（圖片來(lái)源：iStockphoto）

醫(yī)院的重癥監(jiān)護(hù)室（ICU）都有一個(gè)工作目標(biāo)：減少病人在病床上（來(lái)不及治療）死亡的概率。

ICU 病房里有著無(wú)數(shù)病人生命體征監(jiān)控器傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)流，這恰好是應(yīng)用人工智能工具的完美場(chǎng)景，我們可以利用 AI 來(lái)判斷病人的病情是否突然急轉(zhuǎn)直下。來(lái)自 ECRI（一個(gè)健康設(shè)備、醫(yī)藥行業(yè)非盈利評(píng)估組織）的 Priyanka Shah 說(shuō)道：“眾多醫(yī)院都對(duì)該應(yīng)用充滿興趣，我們可以構(gòu)建提前預(yù)警系統(tǒng)，預(yù)測(cè)可能對(duì)病人生命造成威脅的各種情況，比如膿血癥，心臟驟停或呼吸停止。目前，科學(xué)界和醫(yī)療設(shè)備企業(yè)都在嘗試整合現(xiàn)有測(cè)量手段，試圖為病人病情惡化提供最佳預(yù)測(cè)方法。但即使技術(shù)問題被解決，研究者還需要將技術(shù)與醫(yī)療相關(guān)聯(lián)?！?這意味著不僅僅需要技術(shù)上的支持，還需要將技術(shù)整合進(jìn)醫(yī)院的工作流程中以節(jié)約成本。

而在應(yīng)付美國(guó) FDA 監(jiān)管方面，固執(zhí)的臨床醫(yī)生和看重成本的醫(yī)院管理層可能成為 ICU 智能化工程中最大的阻礙部分。因?yàn)樵诩夹g(shù)層面，研究前景已經(jīng)非常光明。

在 PICU 里預(yù)測(cè)生死

新生兒重癥監(jiān)護(hù)室（PICU）內(nèi)的場(chǎng)景常常是非常令人心痛的。在新生兒病房，脆弱的小寶寶躺在塑料恒溫箱中，被各種機(jī)器和監(jiān)控儀所包圍。從大廳看出去，那些連著管子和靜脈注射器的小孩子們正在卡通壁畫下堅(jiān)強(qiáng)地微笑著。

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洛杉磯的兒童醫(yī)院里，數(shù)據(jù)科學(xué)家 Melissa Aczon 和 David Ledbetter 已經(jīng)設(shè)計(jì)出一套人工智能系統(tǒng)，幫助醫(yī)生更快更早地發(fā)現(xiàn)孩子們病情惡化的情況。Aczon 和 Ledbetter 在醫(yī)院一個(gè)叫做視覺化 PICU 的研究機(jī)構(gòu)里進(jìn)行研究，與那些希望手術(shù)過(guò)程更加優(yōu)化的臨床醫(yī)生進(jìn)行合作。Aczon 說(shuō)：“他們的觀點(diǎn)是：ICU 室里發(fā)生的一切都在進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，我們有責(zé)任從這些數(shù)據(jù)和事件中學(xué)習(xí)，并將學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)應(yīng)用到未來(lái)的病人中?！?/p>

Aczon 和 Ledbetter 的研究從訓(xùn)練一個(gè) AI 系統(tǒng)做出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)開始。他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)預(yù)測(cè) PICU 室的死亡率。他們借鑒醫(yī)院的電子健康記錄情況，確定了需要使用的數(shù)據(jù)，包括兒童的關(guān)鍵生命體征（一些每幾分鐘就會(huì)測(cè)量一次的指標(biāo)），實(shí)驗(yàn)結(jié)果和一些藥物信息。

通過(guò)超過(guò) 12000 個(gè) PICU 的病人記錄，他們的機(jī)器學(xué)習(xí)程序發(fā)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中的模式，可以識(shí)別出 5% 的死亡案例。接著，該程序可以在 93% 的精確度下預(yù)測(cè)出死亡率，這個(gè)結(jié)果與過(guò)去醫(yī)院 PICU 簡(jiǎn)單的排序系統(tǒng)相比，有了顯著提升。Aczon 與 Ledbetter 將研究結(jié)果發(fā)表在了 Arxiv 的預(yù)印本上。

 他們研究的關(guān)鍵突破在于使用了一種叫做“循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）“的機(jī)器學(xué)習(xí)方法。這種方法是直接處理正在進(jìn)行的數(shù)據(jù)流，而不是從一個(gè)確定的時(shí)點(diǎn)的數(shù)據(jù)”快照“中得出結(jié)論。Aczon 說(shuō)：”RNN 是一種優(yōu)秀的方法，非常適用于處理醫(yī)院里那些具有時(shí)序性且不斷發(fā)生的數(shù)據(jù)。新的信息總是不斷產(chǎn)生，你必須隨時(shí)整合它們?！八麄兊?RNN 系統(tǒng)因?yàn)榭梢猿掷m(xù)整合數(shù)據(jù)而表現(xiàn)出色，當(dāng)觀測(cè)病人 12 小時(shí)的數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)做出的預(yù)測(cè)最為準(zhǔn)確。

