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人工智能在临床医学和科研转化中的应用和思考
论文作者:同为论文网 论文来源:www.twlunwen.com 发布时间:2018-03-28 11:35:28

在发达国家如美国、日本、韩国和欧洲,都己经将人工智能上升为国家战略。世界各国均意识到人工智能是未来科技发展的战略制高点,谁掌握了人工智能,谁就将成为未来核心技术的掌控者。基于人工智能的战略意义,各发达国家纷纷制订发展计划,陆续成立人工智能委员会或人工智能研究中心,不惜代价抢占新一轮科技变革的先机。

中国亦不甘落后,2015年5月即提出了《中国制造2015-2016年5月提出《《互联网+人工智能三年行动实施方案》,201711月科技部在京召开新一代人工智能发展规划暨重大科技项目启动会,并宣布首批国家新一代人工智能开放创新平台名单:百度公司(自动驾驶),阿里云公司(城市大脑),腾讯公司(医疗影像,科大讯飞公司(智能语音。会议的召开标志着新一代人工智能发展规划和重大科技项目进入全面启动实施阶段。20171214日工业和信息化部立即提出了《促进新一代人工智能产业发展三年行动计划  ( 2018-2020)》,提出了对医疗影像辅助诊断系统的具体要求,即“到2020年,国内先进的多模态医学影像辅助诊断系统对以上典型疾病的检出率超过95%,假阴性率低于1%,假阳性率低于5%"。人工智能的时代己经到来,其发展态势关系到国家现代化建设的重大任务,也关系到民众的切身利益。每个人都不能脱离这个时代而活,只有参与当中,才能享受人工智能带来的福利。

1.人工智能是一门哲学    

人工智能的科学起源或者说技术起源,是从1956年美国达特茅斯会议开始。更早的查尔斯·巴贝奇,做了一台机械的计算机,计算SinCos数值的大小,拉开了计算的帷幕。人工智能是一门哲学,他的发展和所能达到的智能水平与人类的哲学发展弥补可分。伯特兰·罗素利用其哲学思想和他的数学基础创立了分析哲学。分析哲学的至高点是维特根斯坦,写了一部重要的著作—《逻辑哲学论》,提出了语言是哲学的重要的工具,也是哲学的切入点。语言人类独有的技术,体现了人的思维活动。而人工智能就是通过研究人类智能活动的规律,让计算机去学习人类某些智能行为的理论方法和技术,创造出具有一定智能的人工系统,最终让这套系统去代替人类进行工作。    

人工智能的传说可以追溯到古文明,1941年电子计算机的发展提出了“机器智能”,1956年提出了“人工智能”,研究者们随后发展了众多理论和原理,人工智能呈波浪式发展,比预想的要慢,但一直在前进。在这个发展过程中剑桥大学起到了非常重要的作用,其中有三个代表性的人物。阿兰·图灵提出了图灵测试和图灵机的思想,影响了整个世界人工智能发展的轨迹。深度学习之父GeoffreyHinton提出了深度学习的概念和方法,人工智能因此而得到了复兴和现在的繁荣。Alpha Go之父哈萨比斯对推动人工智能的发展显而易见,其不是简单地给予编程,按照既定步骤下棋,而是给予一定规则,依靠增强学习系统,可以根据人类棋手的比赛进行学习,然后开创自己的打法。这是人工智能的质的飞跃,开启了人工智能在社会方方面面的应用之门。

2.人工智能在临床医学领域中的应用场景    

人工智能的研究领域非常宽泛,涉及到哲学、认知科学、自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、行为科学、生理学、语言学、脑科学、数学、医学、信息论和控制论等多个学科领域,具有显著的跨界属性。伴随着各学科的飞速发展,促使人工智能交叉研究得以迅速应用于实践。目前人工智能的实际应用包括指纹识别,人脸识别,视网膜识别,虹膜识别,掌纹识别,专家系统,智能搜索,定理证明,博弈,自动程序设计,还有航天应用等。随着人工智能研究领域的拓展,如自然语言处理、知识表现、智能搜索、推理、规划、机器学习、知识获取、组合调度问题、感知问题、模式识别、软计算、不精确和不确定的管理、人工生命、神经网络、复杂系统、遗传算法,现实场景中人工智能的应用越来越广阔、越深入和越复杂。其中最为明显的就是人工智能在医学中的应用。    

医学是一门复杂的学科。人工智能己经深入到了医疗健康领域的各个环节,譬如虚拟助理、医学影像、药物挖掘、营养学、医院管理、健康管理、精神疾病、可穿戴设备、风险管理、病理学和临床诊疗活动。目前医疗活动中比较成功的A工包括影像A工、药物研发A工、医疗机器人和IBM Waston等。由于医学影像的二维属性,A工在医学影像中的应用均取得了成功,ROC值达到了0.9以上,譬如基于铝靶影像的乳腺病变检测、基于皮肤照片的皮肤癌分类诊断、基于数字病理切片的乳腺癌淋巴结转移检测、基于眼底照片的糖尿病性视网膜病变检测以及基于胸片的肺部炎症性疾病。

而药物研发A工则得益于深度学习,借助深度学习,在心血管药、抗肿瘤药、孤儿药和常见传染病治疗药等多领域取得了新突破,大大缩短了药物研发时间、提高了研发效率以及控制了研发成本。具体体现在A工可以在基础研究中提高药物筛选效率并优化其构效关系,对药物活性、安全性和副作用进行预测和调控,而在临床研究中能够根据医院数据和特点,快速找到符合条件的受试病人。而医疗机器人中的达芬奇机器人则早己在各大医院得以推广,其他类型的机器人也随着人工智能的发展逐步进入医疗市场。

在智能诊疗领域,工BM Waston是一个前驱,展示了A工在诊断和治疗人类疾病中的可行性。随着人工智能的进一步发展,医疗领域A工的应用场景也越来越多,而我国科学工作者也积极参与到医疗A工的发展当中。这些领域包括病理辅助诊断、眼部疾病、皮肤疾病、医学影像、中医药、手术机器人、心电和脑电波、智慧医疗等多个领域。

2018年03月28日
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