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智能外科的机遇与挑战

http://www.e23.cn2018-01-11 08:33:32中华腔镜外科杂志(电子版)

    摘  要:刘荣,解放军总医院全军肝胆外科研究所所长 肝胆外二科主任,主任医师、教授、博士研究生导师,荣获总后勤部科技银星,荣立二等功、三等功各一次,享受国务院政府特殊津贴。

  智能外科的机遇与挑战

  刘荣

  The opportunities and challenges of intelligent surgery

  Liu Rong

智能外科的机遇与挑战

  刘荣,解放军总医院全军肝胆外科研究所所长 肝胆外二科主任,主任医师、教授、博士研究生导师,荣获总后勤部科技银星,荣立二等功、三等功各一次,享受国务院政府特殊津贴。国内开展机器人手术的先驱之一,已开展机器人手术1 500余例。长期从事肝胆胰外科临床和基础研究,取得了20余项创新性成果,建立了技术特色鲜明的微创肝胆胰手术技术体系,以第一完成人获国家科技进步二等奖、中华医学科技一等奖、北京市科学技术奖二等奖、军队医疗成果二等奖各一项。承担国家863项目课题、军队十二五重大专项课题、国家自然科学基金及其他北京市及军队多项课题。现任中国医学装备协会智能装备技术分会会长、中国医药教育协会肝胆胰外科专委会主任委员、中国研究型医院学会微创外科学专委会副主任委员、全军医学科学委员会肝胆外科分会副主任委员、中华医学会外科学分会委员、中华腔镜外科杂志(电子版)总编辑等职务。

  通常来说,外科学历史研究认为19世纪50年代出现的外科消毒法和麻醉技术标志着现代外科学的诞生[1]。这一时代,外科医师使用的工具主要是传统的手术刀、止血钳等。而到了20世纪30年代,伴随着“电气时代”的到来,以高频电刀为代表的电外科设备开始在手术中崭露头角,电外科设备可以完成很多传统的手术器械无法完成的操作[2]。在随后的50年中,电外科设备越来越安全可靠、操作越来越简便、适用范围也越来越广。至20世纪80年代,电视腔镜的问世标志着微创外科的诞生,外科开始进入“信息时代”[3-4]。微创手术对人体器官的损伤要比传统的开腹手术小得多。20世纪80年代,多元化的能量外科设备,像超声刀、Ligasure等都得到了大规模的应用。到了20世纪90年代,Da Vinci手术系统的出现整合了这个时代的发展成果,外科医师可以通过放大的三维成像技术对手术野进行观察,并在操作台上通过机械臂实施手术操作。可以说,Da Vinci手术系统代表了目前外科发展的最高水平。

  不难看出,外科学的发展始终与科技的发展同步。当前,以人工智能为代表的新技术已经打开了智能革命的大门,正在方方面面的改变着我们的生活。可以判断,智能革命同样会给外科学带来重大的变革,将外科学带入全新的时代。根据外科学和人工智能的发展趋势,我们提出智能外科的概念:智能外科,即使用人工智能辅助或替代人类进行外科诊断、治疗的科学[5-7]。

  一、智能外科的变革和机遇

  智能革命旨在提高生产生活的自动化水平,在外科领域同样如此[8]。与前三次外科学的变革不同的是,智能外科不再是用机器替代机器,而是由机器替代人类[9]。因此,相比与之前的技术进步带来的变化,智能外科对于外科行为的改变将更加广泛和深远。

  在疾病的诊断方面,当前的医疗行为主要依赖于患者和医师之间的直接交互,绝大多数患者需要在医院完成诊疗过程。但是,当前智能装备,包括可穿戴设备、智能硬件等的大规模普及,使医疗行为可以不再局限于医院的院墙之内,医师和患者之间的直接交互将会大大减少[10]。这些技术带来的将不仅仅是诊疗模式的变化,还会大大的扩展医疗行为的边界。我们可以从人口数据中筛选出各个疾病的高危人群,通过智能设备收集的健康数据与疾病相关数据库进行比对,对其发病风险进行针对性分析,对高风险的人进行密切的随访。医疗的边界将远远超出看病治病这一范围,而延伸至健康管理的方方面面,甚至包括生活、饮食习惯等,争取将疾病防于未然之前。而医师和患者的改变不仅仅是交互模式从医院之内扩展至医院之外,医患间的主动关系也会发生变化,从现在的患者找医师,变成以后的医师找患者。

