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穿着白大褂的电脑 ——辅助诊断

在人工智能和大数据进军医疗领域的征途上,沃森医生并不是独行者:2012年谷歌科学比赛的冠军由一位来自美国威斯康星州的高中生,她设计了一种乳腺癌癌细胞的定位算法,算法的训练则是通过对760万乳腺癌患者的医学影像进行机器学习来完成的。当这一算法应用在实际的诊疗中时,其位置预测的准确率高达96%——这惊人的准确率正是760万张样片的功劳,毕竟一个放射科大夫穷其一生能够阅读研究的病例也不会超过十万个。

在我国,癌症是疾病死因中的元凶:我国作为癌症高发国,仅2015年就有近430万新发癌症病例和281.4万例死亡病例,而中国所有癌症的5年生存率仅为30.9%。造成这种现状的重要原因之一就是肿瘤规范诊疗水平的参差不齐:同一个患者在不同医院、甚至在同一医院的不同医生处,都可能得到不同的诊断结果,这无疑会给患者的诊断和治疗带来困难。但这样的问题也不应该归咎于医生的水平:不同的肿瘤患者需要个性化的治疗方案,这就要求肿瘤医生通过追踪文献及时地跟进和获取大量的循证医学证据,形成治疗方案的设计体系。可繁重的临床任务通常让医生无暇分身顾及文献的阅读,沃森医生的认知计算功能则能够让肿瘤的诊疗更加标准化和规范化,有效地解决了这个问题。

人工智能不仅能在医学影像分析这类诊断工作上大显身手,还能够代替人类医生使用柳叶刀。目前世界上最先进的手术机器人就是由美国直观外科公司制造的达芬奇手术系统(Da Vinci Surgical System),这个机器人系统早在2000年就通过了美国食品药品监督管理局的认证,正式取得了上岗的资质。达芬奇手术系统由手术台和远程控制终端两部分组成。手术台是手术的具体实施者:这是个具有三个机械手臂的机器人,每个机械臂的灵活性都远远超过人类的手臂,还配有可以进入人体实时拍摄的微型摄像机,这些配置使达芬奇系统可以实施高难度的手术,其创口也非常小。在另一边的远程控制终端上,微型摄像机的拍摄结果被传回,控制系统再根据这些二维图像还原出人体内的高清三维图像,以便医生随时监控手术过程,并在必要的时候加以人工干预。目前共有3000多台达芬奇手术系统工作在世界各地的医疗机构中,总共完成了超过三百万例的外科手术。

随后,沃森医生的足迹开始遍及世界:在克利夫兰诊所、纽约斯隆·凯特林癌症中心和缅因癌症治疗中心,他存储和处理海量数据的能力被用于提升诊疗过程的数据与精准度;在全球最好的肿瘤医院——得克萨斯州立大学安德森癌症中心,他将患者的病历、实验室数据和研究数据进行标准化处理,使用高级分析技术进行深度分析;在梅奥诊所,他分析病人记录和临床试验条件,再在知识库中寻找合适的匹配,并参与了一些概念性试验;在泰国康民国际医院,他使用认知计算算法提高癌症治疗质量并协助开发在线诊疗系统;在印度玛尼普尔连锁医院,他为癌症患者提供基于循证医学的个性化医疗服务,并作为专家系统在网络上上线;在日本富国互助寿险公司,沃森医生的出现甚至让超过三分之一的员工失业……

由于大哥沃森积累了丰富的自然语言处理经验,自2011年起,IBM公司开始训练沃森医生。通过询问,沃森医生使用自然语言处理技术分析病人的病史和病征,再使用大数据处理技术从专业数据库中搜集信息和数据,并迅速给出诊断提示和治疗意见。在美联社记者的亲身经历中,沃森医生为一名虚拟眼疾患者提供了诊断,诊断准确率达到了73%,一个令人满意的结果。随后,美国保健服务提供商Wellpoint公司与IBM签署了合作协议,这是沃森医生的第一份正式工作:他要协助负责复杂病例的护士完成工作,审查医疗服务提供者的医疗请求,并协助肿瘤临床试验。

图8-5 达芬奇手术系统

经验丰富的人类医生在诊断病症时,依据的是自己多年的临床经验,沃森医生依据的则是目前全球范围内对相关病例的大数据分析,这种诊断方法被称为循证医学(Evidence-Based Medi-cine)。根据循证医学创始人之一大卫·萨基特(David Sackett)教授的观点,循证医学核心思想是在医疗决策中将临床证据、个人经验与患者的实际状况和意愿三者相结合来制定医疗措施。临床证据主要来自大样本的随机对照临床试验、系统性评价和荟萃分析,这正是大数据处理的用武之地。

人工智能与人类医生相比具有不少优势:首先,它们在诊断上的准确率很高,而且随着病例的增加,算法的准确度会进一步提升;其次,它们出现失误的可能性非常低,即使是人类医生容易忽略的微小细节也逃不过它们的法眼;最后,手术机器人的稳定性非常好,它们不会因为受到情绪的影响导致水准出现波动。更重要的是,这些智能程序的成本,通常尚不到同等水平人工的百分之一。

10秒钟的时间能够做很多事情,对于沃森医生更是如此。在浩瀚的网络空间中,沃森医生根据患者的指标数据,在庞大的数据库里检索了300余份权威医学期刊和200余种医学教科书,以及1500多万网页资料中的关键信息。除了治疗方案,沃森医生还列出了详细的用药、治疗建议以及参考文献全文等内容,甚至在返回中国这位患者身边之前,它还顺便把诊疗方案中的部分内容译为中文。短短2个小时的时间里,20多位癌症患者在沃森医生的协助下获得了诊疗方案,其超高的诊疗效率和精准的诊疗结果让人类医生刮目相看。

作为目前国际上癌症诊断领域最先进的人工智能,沃森医生已经通过了美国的执业医师资格评定考试。它具有人类大脑无法比拟的学习与决策能力,同时还通过最新医学进展的学习不断深化拓展自身的能力。有了沃森医生的协助,人类医生的诊疗能力将得到巨大提升。

在世界癌症日这天,沃森医生首次在中国坐堂出诊,不过是作为几位人类医生的助手。在天津市第三中心医院的诊室里,收到一位胃癌局部晚期患者的治疗史、分期特征、转移位点、危重病情况等病理数据后,沃森医生“思考”了不到10秒钟,在电脑屏幕上开出了一张详细的西医诊疗方案分析单。在这张分析单里,沃森医生提出的最佳诊疗方案是通过化疗将肿瘤缩小后再进行手术:这和资深肿瘤科医生的判断完全一致。

据悉,IBM公司已经被重组为7大部门,其中医疗部门的当家花旦无疑就是沃森医生。

沃森医生正式诞生于2015年,年仅2岁。他的“哥哥”沃森就是在《危险游戏》中击败人类,勇夺冠军那个万事通。正所谓青出于蓝而胜于蓝,沃森医生是拥有更强专业知识的癌症专家。在印度,它为一名已经无药可救的癌症晚期患者找到了诊断方案;在日本,它只花了10分钟就确诊了一例罕见白血病……