人工智能技術與應用（案例版）課件 第8章 智能醫(yī)療機器人

第8章

智能醫(yī)療機器人-1人工智能技術與應用ArtificialintelligencetechnologyandApplication1.智能醫(yī)療機器人概述2.智能醫(yī)療機器人應用3.智能技術——深度學習4.應用案例“人工智能+醫(yī)療”近年來，借助人工智能技術，開展智慧醫(yī)療成為醫(yī)療領域的熱點?！叭斯ぶ悄?醫(yī)療”是人工智能技術賦能醫(yī)療健康產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)象。以機器學習和數(shù)據(jù)挖掘為兩大核心技術的人工智能滲透到醫(yī)療行業(yè)，各應用場景下醫(yī)療人工智能公司開發(fā)出的產(chǎn)品和服務，帶來了醫(yī)療健康行業(yè)的降本增效，衍生出醫(yī)療數(shù)據(jù)服務、機器學習服務、醫(yī)療研發(fā)服務等新的醫(yī)療新興細分行業(yè)，拓展了醫(yī)療領域的邊界，重塑了醫(yī)療健康相關產(chǎn)業(yè)鏈。1.智能醫(yī)療機器人概述智能醫(yī)療機器人是集醫(yī)學、信息、物理、機械等多種學科于一體的技術密集型產(chǎn)品。通過計算機技術，傳感器技術、導航技術等實現(xiàn)自動化、智能化操作。智能醫(yī)療機器人可以協(xié)助醫(yī)生進行診斷和治療，提高醫(yī)療水平和效率。

如今，醫(yī)療機器人已經(jīng)成為醫(yī)療領域的重要工具，其應用范圍涵蓋了手術、康復、護理等多個方面。包括目前臨床使用的骨科手術機器人、胃鏡機器人、康復機器人在內(nèi)的，用于診斷與治療環(huán)節(jié)的機器人，不僅提高了醫(yī)療服務的效率和質量，還為患者提供了更舒適和安全的醫(yī)療環(huán)境。醫(yī)療機器人為醫(yī)療行業(yè)帶來了革命性的變化，全球醫(yī)療機器人市場空間巨大，未來快速增長。智能醫(yī)療機器人類型Typesofintelligentmedicalrobots用于手術操作，包括骨科及神經(jīng)外科手術機器人等手術機器人用于患者的康復訓練應用在康復護理、康復治療等方面的代替人工的機器人康復機器人提供咨詢、導診等服務服務機器人用于照顧患者，可以用來分擔護士護理的繁重和瑣碎工作護理機器人智能醫(yī)療機器人類型

手術機器人義齒機器人智能導診機器人智能送藥機器人虛擬助理語音電子病歷/智能導診智能問診/推薦用藥醫(yī)學影像病灶識別與標注/三維重建靶區(qū)自動勾畫與自適應放療輔助診療醫(yī)療大數(shù)據(jù)輔助診療醫(yī)療機器人疾病風險預測基因測序與檢測服務預測癌癥/白血病等重大疾病藥物挖掘新藥研發(fā)/老藥新用/藥物篩選藥物副作用預測/跟蹤研究健康管理營養(yǎng)學/身體健康管理精神健康管理醫(yī)院管理病歷結構化/分級診療DRGs智能系統(tǒng)/專家系統(tǒng)輔助醫(yī)學研究平臺算法框架/數(shù)據(jù)分析等服務|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||AI+智能醫(yī)療場景AI在醫(yī)療領域的應用醫(yī)療影像

利用X線、CT、MR、DSA、PET、ECT等影像設備，對疾病進行影像診斷和輔助治療的技術。據(jù)相關數(shù)據(jù)顯示，90%左右的醫(yī)療數(shù)據(jù)都來自醫(yī)學影像，而且還正以30%的增長率逐年增長。不過，影像科醫(yī)生的整體數(shù)量和工作效率似乎根本沒有辦法應對這樣的增長趨勢，而影像科醫(yī)生也因此面臨著巨大的壓力。

X光CT

MRDSA

PET

ECT

2017年，騰訊正式推出了“騰訊覓影”，從臨床數(shù)據(jù)來看，“騰訊覓影”的敏感度已經(jīng)超過了85%,識別準確率也達到90%,特異度更是高達99%。不僅如此，只需要幾秒的時間，“騰訊覓影”就可以幫醫(yī)生“看”一張影像圖，在這一過程中，“騰訊覓影”不僅可以自動識別并定位疾病根源，還會提醒醫(yī)生對可疑影像圖進行復審。輔助診療

