了邏輯推理、知識(shí)工程、數(shù)據(jù)挖掘三個(gè)時(shí)段。

1950-1970年代，人工智能的“推理時(shí)代”。許多研究者嘗試通過模仿人腦的結(jié)構(gòu)或功能來建立一個(gè)以模擬人腦為主的智能機(jī)器，相繼出現(xiàn)了一批顯著的成果，如機(jī)器博弈、自動(dòng)定理證明、跳棋程序、LISP表處理語言等。由于消解法推理能力的有限，以及機(jī)器翻譯等的失敗，使人工智能走入了低谷，具備了邏輯推理能力的機(jī)器，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到智能化的水平，只重視問題求解的方法，忽視知識(shí)重要性[3]。1970-1990年代，得益于計(jì)算機(jī)的發(fā)展，人工智能進(jìn)入的“知識(shí)工程”時(shí)代。1979年第一臺(tái)電腦控制的自動(dòng)行走器“斯坦福車”誕生。1983年世界第一家批量生產(chǎn)統(tǒng)一規(guī)格電腦的公司“思考機(jī)器”誕生。1985年哈羅德·科岑編寫的繪圖軟件Aaron在人工智能大會(huì)亮相。以及化學(xué)質(zhì)譜分析系統(tǒng)、疾病診斷和治療系統(tǒng)、探礦系統(tǒng)、語音理解系統(tǒng)等專家系統(tǒng)的研究和開發(fā)，將人工智能引向了實(shí)用化。專家系統(tǒng)也存在不足：推理方法單一、沒有分布式功能、缺乏常識(shí)性知識(shí)等等，仍無法在真正意義上達(dá)到智能化水平。隨后機(jī)器學(xué)習(xí)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、智能機(jī)器人和行為主義研究推動(dòng)人工智能趨向深入。2000年至今，人工智能的“數(shù)據(jù)挖掘”時(shí)代。數(shù)據(jù)具有4個(gè)典型的特征：多樣性、體量、速度和價(jià)值，處理海量數(shù)據(jù)直接推動(dòng)了人工智能的發(fā)展。從單純依賴于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的模型到數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)與知識(shí)引導(dǎo)相結(jié)合學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)帶來的語音識(shí)別、機(jī)器視覺、翻譯得到普遍應(yīng)用[4]。Alpha Go基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擊敗中韓圍棋高手就是目前人工智能的高水平代表之一。而云計(jì)算、芯片、超級(jí)計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)帶來了人工智能發(fā)展的又一次高潮。

人工智能技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中于醫(yī)療機(jī)器人、藥物研發(fā)、影像識(shí)別和健康管理四個(gè)領(lǐng)域。醫(yī)學(xué)生畢業(yè)后的相關(guān)職業(yè)考試有執(zhí)業(yè)資格考試、專業(yè)技術(shù)資格考試等，其中衛(wèi)生專業(yè)技術(shù)資格考試從2007年起已經(jīng)逐步推廣應(yīng)用人機(jī)對話考試的方式[5]。將大數(shù)據(jù)信息平臺(tái)和人工智能、現(xiàn)實(shí)虛擬應(yīng)用到醫(yī)學(xué)教育中，這為臨床教學(xué)、醫(yī)師培訓(xùn)、醫(yī)療實(shí)踐以及改善醫(yī)患交流帶來積極的影響。例如清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院建立“智慧現(xiàn)實(shí)虛擬臨床教學(xué)中心”，率先開啟了醫(yī)學(xué)院?！叭斯ぶ悄堋迸R床教學(xué)培訓(xùn)新模式。

二、人工智能在醫(yī)學(xué)教育中的應(yīng)用

1.虛擬網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺(tái)

醫(yī)學(xué)教育包括理論授課和臨床實(shí)踐，需要醫(yī)學(xué)生掌握正確的臨床工作方法，同時(shí)培養(yǎng)臨床思維。利用人工智能和大數(shù)據(jù)平臺(tái)，建立科學(xué)的臨床思維能力評(píng)估模型和方法對于醫(yī)學(xué)教育和實(shí)踐特別重要，也可以理解為虛擬實(shí)踐。例如以“治趣”為代表的以臨床思維訓(xùn)練為核心的虛擬診療互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，通過構(gòu)建一套臨床診療能力評(píng)估體系，給教育對象進(jìn)行不同階段的“臨床勝任力”綜合評(píng)估，提供臨床思維訓(xùn)練新模式。針對醫(yī)療機(jī)構(gòu)、學(xué)員，依據(jù)教學(xué)目的形成個(gè)體化的學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)習(xí)計(jì)劃。學(xué)生可以對虛擬病人進(jìn)行問診、體檢、輔檢、診斷和治療。之后可以與病人進(jìn)行對話，獲取病人相應(yīng)的體檢報(bào)告，根據(jù)體檢報(bào)告判斷病情，做出規(guī)劃診療方案。通過虛擬實(shí)踐，學(xué)習(xí)將會(huì)變得更加具有主動(dòng)性、自覺性，形式也將多樣化。

