王仁芳 趙銳祎

人工智能(artificial intelligence,AI)是經(jīng)研究開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)[1],已經(jīng)被用于健康管理、輔助圖像診斷系統(tǒng)、新藥開(kāi)發(fā)及語(yǔ)音識(shí)別、臨床決策系統(tǒng)[2],在患者健康指數(shù)評(píng)估、合理飲食指導(dǎo)、慢性病管理及疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)等方面發(fā)揮作用[3]。腫瘤住院患者營(yíng)養(yǎng)不良的發(fā)生率為40%～80%,營(yíng)養(yǎng)不良可導(dǎo)致并發(fā)癥增加、生活質(zhì)量降低、病死率增高[4]。在臨床上,腫瘤患者營(yíng)養(yǎng)問(wèn)題常容易被忽視[5]。傳統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)管理不能滿足腫瘤患者個(gè)體化營(yíng)養(yǎng)需求,需要?jiǎng)討B(tài)評(píng)估其營(yíng)養(yǎng)風(fēng)險(xiǎn)。AI在智能營(yíng)養(yǎng)應(yīng)用程序、可穿戴傳感器和臨床營(yíng)養(yǎng)管理領(lǐng)域的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展,能更好地監(jiān)測(cè)患者的營(yíng)養(yǎng)狀況。文章綜述了AI在腫瘤患者營(yíng)養(yǎng)管理中的應(yīng)用,并對(duì)應(yīng)用前景和困境進(jìn)行總結(jié),在此基礎(chǔ)上分析該領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展。

1 人工智能營(yíng)養(yǎng)管理工具

人工智能營(yíng)養(yǎng)管理工具種類(lèi)繁多,例如智能應(yīng)用程序、傳感器和可穿戴設(shè)備、自動(dòng)交互式電話程序、電子病歷(electronic medical record,EMR)系統(tǒng)以及新興領(lǐng)域云計(jì)算系統(tǒng)。

1.1 智能應(yīng)用程序

智能應(yīng)用程序已廣泛用于慢性病患者的營(yíng)養(yǎng)管理中[6],營(yíng)養(yǎng)管理APP可以記錄和分析數(shù)據(jù),在相應(yīng)應(yīng)用程序中填入患者飲食情況即轉(zhuǎn)換為相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)成分,幫助患者進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)評(píng)估和自我監(jiān)測(cè)[7]。目前,腫瘤患者群體龐大,但針對(duì)腫瘤患者進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)管理的資源卻十分有限,智能應(yīng)用程序可作為管理途徑之一,應(yīng)用程序可以設(shè)置跟蹤腫瘤患者日常飲食,確定患者的飲食習(xí)慣和偏好,進(jìn)而為患者提供個(gè)性化的飲食建議和目標(biāo)能量[8]。Keum等[9]將主觀整體評(píng)估簡(jiǎn)表轉(zhuǎn)換成Pt-Global應(yīng)用程序,比較患者完成主觀整體營(yíng)養(yǎng)評(píng)估量表紙質(zhì)表格與Pt-Global應(yīng)用程序所需的時(shí)間,結(jié)果顯示Pt-Global應(yīng)用程序可以快速簡(jiǎn)單地進(jìn)行系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)風(fēng)險(xiǎn)篩查,節(jié)省評(píng)估時(shí)間,同時(shí)可以提高患者對(duì)營(yíng)養(yǎng)不良風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí),驗(yàn)證了Pt-Global應(yīng)用程序的便捷性及可行性?；谀芰科胶庥涗浬攀澈蜕眢w活動(dòng)的智能應(yīng)用程序已證實(shí)可改善腫瘤患者的營(yíng)養(yǎng)狀況。李瑤[10]的研究中,將基于手機(jī)APP的飲食管理程序應(yīng)用于頭頸部惡性腫瘤放療患者中,改善了放療患者的營(yíng)養(yǎng)狀況。智能應(yīng)用程序可通過(guò)捕捉腫瘤患者飲食習(xí)慣和動(dòng)態(tài)營(yíng)養(yǎng)變化,持續(xù)監(jiān)測(cè)患者營(yíng)養(yǎng)狀況,幫助患者達(dá)成營(yíng)養(yǎng)目標(biāo)。但是,在支持個(gè)性化、以患者為中心的營(yíng)養(yǎng)護(hù)理時(shí),智能應(yīng)用程序的使用需要醫(yī)護(hù)人員的監(jiān)測(cè)及評(píng)估,不能由患者單獨(dú)使用。再者,智能應(yīng)用程序的使用依賴于智能手機(jī)設(shè)備及患者熟練使用智能設(shè)備的能力,部分老年患者對(duì)其使用可能存在一定的障礙。

