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生成式人工智能如何優(yōu)化精準(zhǔn)醫(yī)療6個階段?

發(fā)布時間:2024-06-13 來源:石榴號 瀏覽量: 字號:【加大】【減小】 手機(jī)上觀看

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在醫(yī)療健康領(lǐng)域,個性化治療正逐漸成為新的趨勢。隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展,尤其是生成式人工智能的興起,精準(zhǔn)醫(yī)療迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。


精準(zhǔn)醫(yī)療代表著醫(yī)療健康和生命科學(xué)領(lǐng)域業(yè)務(wù)模式的范式轉(zhuǎn)變,旨在為個體患者提供量身定制的防治策略。這種個性化的醫(yī)療方法,通過考慮個體的遺傳信息、生活方式和環(huán)境因素,能夠提供更為有效的治療方案。

畢馬威(KPMG)近日發(fā)布的《精準(zhǔn)醫(yī)療新時代:生成式人工智能將產(chǎn)生顛覆性影響》報(bào)告認(rèn)為,人工智能,尤其是生成式人工智能,很可能將成為精準(zhǔn)醫(yī)療的創(chuàng)新基石和推進(jìn)動力。通過深入分析人工智能在精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀和未來潛力,探尋這一領(lǐng)域內(nèi)的創(chuàng)新突破和面臨的挑戰(zhàn)。
1. 深入探究不同類型的人工智能模型
目前,將人工智能成果和模型用于解決精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域挑戰(zhàn)已經(jīng)取得了穩(wěn)步的進(jìn)展,包括較常見的基于監(jiān)督學(xué)習(xí)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型(其中各數(shù)據(jù)點(diǎn)都有相關(guān)標(biāo)簽),以及最近的生成式模型,如生成式對抗性網(wǎng)絡(luò)和變分自動編碼器(圖1)。這些技術(shù)具有獨(dú)特的能力,能夠在數(shù)據(jù)缺失的情況下使用,并解析復(fù)雜數(shù)據(jù),以助力生物標(biāo)志物識別、患者分層和藥物再利用等領(lǐng)域。

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圖1:生成式模型的優(yōu)點(diǎn)
2. 人工智能如何應(yīng)用于精準(zhǔn)醫(yī)療全過程?
報(bào)告指出,生成式人工智能模型在數(shù)據(jù)增強(qiáng)、醫(yī)學(xué)研究、視頻和圖像處理、數(shù)據(jù)匿名化等方面具有顯著的優(yōu)勢。目前,人工智能已經(jīng)在精準(zhǔn)醫(yī)療領(lǐng)域落地,包括較常見的基于監(jiān)督學(xué)習(xí)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型、以及最近的生成式模型等,AI的應(yīng)用幫助提升了精準(zhǔn)醫(yī)療的效率,使醫(yī)生能進(jìn)一步利用預(yù)測性建模和決策輔助工具協(xié)助制定個性化治療策略。

精準(zhǔn)醫(yī)療過程可分解為一系列步驟,這些步驟對應(yīng)于患者旅程中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),各節(jié)點(diǎn)均可能通過AI加以優(yōu)化。具體如下圖:

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圖2:精準(zhǔn)醫(yī)療中患者旅程的各個階段都可能可以利用人工智能進(jìn)行優(yōu)化

在患者風(fēng)險評估方面,AI的應(yīng)用正取得前所未有的進(jìn)展。例如,通過統(tǒng)計(jì)基因組學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)模型,研究人員能夠在復(fù)雜數(shù)據(jù)中挖掘特征,將某些基因與表明癌癥風(fēng)險增加的特定體細(xì)胞突變聯(lián)系起來。這不僅提高了風(fēng)險評估的準(zhǔn)確性,還有助于早期疾病的識別和預(yù)防。

在篩查方面,AI算法,尤其是深度學(xué)習(xí)技術(shù),如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),在分析醫(yī)學(xué)圖像方面顯示出巨大的潛力。例如,麻省理工學(xué)院和馬薩諸塞州總醫(yī)院聯(lián)合開發(fā)的“Mirai”深度學(xué)習(xí)模型,能夠使用乳房X光檢查數(shù)據(jù)提前五年預(yù)測潛在的乳腺癌患者。

在診斷領(lǐng)域,通過從電子健康檔案數(shù)據(jù)、臨床筆記等提取相關(guān)信息,AI有助于臨床醫(yī)生做出更準(zhǔn)確和及時的診斷。例如,F(xiàn)abric GEM算法,由猶他大學(xué)醫(yī)院、Fabric Genomics和雷迪兒童醫(yī)院共同開發(fā),用于新生兒遺傳病診斷,顯著提高了診斷的準(zhǔn)確性和速度。