目前人工智能可以通過癥狀和病歷來診斷癌癥，比如Watson，經(jīng)過了4年多的訓練，學習了200本腫瘤領域的教科書，290種醫(yī)學期刊和超過1500萬份的文獻后，Watson開始臨床應用，并且可以在肺癌、乳腺癌、直腸癌、結腸癌、胃癌和宮頸癌等領域向人類醫(yī)生提出建議；又可以通過醫(yī)學影像和病理解讀來識別癌癥，國內(nèi)的人工智能領軍企業(yè)Airdoc在各個領域的頂尖醫(yī)生的幫助下，在眼科、皮膚科、大腦、心血管、肺部、肝部等領域建立了準確的深度神經(jīng)網(wǎng)絡診斷模型，在肺癌、乳腺癌、肝癌、基底細胞瘤、惡性黑色素瘤等領域取得了巨大的進展，通過15萬張圖片的訓練，在眼科診斷準確率已經(jīng)不低于人類三甲眼科醫(yī)生，如果將人工智能應用在癌癥的早期檢測和早期診斷，可以挽救無數(shù)人的性命。疾病預測

預測未知，一直是人類十分向往的能力。2008年谷歌推出一個預測流感流行趨勢的系統(tǒng)——GoogleFluTrends（谷歌流感趨勢，以下簡稱GFT）。GFT一戰(zhàn)成名是在2009年美國H1N1爆發(fā)的幾周前。AI可預測心臟病人何時死亡：準確率達80%英國醫(yī)學研究委員會倫敦醫(yī)學研究所的這個研究小組說，人工智能軟件能夠通過分析血檢以及心臟掃描結果發(fā)現(xiàn)心臟即將衰竭的跡象。研究人員向人工智能軟件輸入了256名心臟病患者的心臟核磁共振掃描結果，以及血液檢測結果。人工智能軟件對于每一次心跳都測量了心臟結構中3萬個不同點的運動狀況。把上述檢測結果同患者8年的健康狀況記錄結合起來，人工智能軟件就可以發(fā)現(xiàn)哪些異常狀況會導致患者的死亡。人工智能軟件能夠對未來五年的情況作出預測，預測患者在一年后仍然存活的準確率大約為80%，而醫(yī)生對于這項預測的準確率為60%。。醫(yī)院管理能合理地為患者安排治療計劃；在電子處方系統(tǒng)內(nèi)設置安全警示，確保用藥規(guī)范，防止濫用抗生素等藥物；自動讀取患者電子病歷相關信息，得出輔助診斷信息，實現(xiàn)醫(yī)療輔助診斷。通過物聯(lián)網(wǎng)技術，應用RFID標簽，打造無人值守耗材管理模式;智能化設備的應用，耗材追瀾及管理發(fā)生質的飛躍!健康管理日常監(jiān)測數(shù)據(jù)(DailyMonitoring

Data)各類日常監(jiān)測生理信息，生活習慣，心理及精神狀態(tài)等電子病歷與診療記錄(ElectronicMedical

Records)含問診信息、病程記錄、病史信息，疾病診斷信息，治療過程，隨訪過程，環(huán)境信息等用藥記錄(Records

of

Medicine)藥物信息，治療結果等診斷數(shù)據(jù)(Diagnosis

Data)生化診斷、病理診斷、物理診斷、生理信號診斷、影像診斷、基因診斷等健康醫(yī)療大數(shù)據(jù)運營數(shù)據(jù)(Busi

Data)病人，財務，流程，診療，開藥等數(shù)據(jù)保險與支付(Insurance

andPayment)病人保險、支付記錄、信用記錄人工智能在醫(yī)療領域面臨的挑戰(zhàn)ChallengesofAIinthehealthcarefield在醫(yī)療方面的信息或隱私都在虛擬的網(wǎng)絡系統(tǒng)中留下痕跡。如果管理不善，就有可能被不法分子所利用患者隱私保護通過虛擬的信息系統(tǒng)或人工智能系統(tǒng)進行，可能發(fā)生醫(yī)療風險的主體、環(huán)節(jié)和因素增多了，醫(yī)療風險不可控性增強一些醫(yī)務人員可能會抵制或消極對待醫(yī)療人工智能的發(fā)展，那將會極大地降低醫(yī)療人工智能的發(fā)展速度風險責任受接受程度文化創(chuàng)建階段2.智能醫(yī)療機器人應用

手術機器人是集臨床醫(yī)學、生物力學、機械學、計算機科學、微電子學等諸多學科為一體的新型醫(yī)療器械。手術機器人現(xiàn)已應用于普腹外科、泌尿外科、心血管外科、胸心外科、婦科、骨科、神經(jīng)外科等多個領域。此外，智能咽拭子采集機器人、智能外骨骼機器人、膝關節(jié)手術機器人、血管介入機器人等設備也是醫(yī)療機器人，醫(yī)療機器人是高端智能醫(yī)療裝備的代表。手術機器人的起源與發(fā)展手術機器人類型