1.2 可穿戴設(shè)備

可穿戴設(shè)備指直接穿在用戶身上,或是整合到用戶的衣服或配件的一種便攜式設(shè)備,可通過(guò)軟件支持以及數(shù)據(jù)交互、云端交互來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能。可穿戴的營(yíng)養(yǎng)管理設(shè)備[11]通過(guò)可穿戴傳感器提供一種簡(jiǎn)單且非侵入性方式來(lái)為營(yíng)養(yǎng)評(píng)估提供信息[12]。有研究通過(guò)應(yīng)用智能手表和腕帶[9]中的計(jì)步器和運(yùn)動(dòng)日記功能收集患者活動(dòng)量,從而預(yù)測(cè)患者能量消耗,指導(dǎo)其營(yíng)養(yǎng)管理。目前可穿戴設(shè)備在慢性病患者中得到廣泛應(yīng)用,而將飲食行為轉(zhuǎn)變?yōu)闋I(yíng)養(yǎng)平衡的管理仍需進(jìn)一步完善?？纱┐髟O(shè)備能夠監(jiān)測(cè)食物的攝入時(shí)間及化學(xué)變化,從而制定個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)方案[13]。澳大利亞墨爾本推出了全球首款個(gè)性化營(yíng)養(yǎng)可穿戴設(shè)備——智能貼片,該設(shè)備可以通過(guò)測(cè)量飲食中的生物標(biāo)記物,幫助用戶控制并管理飲食[14]。該設(shè)備是基于一個(gè)復(fù)雜的傳感平臺(tái)和可伸縮的電子設(shè)備,能夠無(wú)痛地評(píng)估飲食生物標(biāo)記物,并將這些數(shù)據(jù)發(fā)送到一個(gè)應(yīng)用程序,然后該應(yīng)用程序會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果向用戶提供飲食建議,讓用戶可以根據(jù)自己的身體狀況制定個(gè)性化飲食計(jì)劃,從而獲得并保持健康。相比于追蹤心率、身體活動(dòng)、睡眠等指標(biāo)的智能手表,智能貼片的優(yōu)勢(shì)在于它的精確性[15]。有研究[16]應(yīng)用活動(dòng)追蹤器(Fitbit Charge 3)可穿戴設(shè)備,監(jiān)測(cè)結(jié)腸癌患者圍手術(shù)期身體活動(dòng)量和飲食攝入量,證實(shí)了可穿戴設(shè)備在結(jié)腸癌患者圍手術(shù)期營(yíng)養(yǎng)管理中在適用性。

1.3 自動(dòng)交互式電話程序

自動(dòng)交互式電話程序是一個(gè)基于語(yǔ)音的移動(dòng)營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),通過(guò)自然語(yǔ)言處理和文本挖掘技術(shù),以促進(jìn)遠(yuǎn)程營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)[17]。自動(dòng)交互式電話程序可通過(guò)智能語(yǔ)音助手或人工智能驅(qū)動(dòng)的對(duì)話,收集患者健康信息[18],并與衛(wèi)生系統(tǒng)的電子健康記錄相關(guān)聯(lián),遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)患者疾病自我管理行為[19-20]。自動(dòng)交互式電話程序可以實(shí)現(xiàn)以患者為中心的護(hù)理方法,能指導(dǎo)患者改善飲食質(zhì)量、監(jiān)測(cè)膳食攝入量,從而提高患者飲食依從性[21]。研究[22]顯示,對(duì)于接受輔助放化療的食管癌患者,交互式電話程序有助于提醒用戶進(jìn)行自我營(yíng)養(yǎng)管理,提高患者營(yíng)養(yǎng)管理依從性,進(jìn)而降低其營(yíng)養(yǎng)失調(diào)的發(fā)生率。

