邢夢雨，曹 慧，邱 鵬，王玥翔

（山東中醫(yī)藥大學 智能與信息工程學院，山東 濟南250355）

在總結(jié)傳統(tǒng)醫(yī)療技術(shù)面對突發(fā)性大規(guī)模傳染病具有局限性的基礎(chǔ)上，結(jié)合人工智能近年的發(fā)展以及在醫(yī)學領(lǐng)域的應用現(xiàn)狀，探討人工智能在解決突發(fā)性大規(guī)模傳染病問題方面的發(fā)展和最新機遇，通過具體案例分析以及在本次新型冠狀病毒肺炎中的典型應用來體現(xiàn)其具有的傳統(tǒng)醫(yī)療技術(shù)不可比擬的先進性。

1 人工智能的發(fā)展和應用

1.1 人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀

經(jīng)過60多年的發(fā)展，人工智能在國際上已經(jīng)取得了長足的進步，目前正呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長的趨勢。歐美等國家紛紛出臺計劃，從國家層面推動人工智能的發(fā)展，試圖占據(jù)人工智能發(fā)展的最高點[1-2]。中國人工智能技術(shù)雖然起步較晚，但目前也已進入蓬勃發(fā)展的階段，中國的人工智能研究正面臨前所未有的歷史發(fā)展機遇，具備諸多發(fā)展優(yōu)勢[1]。

1.2 人工智能在醫(yī)學領(lǐng)域的應用

隨著深度學習等技術(shù)的爆發(fā)，視覺識別、語音處理、自然語言處理等領(lǐng)域取得重大突破，人工智能技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域的應用開始進入百花齊放的階段。其涉及的領(lǐng)域有人工智能+健康管理、人工智能+醫(yī)療服務、人工智能+臨床科研等，且在這些領(lǐng)域都取得了一些重要突破以及研究成果，這為人們對健康生活的需求提供了進一步的保障[2]。

2 人工智能應用于傳染病問題的解決

2.1 傳染病的特點

傳染病具有傳染性的特點，容易造成大規(guī)模傳播；具有突發(fā)性的特點，當一種新型傳染病突然爆發(fā)時，由于缺乏治療經(jīng)驗以及疫苗、藥物等，極易造成傳染病傳染的不可控性。另外，如果在傳播過程中沒有采取到位的防護措施，還容易造成病情的聚集性感染，后果尤為嚴重。

2.2 傳統(tǒng)醫(yī)療方式在解決傳染病帶來的問題時的局限性

一是傳統(tǒng)醫(yī)療資源總體上不足且分布不均衡。以我國為例，中國人口占世界的22%，但醫(yī)療衛(wèi)生資源僅占世界的2%[3]。二是傳統(tǒng)醫(yī)療方式容易造成醫(yī)護人員的感染以及普通人群在看病就醫(yī)過程中的交叉感染。三是僅僅依靠傳統(tǒng)醫(yī)療方式很難在短時間內(nèi)研發(fā)出相關(guān)的疫苗和藥物來對傳染病進行有效地控制。四是僅僅依靠傳統(tǒng)醫(yī)療模式很難確定出易感染人群以及感染范圍，從而對阻斷傳染病的傳播造成時間上的延誤。

2.3 人工智能在解決傳染病問題上的優(yōu)勢

一是利用人工智能技術(shù)能夠高效率地減少病毒檢測中重復性的工作，通過有效篩選生物標志物、預測藥物理化性質(zhì)等來加速藥物的研發(fā)過程。二是人工智能可實現(xiàn)對傳染病的早期預警、智能篩查，預測傳染病的發(fā)展趨勢與傳播途徑，在傳染病傳播的初期階段便可對其進行有效地控制及阻斷，降低傳染病傳播風險[4]。三是利用人工智能技術(shù)可以生成信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，通過機器自主組織傳染病案例數(shù)據(jù)中的學習工作單位等信息，來生成較為準確的所屬轄區(qū)的標準化信息[5]。四是利用人工智能開展線上遠程問診，可在一定程度上解決傳統(tǒng)醫(yī)療資源分配不均的問題以及降低醫(yī)護人員近距離接觸感染的風險。

