赵泓维作者

详解登上《Nature Medicine》的NLP成果,为什么说这是一次里程碑式的胜利?

北京时间12日零时14分,国际知名医学科研期刊《自然医学》(Nature Medicine)在线刊登于文章题为《使用人工智能评估和准确诊断儿科疾病》(Evaluation and accurate diagnoses of pediatric diseases using artificial intelligence)。

这一研究结果由广州市妇女儿童医疗中心夏慧敏教授、张康教授(加州大学圣地亚哥分校)、数据中心梁会营博士、医务部孙新主任以及儿内科门诊何丽雅主任团队与依图医疗倪浩团队、康睿智能科技等业内顶级研究团队及广东省再生医学重点实验室,利用人工智能技术诊断儿科疾病实现。

这是全球首次在顶级医学杂志发表有关自然语言处理(NLP)技术基于中文文本型电子病历(EMR)做临床智能诊断的研究成果。其核心是利用儿科疾病的文本病例数据训练人工智能,以达成智能诊断的目的。

那么,为什么说这是一次里程碑式的胜利?动脉网记者采访到了依图医疗CEO倪浩与广州市妇女儿童医疗中心的梁会营博士,以了解这一项目背后的故事。

如何让机器像医生一样思考?

自然语义处理是人工智能技术中至关重要的一个分支,其目的是帮助人工智能在识别影像的基础上,通过自动学习病历文本数据(医生的知识和语言)中的诊断逻辑,逐步具备一定的病情分析推理能力,并更进一步读懂、分析复杂的病例,逐渐使人工智能能像医生一样“思考”。

将人的智慧以机器形式表现出来是该研究的目的,所以人工智能的学习是对医生日常就诊流程的学习。

常规的就诊包括望闻问切、视触叩听,即医生看病时需要融合患者的主诉、症状、个人史、体格检查、实验室检验结果、影像学检查结果,甚至在来医院前的用药信息,多方面才能做出综合的病情判断。

如果人工智能能把这些信息都给吃进去,然后消化,并吸收。当医生或患者输入病症时,输出的便是一个诊断结果。

梁会营认为:“要实现人工智能模拟医生就诊,做临床推理,必须做到以下几点;第一,它要自动学习文本病历中的诊断逻辑,医生是从书本中去学习的,而人工智能是从上百万份电子病历中去学习;第二,学习后,人工智能需具备一定的进行病情分析的推理能力;第三,要能够像人类医生一样,读懂各类儿科文本病历,并做出准确的智能推荐。简单而言,当这个算法成熟后,患者察觉病情时,无需百度就可以获得专业的诊断结果。”

在实践之中,倪浩认为,这将分为两个阶段:“第一个阶段是如何去解构各个领域的责任与数据,所谓的解构就是去挖取数据中的信息点。本篇文章中一个非常重要的基础就是基于解构后的电子病历数据,建立一个高质量、结构化的病种库,并在这个病种库的基础之上去做诊断模型。第二个阶段是语义理解,即通过训练让机器的模型能够完全去理解人类语言。这个阶段相当困难的,整个业界还有很长的路要走,但依图的工作已经实现了语义理解的初级阶段。”

十倍于常量的数据集

过去发布在顶级期刊上的相关论文,其使用的数据集的数据量级在十万左右,而本次实验中的人工智能理解了近60万患者,136万份电子病历的数据。

这些数据来源的患者均为儿童,平均年龄为2.5岁,其中40%是女孩;数据结构覆盖了患者主诉、症状、个人史、体格检查、实验室检验结果、影像学检查结果、用药信息等多方面的数据。所患疾病包括消化科、呼吸科等55种疾病,覆盖了超过75%的常见儿童疾病疾病。对于脑膜炎等危急疾病,实验同样也做了一些设计,以提高人工智能的诊断能力。

研究团队利用依图医疗的NLP技术建立了一套病历智能分析系统,深度挖掘和分析医疗文本的信息,将非结构化文本形式的病历数据变成规范话、标准化和结构化的数据,以便AI准确完整地“读懂”病历。

为此,医生、科学家和技术人员通力合作,由30余位高级儿科医师和10余位信息学研究人员组成的专家团队手动给电子病历上的6000多张图表进行注释,并持续对模型进行检验和迭代。

图表是研究人员研究疾病的副机码,作用为找出某一疾病的特征。一个疾病可能有300个特征是有意义的,只要按这个特征填进去的话,人工智能就可以诊断这个疾病。在现实中,医生书写的最完善电子病历的特征数在100左右。

同时,不同疾病的图表结构不同,有的疾病不含诊断,而有的包含家族史、主诉、实验室检查、影像学检查、超声检查等多维信息,研究人员必须对不同情况下的图表进行区分。

优异的训练结果

由于丰富数据库的加持,所训练出的模型也表现出了优异的结果,以部分疾病为例:神经系统的准确性为0.98,呼吸系统的准确性为0.92,全身性疾病的准确性为0.87,最低的消化系统的准确性为0.85。若细化疾病的分类,上呼吸道的准确率为0.89,而下呼吸道的准确率为0.87。