1.4 EMR系統(tǒng)

EMR系統(tǒng)是采用電子設(shè)備保存、管理、傳輸和重現(xiàn)的數(shù)字化的患者醫(yī)療記錄[23]。臨床工作者可通過(guò)EMR系統(tǒng)來(lái)分析患者食物日記中食物的營(yíng)養(yǎng)成分,估算營(yíng)養(yǎng)攝入量,實(shí)時(shí)精確地記錄患者營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)變化[24],可以根據(jù)腫瘤患者需求完成營(yíng)養(yǎng)篩查[25-26]。但是EMR數(shù)據(jù)的多維性、復(fù)雜性和不規(guī)則性為健康評(píng)估帶來(lái)了挑戰(zhàn),在一定層面上阻礙了臨床醫(yī)生有效提取可使用的信息[27-28]。腫瘤學(xué)復(fù)雜的內(nèi)容增加了EMR系統(tǒng)數(shù)據(jù)挖掘的難度[29],需要臨床工作者整合各項(xiàng)臨床指標(biāo)進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)評(píng)估。

2 人工智能在腫瘤患者營(yíng)養(yǎng)管理中的應(yīng)用價(jià)值

2.1 輔助營(yíng)養(yǎng)篩查

營(yíng)養(yǎng)篩查是營(yíng)養(yǎng)診療的基礎(chǔ),早期識(shí)別出營(yíng)養(yǎng)失調(diào)或有營(yíng)養(yǎng)不良風(fēng)險(xiǎn)的患者,對(duì)于及時(shí)實(shí)施營(yíng)養(yǎng)干預(yù)至關(guān)重要[30]?；谌斯ぶ悄艿某醪綘I(yíng)養(yǎng)篩查可以輔助臨床決策[31]。國(guó)外學(xué)者開(kāi)發(fā)了預(yù)測(cè)腫瘤門(mén)診患者營(yíng)養(yǎng)風(fēng)險(xiǎn)的自動(dòng)化營(yíng)養(yǎng)篩查系統(tǒng)[32],在腫瘤門(mén)診的電子病歷中設(shè)置營(yíng)養(yǎng)不良篩查工具[33],能夠更好地篩查出潛在營(yíng)養(yǎng)不良風(fēng)險(xiǎn)的患者。Yin等[31]開(kāi)發(fā)了基于機(jī)器學(xué)習(xí)的決策支持系統(tǒng),用于識(shí)別腫瘤患者的營(yíng)養(yǎng)不良情況,并對(duì)患者營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行分級(jí)。研究[32-35]發(fā)現(xiàn),在智能營(yíng)養(yǎng)篩查系統(tǒng)中添加影響腫瘤患者營(yíng)養(yǎng)狀況的關(guān)鍵詞,如食欲下降、惡心、嘔吐等,并將篩查系統(tǒng)與醫(yī)院電子病歷系統(tǒng)對(duì)接,通過(guò)提取與患者胃腸道相關(guān)的癥狀信息,自動(dòng)識(shí)別出存在營(yíng)養(yǎng)失調(diào)風(fēng)險(xiǎn)的患者。目前,國(guó)內(nèi)外的學(xué)者逐漸意識(shí)到智能營(yíng)養(yǎng)篩查對(duì)于腫瘤患者的重要性,更多的研究在探索如何對(duì)腫瘤患者群體快速地進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)篩查和營(yíng)養(yǎng)風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)。人工智能篩查可作為初步營(yíng)養(yǎng)篩查手段,但目前的智能篩查研究顯示患者營(yíng)養(yǎng)狀況與體重下降、影響進(jìn)食的癥狀相關(guān)性高,但缺乏體重下降或改變的具體時(shí)間段及進(jìn)食量減少的具體量,因此,精確的營(yíng)養(yǎng)評(píng)估仍然需要醫(yī)護(hù)人員進(jìn)一步的人工營(yíng)養(yǎng)篩查與評(píng)估。