2.4 人工智能在預防傳染病聚集性發(fā)病中的應用

2.4.1 傳染病聚集性發(fā)病的主要原因

一是由于科學技術(shù)和經(jīng)濟建設的高速發(fā)展，人們的經(jīng)濟活動方式發(fā)生了巨大改變，社會居民的活動空間逐漸擴大，居民聚集性和流動性迅速提升，雖然這種社會活動形式的變化，對促進經(jīng)濟發(fā)展和社會進步具有重大作用，但是從傳染病學的角度看，這種變化無疑增加了傳染性疾病的發(fā)生概率和傳播風險。二是由于多數(shù)傳染病具有較強的傳染性，再加上防護知識的普及不到位、防護措施不周，極易造成人群密集性場所傳染病的爆發(fā)，如大型商場、學校、旅游景區(qū)等。

2.4.2 以學校為例的解決方案

（1）生成學校信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，解決信息孤島問題。人工智能的迅速發(fā)展對建立完整的、標準化的、可維護的學校信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫提供了便利性，通過人工智能對傳染病案例的自主學習以及對傳染病案例數(shù)據(jù)中學習和工作單位的重新組織，來產(chǎn)生較為準確的學校名稱和所屬轄區(qū)的標準化信息，并跟隨著數(shù)據(jù)的更新和變化進行自我完善，以此來建立標準化的學校信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫[5-6]。

（2）人工智能篩查和早期預警。利用人工智能技術(shù)分析傳染病報告醫(yī)生對所屬轄區(qū)學校信息填寫習慣和方式的異同，與學校信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫比對，自動地感知傳染病案例數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)為標準的學習工作單位信息，實現(xiàn)基于當前住址到村組和家庭，學習工作單位到班級和學校的聚集性傳染病的智能篩查，大力提升篩查和預警的準確性和時效性。再利用人工智能技術(shù)輔助辨別學校聚集性傳染病事件，采用時間序列模型、時空聚集性分析模型等進行組合預警，并把預警的相關(guān)閾值提前設置出來，以判定事件級別，最后將判別結(jié)果及時傳送給學校屬地的相關(guān)傳染病管理人員[4]。

（3）聚集性預警處置的監(jiān)督管理。在地理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用人工智能等技術(shù)來實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)的可視化，并且將人工智能技術(shù)與網(wǎng)絡安全技術(shù)和移動應用技術(shù)相整合，按照行政區(qū)域來規(guī)劃級別，從而實現(xiàn)對管轄范圍內(nèi)各類傳染病信息、聚集性傳染病信息的監(jiān)督管理，實現(xiàn)管理人員從宏觀上及時掌握所管轄范圍內(nèi)傳染病的分布和處置情況，以便及時開展相應工作[4]。

3 新型冠狀病毒肺炎背景下人工智能的應用

新型冠狀病毒肺炎的爆發(fā)直接驅(qū)動了人工智能技術(shù)及其產(chǎn)品的落地使用。在2020世界人工智能大會云端峰會之健康云峰會上，中國工程院院士李蘭娟表示人工智能技術(shù)在追蹤感染者、發(fā)現(xiàn)接觸者、進行隔離、控制傳染源方面發(fā)揮了非常重要的作用，有效遏制了新型冠狀病毒肺炎的擴散。

3.1 人工智能影像讀片技術(shù)投入臨床應用

人工智能影像讀片技術(shù)可以快速、定量地判定患者的病情[7]。人工智能影像讀片技術(shù)能夠?qū)π滦凸跔畈《痉窝谆颊叩姆尾酷t(yī)療影像檢查結(jié)果進行快速地判定，這對于新型冠狀病毒肺炎的臨床診斷和病情進展判斷具有重要價值。人工智能判讀1張CT胸片僅需2～3min，比人工判讀速度提高了4～5倍。人工智能技術(shù)還能夠通過多維度高通量的信息處理技術(shù)，從影像數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)中提取出可以量化的特征，以此來獲取新型冠狀病毒肺炎患者在醫(yī)學影像數(shù)據(jù)和臨床數(shù)據(jù)中的特定模式，這有助于開發(fā)出用于新型冠狀病毒肺炎的判定及病程檢測的系統(tǒng)，對于提高醫(yī)療影像的診斷能力具有十分重要的意義[8-10]。