  当前,以人工智能为基础的临床决策支持系统(clinicaldecision support system,CDSS)的发展迅速,互联网技术的飞速发展大大的提高了信息的传递效率[11]。信息的实时互通消除了地理上的距离,这对于解决医疗资源分配不平均的问题具有重大意义。以我国为例,基层医院的水平显然不能与三甲医院相比,造成了大医院人满为患、医师工作压力极大、超负荷工作的现象非常严重;然而到了基层医院,却门可罗雀,基层医院患者不足使其医师难以积累足够的临床经验,又进一步让基层医院的患者减少。CDSS与互联网技术的结合为我们提供了解决这一问题的可行方案。目前,基于互联网的世界医师平台和患者管理平台已经全面推开,覆盖了813家三甲医院和2 306家基层医院,并在进一步扩大覆盖范围。高级别的专家可以通过这两个平台,在全国范围内进行教学。以后,CDSS就会加入到专家的行列中,我们可以把这种新型的CDSS称为“基于网络技术的区域外科决策辅助(web-based surgery clinicaldecision aider,WSCDA)”。新的WSCDA会拥有更高级的算法、更加强大的数据分析能力和更高的效率,为疾病的诊断和治疗方案提供更可靠的依据。

  在外科手术方面,自动化水平的提高首先带来的必然是劳动效率的极大提高,可以想象,在智能外科时代人工智能手术机器人将在更大的程度上主导手术的进程。通过更先进、更多元的传感器,手术机器人可以更及时准确地了解患者的实时情况。将相关数据上传至数据平台,所有与平台连接的手术机器人均可以使用平台的数据进行“学习”,不断积累手术“经验”,并通过对实施手术结果的不断“思考”,完善手术技术。当在手术过程中面临问题时,机器人将其及时汇报给外科医师,并从数据平台中寻找解决策略,与技术规范交叉比对后,给出可能的解决建议。外科医师根据实时情况选择合理的建议,或亲自动手进行处理。手术结束后,此次处理及患者预后将被纳入数据平台,进一步优化手术机器人的知识库。借助数据平台,手术机器人还可以根据不同患者的自身差异,进行个体化智能手术。另外,手术机器人的大规模应用将使传统开腹手术的比例将至微乎其微。

  另外我们看到,自人工智能技术逐渐成熟之后,世界电子技术巨头,包括美国的IBM、微软和谷歌;中国的百度、腾讯和阿里巴巴不约而同的开始探索将人工智能应用于医疗的可能性,开始在智能医学领域进行抢点布局,意在从这块前景巨大的市场中分一杯羹。IBM Watson智能系统已经进入临床,辅助临床医师进行决策,微软的Hanover、阿里的Doctor You以及百度的百度医疗大脑也都分别加入这一行列,将人工智能的最新成果投入到医疗应用中。这些电子技术巨头的大规模加入已经超出了简单的商业行为的范畴,他们为智能医学带来了重要的资金和技术。高技术企业主导,联合高校和医院进行研发,是智能医学研究不同于其他医学研究的显著特征。

智能外科的机遇与挑战

  二、智能外科的挑战与应对

  伴随着智能外科带来的机遇,挑战同样不可避免。生产技术的提高带来的必然是生产力的解放,而智能革命的突出特色就是这次被取代的职业将不再单纯是劳动密集型职业,而将扩展至知识密集型职业[12]。智能外科时代,外科医师的劳动价值将受到前所未有的挑战。现代外科学的格局将发生重大变化,外科医师一百多年里引以为傲的手术技术必然会逐步被机器所替代。外科医师在手术室的角色将从操作者变成决策者和监督者。这不免带来外科医师需求量的大幅下降。如何面临智能时代机器对于人类的冲击,这是未来外科医师无法回避的问题[13]。

  智能外科带来的伦理挑战。第一个将人工智能应用于临床的诊断系统MYCIN曾经在一次实验中对血液感染源给出69%的诊断准确率,高于依据当时的标准进行诊断的临床医师。然而它却因为伦理问题而从未在临床实际使用过。反对者的理由很简单:如果MYCIN给出了错误诊断或错误的治疗方法,该由谁来负责?医师、医院还是程序开发者?法院不可能对MYCIN进行判决,总要有人类来承担后果。最近,Google DeepMind因为获取了160万患者的临床数据而成为被告。伦理问题是人工智能进入临床的过程中无法回避的,也是必须解决的问题。放大了说,这其实是人工智能进入社会生活的过程中人类最担心的问题之一。科幻小说家阿西莫夫曾经在《机器人与帝国》中提出了机器人的三大法则:①机器人不得伤害人类,或因不作为而使人类受到伤害;②除非违背第一法则,机器人必须服从人类的命令;③在不违背前两条法则的前提下,机器人必须保护自己。这虽然是科幻小说中的内容,却提醒我们在智能外科的建设中,对于人工智能的行为约束必不可少。

  智能医学的发展绝不会一帆风顺。但是科技的进步不会因为面临的挑战而停滞。就像肝移植之父Thomas E. Starzl说的那样:“任何技术,在昨天看起来都是不可能实现的;在今天看起来也只是勉强能做到的;但是到了明天,就会成为常规。外科医师在今天为智能时代的技术积累必将为智能医学的实现打下坚实的基础。

  参考文献(略)

  本文来源:刘荣  智能外科的机遇与挑战 [J/CD].中华腔镜外科杂志(电子版),2017,10(6):327-329

作者:刘荣   网络编辑:曹乐平

浮世绘

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