2.2 指導(dǎo)營(yíng)養(yǎng)配餐系統(tǒng)的構(gòu)建

醫(yī)院內(nèi)均衡的營(yíng)養(yǎng)及合理的配餐計(jì)劃可以為患者提供康復(fù)所需的營(yíng)養(yǎng)素[36],特別是腫瘤患者,化療期間由于胃腸道反應(yīng),患者食欲較差,更希望醫(yī)院能提供針對(duì)患者營(yíng)養(yǎng)狀況和口味偏好的個(gè)性化配餐[37]。構(gòu)建營(yíng)養(yǎng)配餐系統(tǒng),建立營(yíng)養(yǎng)膳食知識(shí)庫(kù)[38],借助電子調(diào)查問(wèn)卷以及營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)聯(lián)合輔助工具[39],結(jié)合膳食營(yíng)養(yǎng)素平均供給量表、食物成分量表、膳食搭配數(shù)學(xué)模型,并通過(guò)數(shù)據(jù)挖掘手段分析歷史配餐信息。將腫瘤患者人群分類(lèi)模板與個(gè)體化配餐相結(jié)合,采用患者評(píng)估及配餐推薦等方式,實(shí)現(xiàn)了腫瘤患者個(gè)性化配餐需求[40]。目前普遍采用的智能化配餐推薦系統(tǒng)可通過(guò)錄入患者飲食習(xí)慣及疾病診療等信息,也可通過(guò)預(yù)設(shè)置配餐策略可在一定程度上提高配餐工作效率,可為腫瘤患者提供個(gè)體化的營(yíng)養(yǎng)推薦方案,并進(jìn)一步形成食譜計(jì)劃,為患者提供營(yíng)養(yǎng)支持。

2.3 完善智能膳食評(píng)估

腫瘤患者機(jī)體消耗大,良好的營(yíng)養(yǎng)是患者恢復(fù)的基礎(chǔ),因此,完善膳食評(píng)估極其重要。傳統(tǒng)的營(yíng)養(yǎng)攝入量評(píng)估主要依賴膳食調(diào)查來(lái)實(shí)現(xiàn),但這種調(diào)查方式的準(zhǔn)確性嚴(yán)重受限于被調(diào)查者的記憶力和調(diào)查者對(duì)食物重量的評(píng)估能力,而人工智能通過(guò)客觀記錄并智能分析患者飲食,極大地改善了因患者記憶模糊帶來(lái)的偏差。研究[41-42]表明,通過(guò)手機(jī)和營(yíng)養(yǎng)應(yīng)用程序進(jìn)行飲食評(píng)估具有可靠性和有效性。應(yīng)用基于攝像技術(shù)的膳食重量智能評(píng)估系統(tǒng)[43],可通過(guò)食物體積與參照物體積的關(guān)系比,來(lái)估算膳食重量,推算出膳食建議及可行食譜。系統(tǒng)將食物圖片與營(yíng)養(yǎng)學(xué)知識(shí)結(jié)合在一起[44-45],提供患者每日飲食攝入的營(yíng)養(yǎng)素參考信息,患者只需在餐前和餐后上傳食物圖片,系統(tǒng)即可自動(dòng)分析圖像估算出各類(lèi)食物的重量,并將食物重量映射為相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)素?cái)z入量,進(jìn)而給出膳食營(yíng)養(yǎng)攝入報(bào)告。與傳統(tǒng)的書(shū)面飲食日記相比,患者更傾向于使用智能應(yīng)用程序來(lái)記錄飲食。未來(lái)建議將膳食攝入量與身體活動(dòng)量相結(jié)合,以獲得更合理的營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)。

2.4 實(shí)時(shí)營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)

