人工智能走進(jìn)ICU：預測死亡準確率達93%

　　醫院對于自家的重癥監護室(ICU)，往往有一個(gè)不成文的期望：減少“在病床上去世”事件的發(fā)生。這種想法乍一聽(tīng)有點(diǎn)奇怪，但可以理解。

　　這個(gè)期望可能很快就能實(shí)現了?；诒O測患者生命體征各種設備所提供的實(shí)時(shí)數據，ICU似乎是人工智能工具的完美使用場(chǎng)景，可以用來(lái)判斷患者的實(shí)時(shí)病情以及病情何時(shí)可能惡化。

　　ECRI研究所的Priyanka Shah說(shuō)：“很多醫院都有興趣開(kāi)發(fā)早期預警系統，來(lái)預測膿毒癥、心臟驟停和呼吸停止等威脅生命事件的發(fā)生。”ECRI研究所是一個(gè)為醫療保健行業(yè)評估醫療程序、設備和藥物的非營(yíng)利機構。

　　

 

　　學(xué)術(shù)研究人員和醫療設備公司現在都試圖找出，哪些醫療設備的組合可以提供患者病情惡化的最佳測量指標。Shah說(shuō)，里解決這個(gè)技術(shù)挑戰之后，研究人員還必須通過(guò)實(shí)驗證明這個(gè)工具的“臨床意義”。也就是說(shuō)，不僅要證明技術(shù)的有效性，而且要證明接下來(lái)該技術(shù)可以被整合到醫院的工作流程中，為醫院節省開(kāi)支。

　　在ICU智能化的任務(wù)中，最艱巨的部分是說(shuō)服醫療行業(yè)相關(guān)人員，包括FDA監管者、思維已定型的臨床醫生和想省錢(qián)的醫院管理人員。因為從技術(shù)方面來(lái)看，這方面的研究大有前途。

　　PICU中的生死預測

　　兒科重癥監護室(PICU)內的場(chǎng)景，總是讓人心痛。

　　在新生兒病房里，脆弱的新生兒躺在被機器和屏幕包圍的塑料恒溫箱內。在病房里，孩子們連接著(zhù)管子進(jìn)行靜脈注射，他們勇敢的微笑和明亮的卡通壁畫(huà)相映襯。

　　

 

　　在洛杉磯兒童醫院，數據科學(xué)家Melissa Aczon和David Ledbetter提出了一種人工智能系統，這個(gè)系統可以讓醫生們更好地了解，哪些孩子的病情可能會(huì )惡化。

　　Aczon和Ledbetter都在一個(gè)名為“虛擬PICU”的醫院研究部門(mén)內工作。在這里，他們和那些渴望看到操作上有改進(jìn)的臨床醫生合作，共同開(kāi)發(fā)這個(gè)人工智能系統。Aczon說(shuō)：“他們的觀(guān)點(diǎn)是，在ICU里，醫患之間的接觸一直在發(fā)生，并產(chǎn)生數據。我們有道德責任從這些病例中學(xué)習，并將所學(xué)到的經(jīng)驗來(lái)更好地治療接下來(lái)的患者。”

　　他們想從訓練一個(gè)能夠進(jìn)行精確預測的AI系統開(kāi)始，所以，他們設計了一個(gè)預測PICU死亡率的實(shí)驗系統。他們從醫院電子健康記錄獲取孩子的生命體征數據(通常每隔幾分鐘測量一次)，已有的實(shí)驗室檢測結果、用藥信息和執行的治療方案等。

　　他們使用了PICU里超過(guò)12，000名患者的健康記錄，機器學(xué)習程序在數據中發(fā)現了相關(guān)規律，成功識別出了即將死亡的患者。該程序預測死亡的準確率達到了93%，明顯比目前在醫院PICU中使用的簡(jiǎn)單評級系統表現更好。Aczon和Ledbetter在A(yíng)rxiv上發(fā)表了相關(guān)論文，公布了他們的研究成果。

　　他們實(shí)驗的創(chuàng )新點(diǎn)是使用了一種叫做循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )(RNN)的機器學(xué)習方法，這種方法擅長(cháng)處理持續的數據序列，而不是從某一個(gè)時(shí)刻的數據點(diǎn)直接得出結論。“RNN網(wǎng)絡(luò )是處理臨床數據序列的一種有效方法，”Aczon說(shuō)，“它能夠整合新產(chǎn)生的信息序列，得到準確的輸出。”所以在程序中，RNN網(wǎng)絡(luò )表現得更好，因為它能夠隨著(zhù)時(shí)間的推移，根據病人最近12小時(shí)的臨床數據，做出最準確的預測。