在預(yù)后方面,AI通過分析預(yù)后生物標(biāo)志物、疾病影像等數(shù)據(jù),增強(qiáng)了對疾病進(jìn)展、嚴(yán)重程度的評估。例如,Renalytix的KidneyIntelX?平臺,基于AI算法,幫助醫(yī)生了解慢性糖尿病腎病早期患者五年內(nèi)腎功能衰竭的速度。

在治療選擇方面,通過AI預(yù)測患者對特定治療的反應(yīng)、確定潛在的藥物靶點(diǎn),優(yōu)化治療方案。ArteraAI前列腺測試就是一個例子,它通過多模態(tài)人工智能架構(gòu),結(jié)合臨床和組織病理學(xué)影像數(shù)據(jù),識別可能可以進(jìn)行強(qiáng)化治療的局部前列腺癌患者。

在監(jiān)測方面,AI幫助醫(yī)生監(jiān)測治療效果和安全性,預(yù)測副作用變化。例如,佛羅里達(dá)大學(xué)的研究人員開發(fā)的基于AI的工具,能夠預(yù)測急性淋巴細(xì)胞白血病患者產(chǎn)生化療藥物毒性的風(fēng)險。

3. 在精準(zhǔn)醫(yī)療中使用人工智能的關(guān)鍵考慮因素

隨著人工智能在精準(zhǔn)醫(yī)療中應(yīng)用的不斷深化,企業(yè)應(yīng)對自學(xué)人工智能、生成式人工智能以及(可能最關(guān)鍵)聯(lián)邦學(xué)習(xí)加以考慮。

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圖3:聯(lián)邦學(xué)習(xí)模型應(yīng)用(資料來源:“挖掘用于機(jī)器學(xué)習(xí)的分布式健康數(shù)據(jù)”(Unlocking Distributed Health Data for Machine Learning),《白皮書》,integrate.ai)

4. 醫(yī)療機(jī)構(gòu)、企業(yè)如何破局?

盡管人工智能在精準(zhǔn)醫(yī)療中的應(yīng)用前景廣闊,但也面臨著一些有待解決的挑戰(zhàn),從而對人工智能大范圍應(yīng)用形成不同程度的阻礙。包括監(jiān)管合規(guī)、基礎(chǔ)設(shè)施保障、數(shù)據(jù)隱私、倫理道德等等。

首先是監(jiān)管與合規(guī)。隨著精準(zhǔn)醫(yī)療的日益普及,數(shù)據(jù)管理和應(yīng)用變得越發(fā)復(fù)雜,醫(yī)療機(jī)構(gòu)、企業(yè)等不同主體可能面臨更多的違規(guī)和處罰。應(yīng)提前做好準(zhǔn)備,全面了解政策、標(biāo)準(zhǔn)與法律法規(guī),遵守與患者數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)隱私相關(guān)的合規(guī)要求。

第二,實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)間數(shù)據(jù)共享,一方面依賴于政策引導(dǎo)和支持,另一方面,在數(shù)字化基礎(chǔ)設(shè)施和平臺建設(shè)方面加大投資也至關(guān)重要。同時,生成式人工智能需要強(qiáng)大的算力,在高性能計(jì)算以及數(shù)據(jù)存儲和開發(fā)工具等領(lǐng)域的投資或?qū)⒊蔀闊狳c(diǎn)。

第三,數(shù)據(jù)隱私與道德考量是在醫(yī)療的任何環(huán)節(jié)都不斷強(qiáng)調(diào)的話題。在精準(zhǔn)醫(yī)療中,患者的隱私和知情同意權(quán)必須得到尊重,并且有助于確保訓(xùn)練數(shù)據(jù)集不會進(jìn)一步導(dǎo)致人工智能偏見。透明的數(shù)據(jù)處理和分析方案,對于維護(hù)個人對數(shù)據(jù)自主性和機(jī)密性至關(guān)重要。同時,數(shù)據(jù)必須用于預(yù)期目的,避免被不當(dāng)使用。

第四,在精準(zhǔn)醫(yī)療生態(tài)中,企業(yè)、醫(yī)療機(jī)構(gòu)、科研人員等在內(nèi)的各利益相關(guān)方需密切合作,以共同開發(fā)利用必要的數(shù)據(jù),從而輔助臨床實(shí)施,不斷擴(kuò)大人工智能應(yīng)用規(guī)模。

結(jié)語

精準(zhǔn)醫(yī)療與人工智能的結(jié)合,預(yù)示著個性化醫(yī)療健康新時代的到來。通過深入分析個體的遺傳信息和生活方式,結(jié)合人工智能的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理和模式識別能力,能夠?yàn)榛颊咛峁└鼮榫珳?zhǔn)和個性化的治療方案。然而,要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),必須克服上述多方面的挑戰(zhàn)。通過跨學(xué)科合作、政策制定和技術(shù)革新,從而推進(jìn)更快速、以患者為中心的個性化醫(yī)療。


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