食欲不好、食物攝入不足是腫瘤患者營(yíng)養(yǎng)不良的獨(dú)立危險(xiǎn)因素,獲得足夠的營(yíng)養(yǎng)對(duì)于疾病臨床轉(zhuǎn)歸和健康結(jié)局至關(guān)重要。營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)是在營(yíng)養(yǎng)評(píng)估基礎(chǔ)上發(fā)起的營(yíng)養(yǎng)管理指導(dǎo),實(shí)時(shí)營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)可動(dòng)態(tài)指導(dǎo)個(gè)體營(yíng)養(yǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[46]。實(shí)時(shí)營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)允許患者自我評(píng)估和自我監(jiān)測(cè)[47],記錄每餐的食物攝入量[48],從而制定符合營(yíng)養(yǎng)需求的膳食計(jì)劃。腫瘤患者定期行營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)在降低疾病相關(guān)營(yíng)養(yǎng)不良的風(fēng)險(xiǎn)方面起著關(guān)鍵作用[49]。監(jiān)測(cè)飲食的傳統(tǒng)方法是自我報(bào)告,對(duì)患者來(lái)說(shuō)操作負(fù)擔(dān)較重[50]。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,人工智能技術(shù)通過(guò)飲食監(jiān)測(cè)工具可跟蹤飲食行為,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)營(yíng)養(yǎng),減輕操作負(fù)擔(dān)[51]。AI醫(yī)療啟動(dòng)智能化的日常監(jiān)測(cè)管理和預(yù)警機(jī)制,結(jié)合生化檢查結(jié)果,實(shí)時(shí)分析并自動(dòng)生成綜合報(bào)告,對(duì)惡性腫瘤患者進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)監(jiān)測(cè)與隨訪,判斷營(yíng)養(yǎng)膳食的數(shù)量和能量是否適合,并提出改進(jìn)措施。人工智能技術(shù)通過(guò)共享數(shù)據(jù),可用于跟蹤和評(píng)估患者營(yíng)養(yǎng)狀況,但要對(duì)不同疾病狀態(tài)的腫瘤患者進(jìn)行個(gè)體化綜合評(píng)估還有一定的難度。

3 應(yīng)用前景及局限

基于人工智能的營(yíng)養(yǎng)診療是一種安全、有效的營(yíng)養(yǎng)管理方式,它可以輔助分析復(fù)雜的數(shù)據(jù),為患者提供個(gè)性化的營(yíng)養(yǎng)分析,幫助臨床工作者進(jìn)行臨床營(yíng)養(yǎng)決策。人工智能算法可以分析大型數(shù)據(jù)集,以確定飲食與疾病結(jié)果之間的關(guān)聯(lián),使臨床工作者能夠提出基于證據(jù)的營(yíng)養(yǎng)建議。人工智能設(shè)備還可以幫助跟蹤飲食攝入,提供反饋,并激勵(lì)患者選擇更健康的食物。 然而,人工智能在臨床營(yíng)養(yǎng)中的應(yīng)用主要倫理挑戰(zhàn)之一是保護(hù)患者隱私和敏感信息。另外,基于人工智能的飲食評(píng)估工具目前無(wú)法解決傳統(tǒng)工具的局限性,人工智能算法營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)并不總是可用的?？傊?人工智能具有轉(zhuǎn)化臨床營(yíng)養(yǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)的潛力,但應(yīng)在醫(yī)生的指導(dǎo)下將其融入臨床實(shí)踐,以確?；颊甙踩矮@益。

4 小結(jié)

應(yīng)用人工智能進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)和飲食護(hù)理可改善患者的飲食結(jié)構(gòu)和促進(jìn)疾病恢復(fù)。人工智能的應(yīng)用有助于改進(jìn)腫瘤患者飲食結(jié)構(gòu)和疾病預(yù)測(cè)模型,更好地收集、處理復(fù)雜的營(yíng)養(yǎng)相關(guān)數(shù)據(jù),以及更好地監(jiān)測(cè)患者的營(yíng)養(yǎng)狀況。但在實(shí)際應(yīng)用中依然存在局限,未來(lái)智慧化醫(yī)療領(lǐng)域需要不斷引入與完善新技術(shù),促使人工智能的實(shí)用性及科學(xué)性,更好地為腫瘤患者進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)管理支持。