不同的疾病之间准确率的差异源于数据与特征的差异。某一疾病的特异性的症状越多,它就更容易被学习,这是因为这些特异性给了人工智能进行区分的先决条件。同时,学习更多数据的人工智能将在准确度方面做出更好的表现,这一点人与机器同理。

倪浩对此举了一个很好的例子:“如果某患者患有急性喉炎,但喉炎发病的部位和症状与支气管炎类似,要区别两种疾病,需找出喉炎的特异性的症状。由于医生可能不会描述相关症状,患者病历中便会缺失,造成结果的误诊。对此,我们作出了这样的解决方案:假如系统怀疑患者有可能是急性喉炎,而它的置信度不是排名第一,人工智能会追问是否出现了呼吸时伴随卷鼻音(急性喉炎的另一特征),这是医生容易缺失的一个操作。尽管现有准确率已达到一定水平,但仍有提升的空间,通过这种方式,我们能逐渐在现有准度的基础上进一步提升系统准确率。”

NLP的发展是漫长而充满意义的过程

谈及为什么选择儿科作为突破口,除了广州市妇女儿童医疗中心提供的翔实数据,儿科荆棘的现状也是倪浩团队选择这一领域进行实验的重要原因:“中国儿科医生非常稀缺,流感季节的三甲医院总是爆满。此外,儿科是一们哑科,很多小孩子不具备很强的语言表达能力,他们不能详细讲述自己的病情,这是我们一直坚持在儿科做出巨大投入的原因。”

“我一直在想象这样的场景,在就诊时,当医生与患者的问答环节结束,关联电子病历的语音识别助手就已经写好了电子病历,而辅助诊断系统也根据这一病例得出结果,告知患者该去做什么样的检查。这样下来,医院的效率将大幅提高,医生的解放也得已实现。”

总的来说,本次研究是一次成功的尝试,这为NLP技术在其他科室的发展打下了一个很好的开端。在接下来的研究之中,依图医疗将沿着就诊链路进行产品延伸,包括但不限于治疗方案、护理方案、给患者家长健康指导以及互联网医院场景。 

通过互联网技术打破地域的限制,通过语音识打破就诊方式的限制,通过智能诊断打破医院效率的限制,依图医疗正通过技术不断打破传统医疗模式,让人工智能技术惠及更多的患者。也许,人们理想中的医疗方式,离我们不再遥远……

动脉网
动脉网

专注医疗产业服务平台

产业医疗自然语言处理
1
相关数据
人工智能技术

在学术研究领域,人工智能通常指能够感知周围环境并采取行动以实现最优的可能结果的智能体(intelligent agent)

数据库技术

数据库,简而言之可视为电子化的文件柜——存储电子文件的处所,用户可以对文件中的数据运行新增、截取、更新、删除等操作。 所谓“数据库”系以一定方式储存在一起、能予多个用户共享、具有尽可能小的冗余度、与应用程序彼此独立的数据集合。

准确率技术

分类模型的正确预测所占的比例。在多类别分类中,准确率的定义为:正确的预测数/样本总数。 在二元分类中,准确率的定义为:(真正例数+真负例数)/样本总数

逻辑技术

人工智能领域用逻辑来理解智能推理问题;它可以提供用于分析编程语言的技术,也可用作分析、表征知识或编程的工具。目前人们常用的逻辑分支有命题逻辑(Propositional Logic )以及一阶逻辑(FOL)等谓词逻辑。

语音识别技术

自动语音识别是一种将口头语音转换为实时可读文本的技术。自动语音识别也称为语音识别(Speech Recognition)或计算机语音识别(Computer Speech Recognition)。自动语音识别是一个多学科交叉的领域,它与声学、语音学、语言学、数字信号处理理论、信息论、计算机科学等众多学科紧密相连。由于语音信号的多样性和复杂性,目前的语音识别系统只能在一定的限制条件下获得满意的性能,或者说只能应用于某些特定的场合。自动语音识别在人工智能领域占据着极其重要的位置。

自然语言处理技术

自然语言处理(英语:natural language processing,缩写作 NLP)是人工智能和语言学领域的分支学科。此领域探讨如何处理及运用自然语言;自然语言认知则是指让电脑“懂”人类的语言。自然语言生成系统把计算机数据转化为自然语言。自然语言理解系统把自然语言转化为计算机程序更易于处理的形式。

百度机构

百度(纳斯达克:BIDU),全球最大的中文搜索引擎、最大的中文网站。1999年底,身在美国硅谷的李彦宏看到了中国互联网及中文搜索引擎服务的巨大发展潜力,抱着技术改变世界的梦想,他毅然辞掉硅谷的高薪工作,携搜索引擎专利技术,于 2000年1月1日在中关村创建了百度公司。 “百度”二字,来自于八百年前南宋词人辛弃疾的一句词:众里寻他千百度。这句话描述了词人对理想的执着追求。 百度拥有数万名研发工程师,这是中国乃至全球最为优秀的技术团队。这支队伍掌握着世界上最为先进的搜索引擎技术,使百度成为中国掌握世界尖端科学核心技术的中国高科技企业,也使中国成为美国、俄罗斯、和韩国之外,全球仅有的4个拥有搜索引擎核心技术的国家之一。

http://home.baidu.com/
推荐文章
暂无评论
暂无评论~