發(fā)布日期：2017-04-05

醫(yī)院對(duì)于自家的重癥監(jiān)護(hù)室（ICU），往往有一個(gè)不成文的期望：減少“在病床上去世”事件的發(fā)生。這種想法乍一聽有點(diǎn)奇怪，但可以理解。

這個(gè)期望可能很快就能實(shí)現(xiàn)了。基于監(jiān)測(cè)患者生命體征各種設(shè)備所提供的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，ICU似乎是人工智能工具的完美使用場(chǎng)景，可以用來判斷患者的實(shí)時(shí)病情以及病情何時(shí)可能惡化。

在具有多種傳感器的ICU中，人工智能系統(tǒng)可以洞悉生死

ECRI研究所的Priyanka Shah說：“很多醫(yī)院都有興趣開發(fā)早期預(yù)警系統(tǒng)，來預(yù)測(cè)膿毒癥、心臟驟停和呼吸停止等威脅生命事件的發(fā)生。”ECRI研究所是一個(gè)為醫(yī)療保健行業(yè)評(píng)估醫(yī)療程序、設(shè)備和藥物的非營(yíng)利機(jī)構(gòu)。

學(xué)術(shù)研究人員和醫(yī)療設(shè)備公司現(xiàn)在都試圖找出，哪些醫(yī)療設(shè)備的組合可以提供患者病情惡化的最佳測(cè)量指標(biāo)。Shah說，里解決這個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)之后，研究人員還必須通過實(shí)驗(yàn)證明這個(gè)工具的“臨床意義”。也就是說，不僅要證明技術(shù)的有效性，而且要證明接下來該技術(shù)可以被整合到醫(yī)院的工作流程中，為醫(yī)院節(jié)省開支。

在ICU智能化的任務(wù)中，最艱巨的部分是說服醫(yī)療行業(yè)相關(guān)人員，包括FDA監(jiān)管者、思維已定型的臨床醫(yī)生和想省錢的醫(yī)院管理人員。因?yàn)閺募夹g(shù)方面來看，這方面的研究大有前途。

PICU中的生死預(yù)測(cè)

兒科重癥監(jiān)護(hù)室（PICU）內(nèi)的場(chǎng)景，總是讓人心痛。

在新生兒病房里，脆弱的新生兒躺在被機(jī)器和屏幕包圍的塑料恒溫箱內(nèi)。在病房里，孩子們連接著管子進(jìn)行靜脈注射，他們勇敢的微笑和明亮的卡通壁畫相映襯。

在洛杉磯兒童醫(yī)院，數(shù)據(jù)科學(xué)家Melissa Aczon和David Ledbetter提出了一種人工智能系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)可以讓醫(yī)生們更好地了解，哪些孩子的病情可能會(huì)惡化。

Aczon和Ledbetter都在一個(gè)名為“虛擬PICU”的醫(yī)院研究部門內(nèi)工作。在這里，他們和那些渴望看到操作上有改進(jìn)的臨床醫(yī)生合作，共同開發(fā)這個(gè)人工智能系統(tǒng)。Aczon說：“他們的觀點(diǎn)是，在ICU里，醫(yī)患之間的接觸一直在發(fā)生，并產(chǎn)生數(shù)據(jù)。我們有道德責(zé)任從這些病例中學(xué)習(xí)，并將所學(xué)到的經(jīng)驗(yàn)來更好地治療接下來的患者。”

他們想從訓(xùn)練一個(gè)能夠進(jìn)行精確預(yù)測(cè)的AI系統(tǒng)開始，所以，他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)預(yù)測(cè)PICU死亡率的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。他們從醫(yī)院電子健康記錄獲取孩子的生命體征數(shù)據(jù)（通常每隔幾分鐘測(cè)量一次），已有的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果、用藥信息和執(zhí)行的治療方案等。

他們使用了PICU里超過12,000名患者的健康記錄，機(jī)器學(xué)習(xí)程序在數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了相關(guān)規(guī)律，成功識(shí)別出了即將死亡的患者。該程序預(yù)測(cè)死亡的準(zhǔn)確率達(dá)到了93％，明顯比目前在醫(yī)院PICU中使用的簡(jiǎn)單評(píng)級(jí)系統(tǒng)表現(xiàn)更好。Aczon和Ledbetter在Arxiv上發(fā)表了相關(guān)論文，公布了他們的研究成果。

他們實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)是使用了一種叫做循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，這種方法擅長(zhǎng)處理持續(xù)的數(shù)據(jù)序列，而不是從某一個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)點(diǎn)直接得出結(jié)論。“RNN網(wǎng)絡(luò)是處理臨床數(shù)據(jù)序列的一種有效方法，”Aczon說，“它能夠整合新產(chǎn)生的信息序列，得到準(zhǔn)確的輸出。”所以在程序中，RNN網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)得更好，因?yàn)樗軌螂S著時(shí)間的推移，根據(jù)病人最近12小時(shí)的臨床數(shù)據(jù)，做出最準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

