數(shù)字化、大數(shù)據(jù)以及人工智能如何引領(lǐng)醫(yī)學(xué)變革

大數(shù)據(jù) 數(shù)字化人工智能醫(yī)學(xué)變革

紀(jì)十 | 2016-08-16 11:13

【數(shù)據(jù)猿導(dǎo)讀】大數(shù)據(jù)能夠幫助我們更早地發(fā)現(xiàn)疾病，并通過(guò)已有的數(shù)據(jù)，分析或預(yù)測(cè)未來(lái)疾病的發(fā)展?fàn)顩r麥肯錫的一份報(bào)告顯示，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，可每年為美國(guó)節(jié)約3000億美元的醫(yī)療支出

數(shù)字化、大數(shù)據(jù)以及人工智能如何引領(lǐng)醫(yī)學(xué)變革

2016年，世界超算大會(huì)(International Supercomputing Conference)公布了全球超級(jí)計(jì)算機(jī)排名，中國(guó)“神威•太湖之光”首次超越天河二號(hào)，成為世界第一的超級(jí)計(jì)算機(jī)，此次中國(guó)入圍的超級(jí)計(jì)算機(jī)也首次超越美國(guó)，一時(shí)間這則振奮人心的新聞在朋友圈被刷屏。

人們追求越來(lái)越快的計(jì)算速度的背后，是我們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的數(shù)據(jù)。面對(duì)如此復(fù)雜、龐大以及非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，如果沒(méi)有超級(jí)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行處理，我們很快會(huì)被淹沒(méi)在毫無(wú)意義的信息汪洋之中。

2012年，在奧巴馬的國(guó)情咨文中，大數(shù)據(jù)被重點(diǎn)提及，吸引了人們的高度關(guān)注。盡管大數(shù)據(jù)的擁躉很多，但對(duì)于它的概念，不同的人會(huì)有不同的理解。如下為2012年美國(guó)國(guó)會(huì)對(duì)大數(shù)據(jù)的定義：大數(shù)據(jù)是指多維度、復(fù)雜多樣的數(shù)據(jù)，需要先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行獲取、存儲(chǔ)、分布、管理以及分析。

大數(shù)據(jù)很快就進(jìn)入應(yīng)用領(lǐng)域，很多公司都在擁抱它帶來(lái)的數(shù)字或信息變革。在數(shù)學(xué)、物理、生物以及工程等領(lǐng)域，大數(shù)據(jù)扮演的角色愈發(fā)重要。在我們?nèi)粘Ｉ钪校矔?huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，例如通過(guò)手機(jī)、智能手環(huán)以及其他可穿戴設(shè)備，每天都會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，未來(lái)我們可預(yù)測(cè)健康或疾病，它將在醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

大數(shù)據(jù)如何變革醫(yī)療

根據(jù)美國(guó)麥肯錫的一份報(bào)告顯示“技術(shù)的發(fā)展正在變革我們的理解以及疾病的治療”。2011年，美國(guó)醫(yī)療健康數(shù)據(jù)高達(dá)150eb，這一數(shù)字很快就會(huì)達(dá)到zb級(jí)別甚至yb級(jí)別。醫(yī)療數(shù)據(jù)正在快速地積累。

在傳統(tǒng)的醫(yī)生問(wèn)診環(huán)節(jié)中，醫(yī)生在每一個(gè)患者面前的時(shí)間可能僅僅只有10分鐘左右，但傳感器以及移動(dòng)健康A(chǔ)PP能忠實(shí)地監(jiān)控你過(guò)去一個(gè)月或一整年的健康信息，通過(guò)分析這部分大數(shù)據(jù)，醫(yī)生很快就能做出趨向于正確的決策。這種基于綜合數(shù)據(jù)獲得的判斷，準(zhǔn)確率要遠(yuǎn)高于人類(lèi)醫(yī)生。美國(guó)食品與藥品監(jiān)督管理局(FDA)也向這一領(lǐng)域開(kāi)綠燈，批準(zhǔn)對(duì)人體血糖進(jìn)行監(jiān)控等相關(guān)設(shè)備。

盡管每年制藥公司在醫(yī)藥研發(fā)領(lǐng)域投入巨資，但擺在眼前的是，他們?nèi)詿o(wú)法充分了解我們的疾病以及獲取足夠多的有價(jià)值的信息，如果他們能夠獲取患者的DNA、蛋白質(zhì)、代謝途徑甚至細(xì)胞、組織、器官以及整個(gè)人體系統(tǒng)的信息，那么進(jìn)行個(gè)性化治療將會(huì)變得容易許多。當(dāng)然獲取這些數(shù)據(jù)的前提是，尊重患者的隱私。在未來(lái)，患者會(huì)攜帶好自己的醫(yī)療或健康大數(shù)據(jù)，參與到制藥公司的藥物研發(fā)中來(lái)，屆時(shí)藥物的研發(fā)將會(huì)越來(lái)越個(gè)性化。

通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，能夠幫助我們更早地發(fā)現(xiàn)疾病，并通過(guò)已有的數(shù)據(jù)，分析或預(yù)測(cè)未來(lái)疾病的發(fā)展?fàn)顩r。麥肯錫的一份報(bào)告顯示，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析，可每年為美國(guó)節(jié)約3000億美元的醫(yī)療支出。