這個(gè)系統(tǒng)還在實(shí)驗(yàn)階段，但是 Aczon 和 Ledbetter 說(shuō)這個(gè)工具應(yīng)該會(huì)在 PICU 室內(nèi)發(fā)揮巨大作用。當(dāng)然，如果死亡預(yù)測(cè)軟件真的在醫(yī)院里實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的話，醫(yī)生們應(yīng)該不會(huì)滿足于只得到一些冰冷的風(fēng)險(xiǎn)得分。Ledbetter 說(shuō)：“這個(gè)評(píng)價(jià)系統(tǒng)只是第一步。一旦你理解了病人目前的病情是如何變化的，那么你就可以開始考慮如何介入病情，改變病人狀態(tài)?！?/p>

在 ICU 中阻止危機(jī)

AreteX System 公司的合作創(chuàng)始人 Wassim Haddad 說(shuō)：“我們的使命是利用自動(dòng)化系統(tǒng)來(lái)減少 ICU 病房里的死亡率?！?AreteX System 公司（該公司準(zhǔn)備改名為 AutoMedica）專注于兩項(xiàng) ICU 核心任務(wù)：通過(guò)機(jī)械呼吸機(jī)控制病人的呼吸，通過(guò)靜脈輸液控制病人的液體輸入量。

Haddad 說(shuō)：“美國(guó)每年有 570 萬(wàn)人進(jìn)入 ICU 病房，其中 230 萬(wàn)人需要呼吸機(jī)來(lái)維持呼吸，但是大約 80 萬(wàn)人會(huì)經(jīng)歷“病人與呼吸機(jī)不同步”的問題。如果不及時(shí)為病人注射鎮(zhèn)靜劑，他們會(huì)與呼吸機(jī)相抗衡，發(fā)生危險(xiǎn)。因?yàn)椴∪讼胍鼩?，但機(jī)器卻讓他們呼氣，這會(huì)給病人帶來(lái)極大的恐慌感。“

AreteX 公司的工程師們創(chuàng)造了一種機(jī)器學(xué)習(xí)工具，可以通過(guò)病人呼吸機(jī)的數(shù)據(jù)識(shí)別出病人與呼吸機(jī)的同步類型。他們的系統(tǒng)可以向護(hù)士或呼吸治療師發(fā)出警報(bào)，報(bào)告哪個(gè)病人需要及時(shí)進(jìn)入鎮(zhèn)定睡眠狀態(tài)，避免與生命維持機(jī)抗衡而發(fā)生危險(xiǎn)。該公司最近在喬治亞東北醫(yī)療中心開展了醫(yī)療實(shí)驗(yàn)，測(cè)試他們的系統(tǒng)。

目前的解決方案只是該公司完成使命的第一步。Haddad 說(shuō)：“我們想要做的還有在醫(yī)院決策支持之外的事情。我們的最終目標(biāo)是形成一個(gè)完全自動(dòng)化的系統(tǒng)，自動(dòng)改變呼吸機(jī)的速率，直接修正不同步問題?！?但是要達(dá)到這個(gè)終極目標(biāo)，還需要更多的臨床實(shí)驗(yàn)，并向監(jiān)管者和醫(yī)院謹(jǐn)慎的行政層證明系統(tǒng)的安全性。

AreteX 公司還有一個(gè)類似的產(chǎn)品，用來(lái)監(jiān)控 ICU 里大部分病人靜脈注射的液體（主要用于增加血量或提高血壓）。Haddad 說(shuō)：“現(xiàn)今的輸液管理程序是很無(wú)效的：通常是醫(yī)生將處方和輸液順序交給護(hù)士，由護(hù)士人工控制輸液速度。幾個(gè)小時(shí)后，醫(yī)生再來(lái)重新評(píng)估病人。ICU 的人員需要小心進(jìn)行平衡，因?yàn)椴∪丝赡軙?huì)因?yàn)檩斠哼^(guò)多或過(guò)少而面臨嚴(yán)重的并發(fā)癥危險(xiǎn)?！?/p>

（圖片來(lái)源：維基百科公共圖片）

Haddad 的系統(tǒng)使用機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)測(cè)量一個(gè)病人對(duì)輸入液體量的實(shí)時(shí)反應(yīng)，通過(guò)對(duì)輸液速度的調(diào)整幫助病人保持穩(wěn)定的身體狀態(tài)。AreteX 公司也正在喬治亞東北醫(yī)療中心測(cè)試這個(gè)液體管理系統(tǒng)。

Haddad 說(shuō)：“在美國(guó)老齡化嚴(yán)重的趨勢(shì)下，加之 ICU 和急診室里訓(xùn)練有素的重癥監(jiān)護(hù)醫(yī)師供給的不足情況，醫(yī)療自動(dòng)化可能會(huì)是唯一的解決方法?，F(xiàn)在我們有 300 萬(wàn)超過(guò) 85 歲的人群，2030 年這個(gè)數(shù)字會(huì)達(dá)到 900 萬(wàn)，這會(huì)給國(guó)家的 ICU 病房帶來(lái)巨大壓力?！?/p>

via spectrum.ieee.org

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