雖然這個(gè)系統(tǒng)還處于實(shí)驗(yàn)階段，但Aczon和Ledbetter提到，這樣的工具將在PICU中有很大的用途。當(dāng)然，如果這個(gè)死亡率預(yù)測(cè)軟件在醫(yī)院投入使用，醫(yī)生不會(huì)滿足于只是獲得病人的死亡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分。“風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估只是第一步，”Ledbetter說，“一旦你知道了病人將會(huì)發(fā)生什么，你就可以基于患者病情思考如何進(jìn)行干預(yù)和防止患者病情惡化情況的發(fā)生。”

預(yù)防ICU危機(jī)

還有專門的公司，在試著把機(jī)器學(xué)習(xí)用到ICU里。

AreteX系統(tǒng)公司的聯(lián)合創(chuàng)始人Wassim Haddad提到：“我們的使命是在ICU單元里通過自動(dòng)進(jìn)行重癥監(jiān)護(hù)，來降低死亡率。”該公司即將更名為AutoMedica，專注于優(yōu)化ICU護(hù)理的兩個(gè)重要部分，分別是通過機(jī)械呼吸機(jī)管理患者的呼吸量，以及管理靜脈注射的實(shí)時(shí)液體量。

Haddad還提到，在美國(guó)，每年有570萬人被收入ICU，其中有230萬人需要機(jī)械呼吸機(jī)幫助他們呼吸，但是這里面的約80萬人會(huì)遇到通氣機(jī)不同步的問題。“如果他們沒有足夠鎮(zhèn)靜，他們往往和呼吸機(jī)進(jìn)行對(duì)抗，”Haddad解釋說，“如果他們想吸氣，但機(jī)器說，不，你要呼氣，這樣的矛盾情況可能導(dǎo)致患者極度焦慮。”

呼吸治療師在幫助使用機(jī)械呼吸機(jī)的病床患者進(jìn)行呼吸

AreteX公司的工程師創(chuàng)建了一個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)工具，這個(gè)工具可以根據(jù)患者呼吸機(jī)的數(shù)據(jù)來識(shí)別不同類型的呼吸同步情況。這個(gè)系統(tǒng)能夠發(fā)送警報(bào)給護(hù)士或呼吸治療師，能夠緊急為患者加強(qiáng)鎮(zhèn)靜作用，防止患者與呼吸機(jī)進(jìn)行對(duì)抗。該公司最近在東北喬治亞醫(yī)學(xué)中心開始進(jìn)行臨床試驗(yàn)，來測(cè)試該系統(tǒng)的臨床性能。

目前的解決方案只是剛完成了公司使命的第一步。“我們希望我們的技術(shù)不只是作為現(xiàn)在醫(yī)院的臨床決策支持，”Haddad說，“而是將來能夠作為一個(gè)完全自動(dòng)化的系統(tǒng)，可以自主改變呼吸機(jī)的起搏。”然而，為了到達(dá)那個(gè)階段，我們需要做大量的臨床試驗(yàn)，來向監(jiān)管機(jī)構(gòu)和謹(jǐn)慎的醫(yī)院管理者證明該系統(tǒng)的安全性。

AreteX公司還有一個(gè)類似的程序，可以監(jiān)測(cè)大多數(shù)ICU患者通過靜脈注射可以接受的液體量，來增加患者血液容量和升高患者血壓。Haddad還說：“目前的液體管理程序效率不高。通常是醫(yī)生給護(hù)士一個(gè)命令，進(jìn)行手動(dòng)改變注射速率。幾個(gè)小時(shí)后，醫(yī)生再重新評(píng)估病人來制定注射的液體量。”要提到的是，ICU的工作人員必須小心平衡好這個(gè)液體量的關(guān)系，因?yàn)榛颊吆苋菀仔菘?，同時(shí)容易受到由于太少或太多的注射液體量引發(fā)的嚴(yán)重并發(fā)癥。

Haddad研發(fā)的這個(gè)系統(tǒng)，采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法來測(cè)量患者對(duì)正在使用的流體注射量的持續(xù)響應(yīng)，隨時(shí)間改變注射量來保持患者的病情穩(wěn)定。AreteX公司目前在東北喬治亞醫(yī)學(xué)中心測(cè)試這個(gè)流體管理系統(tǒng)。

Haddad還說：“隨著美國(guó)人口的老齡化，能夠在急診室和ICU工作的應(yīng)急臨床醫(yī)生緊缺，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化可能是唯一的解決方法。如今85歲以上的人群有300萬，到2030年將達(dá)到900萬，這將給國(guó)家的ICU帶來巨大的壓力。”

來源：量子位