3.2 人工智能算法構(gòu)建流行病學模型

基于采集的病毒特性、病毒繁殖速度、病變發(fā)展、表現(xiàn)癥狀等數(shù)據(jù)，采用人工智能算法對這些數(shù)據(jù)進行處理并構(gòu)建出相關(guān)的模型，這對新型冠狀病毒肺炎的傳播起到了科學的預測作用[6]。一是應用人工智能技術(shù)構(gòu)建了國內(nèi)數(shù)字地圖模型，分析和預測出了確診者、疑似者和密切接觸者等重點人群的行動途徑和流向狀況，為防治工作指明了方向，為各級政府的聯(lián)防聯(lián)控工作提供了關(guān)鍵有力的信息支持[11]。二是應用新型冠狀病毒肺炎的流行病學數(shù)據(jù)與經(jīng)典傳染病學預測模型相結(jié)合構(gòu)建出了相關(guān)的人工智能模型?？蒲腥藛T利用2003年SARS數(shù)據(jù)進行了人工智能算法訓練，完成了新型冠狀病毒肺炎人工智能模型的訓練和研究[12]，人工智能的預測結(jié)果為新型冠狀病毒肺炎的有效防控提供了科學依據(jù)。三是多個研究團隊依托人工智能算法和技術(shù)構(gòu)建了數(shù)學模型，并且利用這個模型預測出了新型冠狀病毒（SARS-CoV-2）的宿主，對新型冠狀病毒進行溯源分析后，得出的結(jié)果支持新型冠狀病毒源自中華菊頭蝠[13]，但是目前仍然不能確定出具體的中間宿主。有研究提出，豬、雪貂、貓和靈長類動物可能為其中間宿主，這為后續(xù)研究提供了一定的方向[14]。

3.3 人工智能支持藥物篩選和分子診斷靶點研究

依托人工智能技術(shù)支持的新型藥物研發(fā)模式，科研人員能夠高效建模多種已知靶點藥物的三維結(jié)構(gòu)及其和病毒作用位點之間的可能作用關(guān)系，從種類繁多的藥物化合物數(shù)據(jù)庫中自動篩選出可能有效的藥物，使得新型冠狀病毒肺炎應急藥物的快速開發(fā)成為可能[8]。

3.4 人工智能提高遠程醫(yī)療操作和會診能力

醫(yī)院遠程會診團隊充分利用移動通信網(wǎng)絡進行便利的數(shù)據(jù)傳輸，結(jié)合人工智能技術(shù)開展遠程視頻會診和遠程指導交流。通過遠程診斷，消除了醫(yī)護人員因直接接觸患者而被感染的風險。

3.5 人工智能體溫篩查

利用人工智能圖像識別技術(shù)和紅外熱成像技術(shù)相結(jié)合，能夠在一定范圍內(nèi)對人流密集區(qū)域多人額頭溫度進行快速地篩選和預警，提升了在人流聚集處對體溫異常者篩選的效率。車站、學校、醫(yī)院等人流密集場所采用人工智能技術(shù)進行體溫測量和人臉識別，能夠快速、高效、批量地完成對體溫異常者的篩查和身份識別，及時發(fā)現(xiàn)發(fā)熱及疑似患者，規(guī)避了接觸感染風險[8]。

4 結(jié)束語

人工智能的誕生為未來醫(yī)療技術(shù)的發(fā)展提供了新的契機，為人類健康事業(yè)保駕護航。目前，人工智能在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展正在如火如荼地進行著，由其所衍生出的一些新興產(chǎn)品及技術(shù)也已在醫(yī)療領(lǐng)域取得了大范圍的應用，獲得了業(yè)內(nèi)人士的認可及推廣。但不可忽略的是人工智能在醫(yī)學領(lǐng)域的應用尚且存在弊端，例如與人工智能在醫(yī)學領(lǐng)域應用相關(guān)的法律倫理問題已經(jīng)出現(xiàn)[15]。另外，人工智能自身的發(fā)展也尚未成熟，從總體上看，其仍處于初級發(fā)展階段[1]。但人工智能的發(fā)展仍然具有必要性，其在傳染病防治領(lǐng)域的發(fā)展前景依然樂觀。人工智能影像分析、人工智能藥物研發(fā)、人工智能輔助診斷、人工智能體溫檢測等在醫(yī)療領(lǐng)域的落地使用為傳染病的防治構(gòu)建了智能、立體、主動式的體系。傳染病發(fā)生時，人工智能能在醫(yī)療和社會治理方面，重點發(fā)揮數(shù)據(jù)優(yōu)化、智能服務等方面的作用，為傳染病的防治做出貢獻。