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「」
2020年 | 6月27日期
团队成员
原文/Andy Chun
香港城市大学兼职教授
香港计算机学会AI专家组理事会成员和召集人
翻译/章程、胡尚薇、温宇辰、周煜、林中朴、华沅、王晓玢、段元浩、鹿畅、相可盈
排版/张璐 校核/章程
文献/程曲 编辑/众山小
微博 | weibo.com/
一览导读
人工智能(AI)在中国医疗系统中起到极大的帮助和推动作用,它不仅帮助人类医生进行诊断,也填补了医生空缺将基础医疗推广到贫困地区。在医疗的技术提升上,通过深度学习,节约了研究病毒和生产新药的时间。2020年的新冠病毒爆发中,AI极大的发挥了自己的作用。虽然AI可以为人类和社会带来诸多益处,对于AI的推广和发展仍需要在个人隐私保护与广大人群健康的需求中寻找平衡。
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正文
在过去的十年中,中国通过依靠技术和创新的政策中心,已迅速完成从制造业型经济向知识型经济的转变。中国正成为在关键行业中领先应用AI的国家。AI在很大程度上依赖于机器学习和预测分析,而中国并不缺乏数据,其14亿人口不断地产生大量实时数据。中国人民也表现出了自己对使用这些技术的渴望和对AI技术的适应。
在医疗保健方面,与许多其他国家一样,中国正面临着巨大的挑战,即为老年人提供便捷的、价格可承受的高质量服务。通过结合使用AI和现成的医学和生物统计数据,中国正以较低的成本为更多的人提供个性化医疗服务,同时通过持续的监视和警报使他们保持更健康的状态。AI还被用于帮助医疗专业人员进行决策,跟踪患者结果,减少医生工作量并加快药物开发。在本文的案例研究中将进一步探讨过去几年来中国在AI以及医疗保健方面的投入,这些投入正在帮助其应对冠状病毒危机。
尽管医疗数据的隐私是一个显而易见的问题,这个问题需要合适的监管。在中国“以试验和创新为先”的AI创新路径给欧洲的政策制定人提供了许多借鉴。在这种鼓励医疗创新的背景下,投入市场的时机显得十分重要。
壹
AI用于医疗
世界各地的国家正在转向数字技术和AI,以低成本、高度可扩展的方式提供服务。这对于人口老龄化和医务人员短缺的中国尤其重要。在中国农村地区,医疗服务可能很稀缺,而在城市地区,由于患者人数众多,医疗服务非常紧张。根据经济合作与发展组织(OECD)的数据,中国每千人有2名执业医生,而英国为2.9人,德国为4.3人。中国每千人中只有2.7名护士,而英国为7.8人,德国为12.9人。此外,中国的人口老龄化速度比世界上几乎任何一个国家都要快,这主要是由于其先前的独生子女政策。到2050年,中国65岁以上人口将达到3.3亿,其中近三分之一的人口将超过60岁。
AI有可能打破医疗保健优先考虑的“铁三角”依赖:可获取性、成本和质量。传统上这些固有的取舍意味着我们不得不在牺牲另一个优先项的前提下改善一个优先项。但是,AI可以使医疗保健民主化,并为缺少足够服务的社区提供更多机会,如果不能提高质量的话,起码可以同时降低成本并保证原因质量。据咨询公司Frost and Sullivan的说法,AI有潜力将医疗成果提高30%至40%,并将降低成本达50%。
2017年,国务院正式印发了《新一代人工智能发展规划》,呼吁发展AI及AI相关的医疗技术,例如智能诊断、可穿戴设备、AI健康监测、机器人辅助手术、智能医疗等图像识别和医学基因组学。其中特别重视对老年人的护理。在AI研究方面,Allen Institute for Artificial Intelligence的一项研究预测,到2020年,中国发表的排名前10%的AI研究论文数量将超过美国,在2025研究论文中排名前1%的数量将超过美国。