虛擬網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的出現(xiàn)不僅能快速培養(yǎng)在校醫(yī)學(xué)生臨床問題的解決能力，也能節(jié)約教學(xué)成本，提高教學(xué)質(zhì)量和效率，達(dá)到優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共享。在充實(shí)臨床教學(xué)內(nèi)容的同時(shí)，培訓(xùn)了擁有經(jīng)驗(yàn)豐富及創(chuàng)新思維的教師，促進(jìn)了醫(yī)學(xué)生臨床基本知識(shí)的掌握、并有效培養(yǎng)醫(yī)學(xué)生臨床思維能力。

2.虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

醫(yī)學(xué)生的培養(yǎng)離不開實(shí)踐訓(xùn)練，具備扎實(shí)的診斷學(xué)功底是其今后從事臨床工作的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的診斷技能包括問診、體格檢查、讀圖閱片（心電圖、胸片）、四穿一導(dǎo)（胸穿、腹穿、骨穿、腰穿、導(dǎo)尿）等等，這些診斷技能是醫(yī)學(xué)生必須掌握的最基本、最核心的技能[6]?！秷?zhí)業(yè)醫(yī)師法》規(guī)定無執(zhí)照醫(yī)學(xué)生不得單獨(dú)進(jìn)行診療操作，所以學(xué)生在實(shí)習(xí)階段也缺乏操作機(jī)會(huì)。一方面是教學(xué)內(nèi)容枯燥、模式單一，學(xué)生難以理解、掌握，另一方面是學(xué)生在醫(yī)院實(shí)習(xí)階段動(dòng)手機(jī)會(huì)少，導(dǎo)致傳統(tǒng)的教學(xué)質(zhì)量很難提高，這是醫(yī)學(xué)教育改革迫在眉睫需要解決的問題。而虛擬實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的出現(xiàn)可以解決這一難題，提高臨床技能操作教學(xué)質(zhì)量。如清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院借助“人工智能技術(shù)+全定量現(xiàn)實(shí)虛擬技術(shù)”，患者的影像數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成全息化的人體三維解剖結(jié)構(gòu)，并映射在虛擬空間里。醫(yī)生可以對器官和病變進(jìn)行立體幾何分析，對于注重精準(zhǔn)、微創(chuàng)和個(gè)體化的現(xiàn)代外科手術(shù)很有意義。學(xué)生也可以借助平臺(tái)完成虛擬解剖作業(yè)、模擬不同的手術(shù)方式、設(shè)計(jì)手術(shù)方案等[7]。

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的學(xué)習(xí)需將操作技能與非操作技能訓(xùn)練相結(jié)合,在加強(qiáng)基本手術(shù)技能訓(xùn)練的同時(shí)，又可以掌握特殊手術(shù)步驟。醫(yī)學(xué)生在虛擬手術(shù)過程中鍛煉手術(shù)技能，并且可以身臨其境地感受到手術(shù)緊張感和實(shí)戰(zhàn)狀態(tài)，提高學(xué)習(xí)效率[8]。

3.智能機(jī)器人

科大訊飛研發(fā)的人工智能機(jī)器人“訊飛智醫(yī)助手”，成為全球第一個(gè)通過國家醫(yī)師資格考試的機(jī)器人。目前機(jī)器人技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用正在迅速發(fā)展形成為一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)，輔助外科醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)也越來越普遍。利用機(jī)器人和虛擬現(xiàn)實(shí)場景也能夠輔助學(xué)生操作培訓(xùn)，為學(xué)生提供實(shí)踐訓(xùn)練，同時(shí)又不讓患者面臨風(fēng)險(xiǎn)。