大數(shù)據(jù)將如何變革個(gè)人的生活

大數(shù)據(jù)不僅可用于疾病診斷和個(gè)性化治療，還可應(yīng)用于日常生活的不同場(chǎng)景，提升個(gè)人生活質(zhì)量以及健康。傳統(tǒng)的可穿戴設(shè)備，只是獲得數(shù)據(jù)，而在未來(lái)通過(guò)智能手環(huán)或APP，可以為我們提供個(gè)性化的運(yùn)動(dòng)方案。例如，智能手機(jī)運(yùn)動(dòng)APP不僅能夠記錄我們每日行走的路程，同時(shí)還可以根據(jù)我們身體的健康信息，攝入的卡路里來(lái)提示我們每天應(yīng)該要完成多少運(yùn)動(dòng)量才能保持健康。這會(huì)是可穿戴設(shè)備一個(gè)質(zhì)的提升，可穿戴設(shè)備會(huì)是未來(lái)醫(yī)療數(shù)據(jù)采集的一個(gè)重要途徑。

一款智能的、具有顛覆性的菜譜同樣也會(huì)帶來(lái)健康的變革

個(gè)人健康指數(shù)的上升，意味著我們可以將更少的錢(qián)花費(fèi)在醫(yī)療上，這可能是大數(shù)據(jù)帶來(lái)的福祉。以健康飲食為例，菜譜APP一直是家庭男女們的最?lèi)?ài)，未來(lái)當(dāng)菜譜APP與可穿戴設(shè)備結(jié)合起來(lái)，可根據(jù)時(shí)令、年齡、性別來(lái)提供吃什么食物的建議。它不僅能實(shí)時(shí)定位我們的地理位置，幫助我們尋找物美價(jià)廉的餐廳，同時(shí)也能推薦不同餐廳特色的營(yíng)養(yǎng)菜譜。當(dāng)我們?cè)诳纱┐髟O(shè)備上輸入當(dāng)前的健康指數(shù)，如BMI指數(shù)、腰臀比、血壓、膽固醇指數(shù)等數(shù)據(jù)時(shí)，菜譜APP就可為我們提供有價(jià)值的、健康的膳食建議。例如，對(duì)一個(gè)膽固醇高的人，菜譜APP不會(huì)向他們推薦動(dòng)物內(nèi)臟，如含心、肝等食物，對(duì)于糖尿病患者，它也不會(huì)向他們推薦含糖量高的食物。它還可以根據(jù)身體特征來(lái)提供飲食建議，如果近期你的運(yùn)動(dòng)量比較大，在后臺(tái)一直默默工作的菜譜APP根據(jù)你的運(yùn)動(dòng)量，會(huì)為你推薦一些熱量比較高的食物，從而讓你保持活力。

不過(guò)目前，通過(guò)現(xiàn)有的可穿戴設(shè)備或者移動(dòng)APP，我們?nèi)噪y以從中找出個(gè)人健康與疾病之間的關(guān)聯(lián)，因?yàn)閿?shù)據(jù)分析難以準(zhǔn)確構(gòu)建這些錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系。例如，谷歌有一款隱形眼鏡，可通過(guò)檢測(cè)眼睛中的淚水，判斷身體的血糖等指標(biāo)，但這一技術(shù)目前尚未成熟，仍然屬于“華而不實(shí)”的技術(shù)應(yīng)用，仍有許多技術(shù)鴻溝需要逾越。

連接數(shù)據(jù)與健康間的鴻溝

數(shù)據(jù)與健康二者之間有何關(guān)系，首先擺在眼前的是：數(shù)據(jù)計(jì)算。傳統(tǒng)的計(jì)算方法難以處理如此龐大和復(fù)雜的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)既有實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，也有患者的影像數(shù)據(jù)以及電子病歷數(shù)據(jù)(electronic patient records )，如何從這些錯(cuò)綜復(fù)雜的數(shù)據(jù)中挖掘與健康之間的關(guān)聯(lián)，將會(huì)是一個(gè)難上加難的問(wèn)題。這也是本文前面提及為什么人們?cè)谧非笤絹?lái)越快的計(jì)算速度的原因。

作為互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎的巨頭，谷歌和微軟積累了龐大的數(shù)據(jù)，未來(lái)我們不僅可以在搜索引擎上獲取信息，同時(shí)也能夠更加精準(zhǔn)地尋找到健康信息。利用醫(yī)療大數(shù)據(jù)來(lái)診斷疾病，IBM的沃森顯然走到了這個(gè)領(lǐng)域的前沿。自2011年 Jeopardy!節(jié)目出現(xiàn)之后，IBM就將醫(yī)療視為未來(lái)一個(gè)主要發(fā)展的方向，目前，IBM已投入10億美元，將研發(fā)團(tuán)隊(duì)1/3的成員納入到這個(gè)研究組項(xiàng)目中。

