AI赋能医疗器械5G支持应用创新

  迅猛发展,并与医疗器械行业加速融合。可穿戴健康监测设备、人工智能辅助诊断系统等智能化医疗器械加速普及应用,改变传统疾病预防、检测、治疗模式,为提高健康服务质量提供新手段。

  传统医疗软件主要依托于医疗器械存在,新技术发展为医疗软件赋予了新的技术,形成了新的产业体系。终端方面,智能化终端涌现出智能健康穿戴式设备、AR/VR设备、手术机器人等多种产品形态,通过采用感知、识别、物联网、大数据技术实现生理信号的持续、全面、快速采集,为智能化医疗产业发展提供链接新基础。网络方面,随着5G的商用,网络层为智能化医疗器械的发展提供实时高速、可靠性高、低时延的信息传输。平台方面,通过人工智能、大数据、云计算等技术的应用,主要实现信息的存储、运算和分析,将散乱无序的信息进行分析处理,为前端应用输出有价值的信息。应用方面,能够实现成熟、多样化、人性化的信息应用,特别是基于5G的无线医疗监测与护理应用、医疗诊断与指导应用、远程操控应用等(见图1)。

  随着数据资源、计算能力、算法模型等基础条件的日臻成熟,人工智能在医疗领域的应用取得快速发展。人工智能与医疗的结合方式较多,就医流程方面包括诊前、诊中、诊后;适用对象方面包括医院、医生、患者、药企、检验机构等;从赋能医疗行业的角度分析,包括降低医疗成本,提高诊断效率等。我国医疗人工智能企业聚焦的应用场景集中在医学影像辅助诊断、医学智能虚拟助手、疾病筛查与预测、智能临床决策支持、辅助药物研发和医用等领域。

  其中,医学影像辅助诊断主要指通过计算机视觉技术对医疗影像进行快速读片和智能诊断。通过大量学习,医学影像、人工智能辅助诊断产品可以辅助医生进行病灶区域定位,有效减少漏诊、误诊问题。目前,人工智能技术与医学影像相结合的应用包括肺癌检查、糖网眼底检查、食管癌检查以及部分疾病的核医学检查和病理检查等。

  医学智能虚拟助手是指通过语音识别、自然语言处理等技术,将患者的病症描述与标准的医学指南作对比,为用户提供医疗咨询、自诊、导诊等服务的信息系统。智能问诊是虚拟助理广泛应用的场景之一。智能问诊是指机器通过语义识别与用户进行沟通,听懂用户对症状的描述,再根据医疗信息数据库进行对比和深度学习,为患者提供诊疗建议,包括用户可能患有的健康隐患、应当在医院进行复诊的门诊科目等。

  疾病筛查与预测主要指通过基因测序与检测,提前预测疾病发生的风险。基因测序是一种新型基因检测技术,通过分析测定基因序列,可用于临床的遗传病诊断、产前筛查、罹患肿瘤预测与治疗等领域。

  人工智能利用机器学习和自然语言处理技术可以自动抓取来源于异构系统的病历与文献数据,并形成结构化的医疗数据库。大数医达、惠每医疗、森亿智能等企业正是基于自己构建的知识图谱,形成智能临床决策支持产品,为医生的诊断提供辅助,包括病情评估、诊疗建议、药物禁忌等。

  辅助药物研发指利用人工智能开发虚拟筛选技术,发现靶点、筛选药物,以取代或增强传统的高通量筛选(HTS)过程,提高潜在药物的筛选速度和成功率,改善传统药物研发需要的模拟量大、测试周期长、成本高等问题。通过深度学习和自然语言处理技术可以理解和分析医学文献、论文、专利、基因组数据中的信息,从中找出相应的候选药物,并筛选出针对特定疾病的有效化合物,从而大幅缩减研发时间与成本。