　　雖然這個(gè)系統還處于實(shí)驗階段，但Aczon和Ledbetter提到，這樣的工具將在PICU中有很大的用途。當然，如果這個(gè)死亡率預測軟件在醫院投入使用，醫生不會(huì )滿(mǎn)足于只是獲得病人的死亡風(fēng)險評分。“風(fēng)險評估只是第一步，”Ledbetter說(shuō)，“一旦你知道了病人將會(huì )發(fā)生什么，你就可以基于患者病情思考如何進(jìn)行干預和防止患者病情惡化情況的發(fā)生。”

　　預防ICU危機

　　還有專(zhuān)門(mén)的公司，在試著(zhù)把機器學(xué)習用到ICU里。

　　AreteX系統公司的聯(lián)合創(chuàng )始人Wassim Haddad提到：“我們的使命是在ICU單元里通過(guò)自動(dòng)進(jìn)行重癥監護，來(lái)降低死亡率。”該公司即將更名為AutoMedica，專(zhuān)注于優(yōu)化ICU護理的兩個(gè)重要部分，分別是通過(guò)機械呼吸機管理患者的呼吸量，以及管理靜脈注射的實(shí)時(shí)液體量。

　　Haddad還提到，在美國，每年有570萬(wàn)人被收入ICU，其中有230萬(wàn)人需要機械呼吸機幫助他們呼吸，但是這里面的約80萬(wàn)人會(huì )遇到通氣機不同步的問(wèn)題。“如果他們沒(méi)有足夠鎮靜，他們往往和呼吸機進(jìn)行對抗，”Haddad解釋說(shuō)，“如果他們想吸氣，但機器說(shuō)，不，你要呼氣，這樣的矛盾情況可能導致患者極度焦慮。”

　　△ 呼吸治療師在幫助使用機械呼吸機的病床患者進(jìn)行呼吸

　　AreteX公司的工程師創(chuàng )建了一個(gè)機器學(xué)習工具，這個(gè)工具可以根據患者呼吸機的數據來(lái)識別不同類(lèi)型的呼吸同步情況。這個(gè)系統能夠發(fā)送警報給護士或呼吸治療師，能夠緊急為患者加強鎮靜作用，防止患者與呼吸機進(jìn)行對抗。該公司最近在東北喬治亞醫學(xué)中心開(kāi)始進(jìn)行臨床試驗，來(lái)測試該系統的臨床性能。

　　目前的解決方案只是剛完成了公司使命的第一步。“我們希望我們的技術(shù)不只是作為現在醫院的臨床決策支持，”Haddad說(shuō)，“而是將來(lái)能夠作為一個(gè)完全自動(dòng)化的系統，可以自主改變呼吸機的起搏。”然而，為了到達那個(gè)階段，我們需要做大量的臨床試驗，來(lái)向監管機構和謹慎的醫院管理者證明該系統的安全性。

　　AreteX公司還有一個(gè)類(lèi)似的程序，可以監測大多數ICU患者通過(guò)靜脈注射可以接受的液體量，來(lái)增加患者血液容量和升高患者血壓。Haddad還說(shuō)：“目前的液體管理程序效率不高。通常是醫生給護士一個(gè)命令，進(jìn)行手動(dòng)改變注射速率。幾個(gè)小時(shí)后，醫生再重新評估病人來(lái)制定注射的液體量。”要提到的是，ICU的工作人員必須小心平衡好這個(gè)液體量的關(guān)系，因為患者很容易休克，同時(shí)容易受到由于太少或太多的注射液體量引發(fā)的嚴重并發(fā)癥。

　　Haddad研發(fā)的這個(gè)系統，采用機器學(xué)習方法來(lái)測量患者對正在使用的流體注射量的持續響應，隨時(shí)間改變注射量來(lái)保持患者的病情穩定。AreteX公司目前在東北喬治亞醫學(xué)中心測試這個(gè)流體管理系統。

　　Haddad還說(shuō)：“隨著(zhù)美國人口的老齡化，能夠在急診室和ICU工作的應急臨床醫生緊缺，實(shí)現自動(dòng)化可能是唯一的解決方法。如今85歲以上的人群有300萬(wàn)，到2030年將達到900萬(wàn)，這將給國家的ICU帶來(lái)巨大的壓力。”