贰
AI如何帮助医疗
01
AI获取医学知识
医学专业人士必须学习、回顾并运用大量医学书本知识,同时不断了解最新的医学研究/期刊和药品信息。这正是AI和认知计算最擅长的领域。AI可以使用自然语言处理和机器学习来读取和理解数百万个在线文档和数据点,以帮助诊断和推荐治疗方法。AI认知计算的一个示例是IBM沃森肿瘤,它已被证实可以提供与人类医生同等的癌症治疗建议。据报道,IBM沃森已经在中国39个城市中的65家大型医院中使用。
中国的研究人员也正在使用AI来学习常规医学知识。例如,2017年,奕飞科技和清华大学成功创建了一个AI系统,该系统不仅通过了中医执照考试,而且得分也超过了参试人数的96%。这是一项重要的AI成就,因为该考试不仅测试知识的广度,也同样检验了理解事实之间错综复杂的联系并利用它们进行推理和做出决策的能力。
2018年,广州市妇幼保健中心创建了一个AI原型,其诊断常见儿童疾病的准确性可以与经验丰富的儿科医生相媲美。它使用自然语言处理并从140万个儿科患者的电子健康记录中提取临床相关信息进行深度学习。此类应用可以帮助简化一线患者的护理,例如对患者进行分诊。
02
深度学习处理医学图像
将AI深度学习用于医学图像处理已成为AI在医学领域中最有发展潜力的应用之一。人工神经网络和深度学习已用于处理各种医学图像,例如MRI扫描,CT扫描和X射线图像。借助足够大的医学图像数据库,AI深度学习可以学习识别潜在疾病的视觉症状。例如,深度学习处理视网膜图像可以达到与专家相似的准确度,从而发现早期糖尿病视网膜病变。相同的视网膜扫描技术已用于预测心脏病风险。在中国,研究人员一直在使用AI进行眼部扫描,像人类医生一样准确地诊断先天性白内障。每年大约有二十万儿童因双侧患有白内障而双目失明。除了进行视网膜扫描外,中国顶级医院的放射科每天仍需处理成千上万的扫描图像。AI深度学习已通过自动分析和突出显示异常情况来减轻工作量。阿里巴巴和腾讯这样的大型科技公司对这一领域正进行大量投资。阿里巴巴使用AI来帮助解释CT扫描,而腾讯的觅影则使用AI来帮助检测癌症的早期迹象。
在斯坦福机器学习小组曾组织的一场比赛中, AI与人类专家分别解读胸部X光片,一家中国初创公司JF Healthcare于2019年7月首次击败了斯坦福大学的放射科医生。JF Healthcare提供远程诊断服务,重点是胸部X光检查,适用许多在中国没有认证放射线医师的乡镇医院。它还在中国十多个省提供移动式筛查卡车,以筛查结核病。到2019年底,它预计将为50万人提供早期发现的可能,同时防止疾病扩散到更广泛的人群中。
03
AI帮助药物设计
AI也正在改变药物的发现方式,从而使得研究新药物更快,更便宜,更高效。传统药物得开发可能需要十多年才能完成,耗资数亿至数十亿美元。AI通过使用机器学习从现有药物中自动产生候选项,大大减少了时间和金钱耗费。
04
AI帮助人们保持健康
跟踪活动和心率的更实惠的医疗可穿戴设备意味着消费者正在积极承担监测自己健康的责任。根据Mintel 2017年的报告,52%的中国消费者拥有智能腕带,而42%的消费者拥有智能手表,这使中国成为全球最大的可穿戴设备市场。在发生重大健康问题之前,大数据和 AI 预测分析可以持续监控并提醒用户任何异常。中国平安健康等保险公司开始将可穿戴设备集成到其产品中,为生活更健康的生活方式客户提供折扣和奖励。
05
AI医生填补了空缺