膠囊胃鏡是一款可以替代傳統(tǒng)胃鏡的新型醫(yī)療機器人，隨水吞服后，它以每秒2幀的速度進行拍照，將食管、食道、胃進行全方位檢查，短短15分鐘即可拍攝上萬張照片，完成無痛、無創(chuàng)、無麻醉、無交叉感染的精準胃部檢查，檢查后膠囊機器人隨消化道排泄。

整個治療過程在體外通過手機遙控實現(xiàn)，可以無痛來檢測胃部的狀況成為將眾多病人從傳統(tǒng)胃鏡痛苦檢查中解放出來的妙招。目前膠囊機器人已經(jīng)在100多家醫(yī)院和300多家體檢機構開始使用。膠囊胃鏡機器人康復機器人是輔助人體完成肢體動作，實現(xiàn)助殘行走、康復治療、負重行走、減輕勞動強度等功能的一種醫(yī)用機器人?？祻蜋C器人的核心理念是機器人、病人、治療師之間全新的協(xié)作關系，形成更有效且個性化的康復效果。康復機器人涵蓋物理運動、日常生活能力、社交活動、環(huán)境控制、聽覺、視覺、口頭表達等應用領域。相較于傳統(tǒng)訓練的局限性，康復機器人能夠節(jié)省人力、重復訓練、減少誤差、全面護理、最大化持續(xù)時間和強度?？祻蜋C器人康復機器人類型本章小結第8章

智能醫(yī)療機器人-2人工智能技術與應用ArtificialintelligencetechnologyandApplication1.智能醫(yī)療機器人概述2.智能醫(yī)療機器人應用3.智能技術——深度學習4.應用案例3.

智能技術——深度學習深度學習（DeepLearning），簡稱DL。深度學習是機器學習的子集，它基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡。其概念由杰弗里·辛頓（GeoffreyHinton）等人于2006年提出，基于深度置信網(wǎng)絡(DBN)提出非監(jiān)督貪心逐層訓練算法，為解決深層結構相關的優(yōu)化難題帶來希望，隨后提出多層自動編碼器深層結構。此外楊立昆（YannLeCun）等人提出的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡是第一個真正多層結構學習算法，它利用空間相對關系減少參數(shù)數(shù)目以提高訓練性能。神經(jīng)網(wǎng)絡基礎神經(jīng)網(wǎng)絡的M-

P模型、BP網(wǎng)絡、Hopfield網(wǎng)絡等構成人工神經(jīng)網(wǎng)絡的基本概念。神經(jīng)元作為基本處理單元，由連接、求和節(jié)點、激活函數(shù)組成。深度學習的起源與發(fā)展卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（CNN）深度學習應用場景1.計算機視覺深度學習技術可以用于圖像分類、目標檢測、圖像分割、人臉識別、行人重識別等領域。例如，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡（CNN）可以用于圖像分類和目標檢測，而生成對抗網(wǎng)絡（GAN）可以用于圖像生成和風格遷移。3.醫(yī)療保健深度學習技術可以用于醫(yī)學圖像分析、病理診斷、基因序列分析等領域。例如，卷積神經(jīng)網(wǎng)絡可以用于乳腺癌檢測，而遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡可以用于基因序列分析。2.自然語言處理深度學習技術可以用于文本分類、情感分析、命名實體識別、機器翻譯、語音識別等領域。例如，循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡（RNN）和長短時記憶網(wǎng)絡（LSTM）可以用于語言模型和機器翻譯，而變換器模型（Transformer）可以用于序列到序列的學習任務。應用場景LeNet結構4.應用案例——病毒感染動態(tài)顯示SIR模型是一種常見的傳染病傳播模型，用于描述人群中傳染病的傳播過程。SIR模型將人群分為三個互相轉化的狀態(tài)：易感者（Susceptible）、感染者（Infected）和康復者（Recovered）

病毒的變異速度可能會超過科學家們研發(fā)疫苗和治療藥物的速度，導致疫苗和藥物的有效性受到挑戰(zhàn)。此外，全球化和人口密集的城市化趨勢使得病毒更容易傳播，加劇了疫情的蔓延速度。同時，一些病毒可能具有潛在的跨物種傳播能力，增加了疾病的傳播范圍和難度，導致公眾對病毒傳播和防控措施的誤解和不信任，影響了疫情防控的有效性。為了盡可能預防疾病