  智能手术是一种计算机辅助的新型的人机外科手术平台,主要利用空间导航控制技术,将医学影像处理辅助诊断系统、机器人以及外科医师进行了有效的结合。手术机器人不同于传统的手术概念,外科医生可以远离手术台操纵机器进行手术,是世界微创外科领域一项革命性的突破。

  不过,由于上市审评周期较长、高质量标注数据集缺乏等原因,国内人工智能医疗器械产业化尚需时间。

  随着新型智能系统的不断涌现,临床、科研需求的飙升,医疗数据呈几何速度膨胀,医院传统的医疗卫生信息系统的软硬件配置无法满足需求。通过实施医疗云,将传统医疗信息化的建设、运维、灾备等转化为按需付费、集中运维和集中管理的模式,除了能够应对海量数据增长,还能够有效降低医院IT运营成本,并为医院内部甚至医院和医院、医院和公共卫生系统、医院和前端的个人健康产品之间的数据互通提供了可能性。我国医疗云主要通过以下三种模式实现应用。

  一是医疗私有云,以医院为单位,利用虚拟化、云计算技术将医院内部资源、数据和信息等通过云平台进行统一管理,实现院内信息系统互联互通。私有云由于其安全可控性,主要用于域内患者数据存储和核心敏感业务系统的部署等。

  二是混合云,将医院核心数据和信息系统部署在内部私有云,保障数据安全,同时将非核心数据部署在公有云上,在一定程度上降低管理成本。如复旦大学附属华山医院的日门诊量达1.3万人,住院床位达2000个,每天新增影像数据70G。若自行购买IT基础设施,无论是空间占用还是费用支出都让医院无法支撑。因此,华山医院基于阿里巴巴、微软和亚马逊的公有云平台,创建了一套混合云存储系统,将数据备份、科研方面的高性能计算以及患者APP等业务部署在公有云上,从而有效缓解成本、运营、安全等方面的压力,同时引入私有云,实现院内核心信息系统和敏感数据的统一部署和存储。

  三是区域云,一般由地方卫生健康主管部门牵头建设,将基层各级医院远程医疗、移动医疗等相关信息系统部署在区域医疗云端,进行互联互通。如嘉兴市第一医院部署了中国电信的天翼影像云平台,支持数据存储、数据显示、影像重建、影像分析等一系列应用,医生和患者可以实时查看、跟进检查结果,同时同一医联体内分级转诊的就医者不用重复进行影像检查。

  为进一步推动医疗云计算产业健康发展,增强医疗机构用户上云信心,创新医疗云服务信任模式,互联网医疗健康产业联盟于2016年开始构建医疗云计算评测体系并开展医疗云可信选型评估工作。从医疗云可信选型评估结果来看,云计算已经在得到广泛应用,其中影像云产品占比最高。

  第五代移动通信(5G)以全新的移动通信系统架构,提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒级的传输时延和千亿级的连接能力,实现了网络性能的跃升。随着我国正式启动5G商用,5G将进一步健康领域的智能化服务和应用,根据5G的三大技术特征,主要有以下几个应用场景(见图2)。

  5G支持连接数密度可达106 万/km ,终端具备更低功耗、更低成本的特点,真正实现万物互联。可用于基于医疗设备数据无线采集的医疗监测与护理类应用,如无线监护、无线输液、移动护理和患者实时位置采集与监测等。

  5G具备超大带宽和超高速率,用于连续广域覆盖和热点高容量场景。广覆盖场景下实现用户体验速率100 Mbps、移动性 500 Km/h,可面向基于视频与图像交互的医疗诊断与指导类应用,如实时调阅患者影像诊断信息的移动查房、采用医疗服务机器人的远程查房、远程实时会诊、应急救援指导、无线手术示教和无线专科诊断等应用场景。

  5G支持单向空口时延最低1ms级别、高速移动场景下可靠性 99.999%的连接,可面向基于视频与触觉力反馈的远程操控类应用,如远程机器人超声检查、远程机器人内窥镜检查和远程机器人手术等应用场景。

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时间

2019-09-18 11:46


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