由于缺少医生,中国已经利用AI聊天机器人技术和认知计算,以更容易地获得医疗建议。例如,中国的平安好医生拥有一个AI Doctor聊天机器人,该聊天机器人使用AI来收集病史并生成诊断计划,然后再通过远程医疗将其递交给专业顾问。
AI Doctor还用于无人值守的一分钟诊所,可帮助农村地区的人们从其他城市的医生那里获得全天候的医疗咨询。约有1,000个这样得诊所将于2019年在中国八个省市安装,为超过300万名患者提供服务。这些诊所还可以开处方,最多可以分发100种常用药。腾讯有一个类似的服务WeDoctor,乡村医生可以用来帮助他们的工作。医生只需输入患者的症状,然后AI系统会根据对5,000多种症状和2,000种疾病的了解来建议诊断和治疗方法。WeDoctor声称准确率高达90%,每天可为90,000多名患者提供服务。
06
AI让医疗保障更便宜
建立百姓负担得起的医疗保障是减轻公共卫生部门服务压力的一种方法。一个例子就是蚂蚁金服的“相互宝”,这是一个在线互助平台,主要针对那些无法负担传统商业医疗保险的中国穷人。第一年有超过1亿人签约,其中大多数是农民工或农村地区的人。您可以免费注册,无需支付任何保费或预付款,并且月费基于实际支出而定,所有成员平均分担风险和费用。对于2019年,该费用平均为几美元,同时涵盖了100种严重疾病。月费很低,因为AI不需要人工就可以自动进行处理。
AI还可以自动处理索赔并读取病历。AI通过对来自中国10,000多家医院的公章的图像进行识别来验证医院文件的真实性,从而防止欺诈。区块链技术进一步确保了系统中存储数据的信誉。
“中国能迅速将AI技术进行成果转化,这种经验对于COVID-19应对很有帮助”
叁
案例分析:
AI用于控制COVID-19
对公共卫生系统,没有任何危机可以像流行病那样构成更大的挑战,例如在中国武汉出现的新型冠状病毒爆发。对于像COVID-19这样快速传播的病毒而言,时间至关重要,而中国在将AI技术迅速转化为实际应用方面的经验被证明是有用的。通过加速筛选,诊断和新药开发,使用AI驱动的应用程序与病毒作斗争。
检查
AI被用于红外热像仪中,以扫描和筛查整个机场和火车站中人群的高温状况。这些摄像头与面部识别摄像头一起使用,即使戴着外科口罩,也可以识别高温人群。
测序
AI在疫情爆发后不久就投入使用,来帮助对新型冠状病毒基因组进行测序,以便开始研究疫苗。在2002年末上一次SARS的爆发中,科学家不得不等待数月才能知道细菌的外观。对于COVID-19,中国科学家仅用几周的时间就可以使用AI对病毒的基因组进行测序,然后再将成果同世界各地的研究人员进行在线共享。
“事实证明,中国在将AI技术快速转化为实际应用方面的经验对于对抗COVID-19很有帮助”
检测
了解基因组序列后,研究人员可以设计实验室测试来鉴定病毒的存在。不幸的是,像SARS和MERS一样,新的COVID-19也是单链RNA病毒,这意味着它易于突变且更难测试。通过使用AI,阿里巴巴能够采用新的“全基因组检测”方法来解决此问题,并将诊断冠状病毒感染的实验室测试时间从数小时缩短至30分钟。
扫描
除实验室测试外,肺部CT扫描也是检测冠状病毒感染迹象的有效方法。在流行期间,放射科医生每天要进行数千次扫描。中国用AI使这一过程自动化。阿里巴巴使用来自确诊病例的数千次CT扫描训练了AI深度学习系统。然后,生成的AI模型能够在20秒内分析CT扫描,并且检测COVID-19的准确性为96%。
科研