實(shí)際上，沃森是一個(gè)智能的系統(tǒng)，使用自然語(yǔ)言、機(jī)器學(xué)習(xí)以及實(shí)時(shí)計(jì)算將龐大的、非機(jī)構(gòu)化的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，它可以通過(guò)經(jīng)驗(yàn)和指示進(jìn)行學(xué)習(xí)，類(lèi)似人類(lèi)那樣進(jìn)行思考。研究者通過(guò)大量的電子病歷數(shù)據(jù)，甚至是教材中的知識(shí)輸入，使其成為一個(gè)超級(jí)疾病診斷工具。

雖然在這一領(lǐng)域，還有微軟的Cortana，蘋(píng)果的Siri以及谷歌的Google Now，但認(rèn)知計(jì)算仍只是初步發(fā)展階段，IBM也是目前唯一一家使用大規(guī)模認(rèn)知計(jì)算的公司。由于它們?cè)陬A(yù)測(cè)以及疾病診斷上比人類(lèi)更加具有優(yōu)勢(shì)，因此該應(yīng)用會(huì)是醫(yī)療大數(shù)據(jù)未來(lái)一個(gè)非常具有前景的方向。

上海醫(yī)療大數(shù)據(jù)布局：從樣本、隊(duì)列研究到深度挖掘

上海正在建設(shè)具有全球影響力的創(chuàng)新中心，在醫(yī)療大數(shù)據(jù)方面自然也有布局。2013年，上海發(fā)布“推進(jìn)大數(shù)據(jù)研究與發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃”。該計(jì)劃指出，“在健康信息網(wǎng)已有數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，匯聚整合醫(yī)療、藥品、氣象和社交網(wǎng)絡(luò)等大數(shù)據(jù)資源。”從而形成智能臨床診斷模式，自助就醫(yī)模式等服務(wù)模式創(chuàng)新，為“醫(yī)療資源配置、流行病跟蹤與分析、臨床診療精細(xì)決策、疫情監(jiān)測(cè)及處置”等方面提供幫助。

這些行動(dòng)落實(shí)在具體項(xiàng)目上，可歸結(jié)如下。2006年，上海醫(yī)聯(lián)工程就已正式啟動(dòng)，該項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)第一個(gè)大型跨醫(yī)院區(qū)域醫(yī)療信息中心，擁有統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，覆蓋了上海市34家三級(jí)醫(yī)院以及18個(gè)行政區(qū)。項(xiàng)目由上海瑞金醫(yī)院、上海市第六人民醫(yī)院，兒童醫(yī)院等單位牽頭，圍繞高血壓、糖尿病、腫瘤、兒童呼吸系統(tǒng)疾病等常見(jiàn)疾病開(kāi)展大數(shù)據(jù)研究，并依托交大-耶魯生物統(tǒng)計(jì)聯(lián)合中心進(jìn)行醫(yī)學(xué)生物信息挖掘和分析。目前已建成了國(guó)內(nèi)生物樣本量最大的醫(yī)療健康信息庫(kù)，擁有9.1億個(gè)處方醫(yī)囑，診療事件擁有2.1億，醫(yī)學(xué)影像138Tb，檢驗(yàn)報(bào)告9000萬(wàn)份。生物樣本庫(kù)以及醫(yī)學(xué)診斷和影像資料是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)醫(yī)學(xué)變革的關(guān)鍵。

另一個(gè)大型項(xiàng)目是泰州隊(duì)列研究，該項(xiàng)目由復(fù)旦大學(xué)等單位牽頭，于2006年北京香山會(huì)議上，由陳竺、沈曉明聯(lián)合發(fā)布，旨在通過(guò)宏觀醫(yī)學(xué)與微觀醫(yī)學(xué)的整合，大規(guī)模前瞻性隊(duì)列研究，源源不斷地產(chǎn)生有價(jià)值的醫(yī)療數(shù)據(jù)。

在醫(yī)療數(shù)據(jù)分析以及深度挖掘上，上海產(chǎn)研院正在籌劃建立一個(gè)以醫(yī)生和患者臨床治療體驗(yàn)為驅(qū)動(dòng)，以生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)分析、知識(shí)庫(kù)體系決策為主導(dǎo)、個(gè)性化用藥為出口的一體化臨床轉(zhuǎn)化服務(wù)平臺(tái)。未來(lái)該平臺(tái)會(huì)利用深度學(xué)習(xí)、生物信息數(shù)據(jù)分析以及信息挖掘技術(shù)，處理醫(yī)療大數(shù)據(jù)。這既是精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)的一部分，也是數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)醫(yī)療變革的一次創(chuàng)新。

不過(guò)我們必須承認(rèn)，目前包括IBM在內(nèi)的數(shù)字醫(yī)療項(xiàng)目，雖然雄心勃勃，但我們?nèi)院茈y將大數(shù)據(jù)變成一個(gè)大發(fā)現(xiàn)，我們還將面對(duì)數(shù)據(jù)的權(quán)屬、隱私、保護(hù)以及公開(kāi)等問(wèn)題。隨著IBM的沃森機(jī)器人的崛起以及法律制度的健全，相信不久的將來(lái)，我們定會(huì)連接起醫(yī)療信息與疾病之間的鴻溝。

來(lái)源：三思派

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