人工智能機(jī)器人具有精確、穩(wěn)定、高效性的特點(diǎn)，可以在數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上模擬臨床操作，給剛進(jìn)入臨床實(shí)習(xí)的醫(yī)學(xué)生示范正確的手術(shù)動(dòng)作。由韓國研發(fā)的“母子”機(jī)器人，它不僅可以模擬產(chǎn)婦分娩過程，還可以模擬產(chǎn)科手術(shù)過程中一些較為復(fù)雜的狀況，真實(shí)還原分娩情景，幫助學(xué)生直觀地學(xué)習(xí)，積累臨床實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)[9]。

4.助力科研

在科學(xué)研究領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)挖掘需要人工智能技術(shù)。大數(shù)據(jù)分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)即行數(shù)據(jù),存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫里,可以用二維表結(jié)構(gòu)來邏輯表達(dá)實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù),非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù),包括所有格式的辦公文檔、文本、圖片、XML、HTML、各類報(bào)表、圖像和音頻/視頻信息等等[10]。分析這些數(shù)據(jù)并不簡單，涉及人工智能技術(shù)。

沃森是一款I(lǐng)BM公司打造的醫(yī)療認(rèn)知計(jì)算系統(tǒng)，目前已用于乳腺癌、肺癌、直腸癌等多種腫瘤的治療決策。根據(jù)患者的一般情況對現(xiàn)有醫(yī)療庫進(jìn)行數(shù)據(jù)匹配和分析，幫助醫(yī)學(xué)生找出最有效、最個(gè)性化的癌癥治療方法并加以學(xué)習(xí)，這同樣也是各方案的循證支持和指南來源。最新的Cell雜志發(fā)表了題為“Identifying Medical Diagnoses and Treatable Diseases by Image-Based Deep Learning”的論文，提到利用轉(zhuǎn)移學(xué)習(xí)技術(shù)開發(fā)了一個(gè)人工智能系統(tǒng)，對黃斑變性和糖尿病視網(wǎng)膜病變的圖像進(jìn)行了有效的分類。它還能準(zhǔn)確區(qū)分小兒胸片上的細(xì)菌性肺炎和病毒性肺炎，這在生物醫(yī)學(xué)成像中具有廣闊的應(yīng)用前景[11]。

現(xiàn)代的生物醫(yī)學(xué)涉及基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝物組學(xué)，判斷引發(fā)疾病改變的病理生理因素也越來越多，診斷指標(biāo)多達(dá)數(shù)十乃至上百。人工智能可以提高醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的測定和分析過程的自動(dòng)化程度，對圖像等進(jìn)行掃描和精準(zhǔn)解讀，減少人主觀隨意性，對于科研和臨床診療意義重大[12]。

三、結(jié)語

除了上述方面，人工智能還可以很好地運(yùn)用到處理學(xué)生事務(wù)中去。包括提升輔導(dǎo)員日常管理能力，開展精準(zhǔn)助困、評(píng)獎(jiǎng)、評(píng)優(yōu)工作等[13]。當(dāng)然人工智能在臨床教學(xué)的應(yīng)用也存在一些缺陷，比如機(jī)器購買成本較高，系統(tǒng)調(diào)試復(fù)雜，對操作人員培訓(xùn)周期較長，學(xué)生在實(shí)踐的過程中體驗(yàn)感不流暢等等。強(qiáng)調(diào)的是人工智能雖然可以通過技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能增強(qiáng)，幫助學(xué)生提高臨床思維和動(dòng)手能力，輔助解決復(fù)雜的醫(yī)學(xué)問題，總結(jié)和學(xué)習(xí)醫(yī)學(xué)專家的寶貴理論及豐富的臨床經(jīng)驗(yàn)，探索新的知識(shí)，但并不是要取代人的地位，人工智能的優(yōu)勢更多地體現(xiàn)在重復(fù)性勞動(dòng)能力比人高效。人類的想象力、獨(dú)創(chuàng)思維、交流能力是無法替代的，未來的發(fā)展需要人和人工智能的完美結(jié)合，既需要人的主觀能動(dòng)性，又要借助人工智能的精準(zhǔn)高效。醫(yī)學(xué)生可以利用這一利器提高學(xué)習(xí)效率，但更需要在診療過程中觀察患者的表情、神態(tài)，給予患者心理安慰和人文關(guān)懷，培養(yǎng)提高臨床思維、創(chuàng)新能力，這些都不是計(jì)算機(jī)算法能夠取代的。