中国的AI公司,例如阿里巴巴和百度,一直在向全球的公共研究机构提供免费和开源的AI技术,数据集和AI计算机功能,以帮助缩短抗击该疾病的研发时间。百度还开源了AI LinearFold算法,该算法可以预测RNA病毒的3D结构和行为,并使科学家更好地了解该病毒如何侵入我们的细胞,从而可以制造出匹配的疫苗。LinearFold将预测时间从55分钟缩短至27秒。阿里巴巴还为其研究人员提供了AI药物发现平台。
有关SARS和MERS等冠状病毒药物研发工作的历史数据,可以利用AI预测模型提供如何将现有药物重新用于COVID-19的看法,从而提高新药筛选的效率。
建议
AI聊天机器人技术用于通过自动回答公众的询问来帮助减轻医院和政府一线人员的压力。AI聊天机器人还向个人提供有关是否需要去医院进行筛查或留在家中进行14天隔离的建议。在上海和其他城市,AI聊天机器人会自动呼叫高危患者,以评估他们的病情。物理AI机器人还在上海医院的隔离病房中使用,对病房进行消毒、提供食物和药物、并检查体温。
07
隔离
面部识别用于确保受影响的公民遵守14天的自我隔离要求。根据报告,违反了隔离规定但没有留在家里的人会被面部识别摄像头自动检测到,并由警察及雇主的联系。一家中国公司创建了一个AI系统,该系统可以让用户检查他们是否有最近与感染新冠状病毒的人一起旅行。该系统使用公共数据和其他信息源将其与个人的旅行行程相关联。据报道,该服务在推出后的两天内有超过2100万人使用。
肆
AI潜在的问题
与其他国家一样,AI的使用引起了人们对道德和数据隐私的担忧,尤其是涉及面部识别和监视的AI应用。但是,如果技术实施得当且相关法规到位,则无需牺牲个人隐私。为此,中国去年引入了《新一代人工智能的治理原则》,为在法律和道德框架下使用AI提供指导。当用于公共健康和社会公益(例如分析CT扫描)时,AI算法可能不需要考虑个人信息。在其他情况下,涉及面部识别和隔离对象的监视,平衡隐私与广大人群健康的迫切需求可能是具有挑战性的。在大流行的严峻形势下尤其如此,那里可能危及数十万甚至数百万的生命。实现更大的人类利益可能更为紧迫。例如,包括中国,韩国,以色列和伊朗在内的所有国家都跟踪公民的智能手机,以实施隔离并检查对该病毒呈阳性反应的人员的流动情况。
伍
结论
从2017年的《新一代人工智能发展规划》可以看到,中国很明显将AI视为未来经济增长的关键组成部分。但是,AI的进步不仅使企业和行业受益,还可以解决中国许多根深蒂固的社会挑战,例如医疗保健资源分配不均。本文描述的案例说明了AI如何从大量数据中学习,如何减少效率低下以及在人员短缺的情况下介入。AI与其他数字技术一起,可以将至关重要的公共服务转变为高度可扩展的产品,并以非常低的成本提供,甚至在中国农村地区也是如此。
自《新一代人工智能发展规划》发布至今不到三年,AI已在所有行业中广泛使用,这使中国日常生活的方方面面都受益,而且步伐遥遥领先,对于欧洲和北美有借鉴意义。中国在AI和其他新技术方面的方法是进行试验和创新,同时逐步制定支持政策和法规,投入市场的时机至关重要。这与西方经济形成鲜明对比,西方国家通常在创新投入应用之前需要制定冗长的政策和法规。或许可以采取一个折中的方案,在监管环境中尝试新技术,以免扼杀创新增长。此外,中国在AI发展方面拥有独特的优势,14亿人口不断产生的大量数据是AI机器学习的动力。中国公民也更愿意共享数据,以换取便利和低成本服务。为了减轻数据劣势,西方国家可能需要找到方法,在共享数据的同时保护数据隐私,例如“联邦学习”。最后,全球大流行的严峻现实凸显了中国在AI方面的成果,从而加快了与冠状病毒的对抗过程。尽管在某些方面可能涉及社会和民主问题,但为其他国家提供了可以借鉴的发展路径。
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