OCCCM 2024 | 李响教授：增强AI模型在重症医学中的应用与进展

近日，由上海市医学会、上海市医学会危重病专科分会主办的“第八届东方重症医学学术会议（OCCCM）”在上海国际会议中心隆重召开。本次大会邀请百余名国内专家及多位国际知名专家分享重症领域的前沿进展，以展现国内外重症医学领域的新技术、新理念和新进展。

在本次大会上，来自复旦大学附属闵行医院的李响教授对“增强AI模型的实用性——特征筛选”进行了详细的分享，本文梳理重点内容，以分享各位同道。

一、什么是人工智能?

人工智能（AI）是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作，其主要应用领域为图像识别、自然语言处理和专家系统、机器人、语言识别等技术。

AI在重症医学中的应用是一个快速发展且充满活力的领域。AI在重症医学中的应用非常广泛，从辅助诊断到临床决策支持，再到资源管理和个性化治疗，都在不断提升重症医学的服务质量和效率。随着技术的不断发展，AI将继续为重症医学带来更多的创新解决方案。

1）智能诊断系统

自动化诊断：通过深度学习和图像识别技术，智能诊断系统能够自动分析医学影像，识别病变，提供初步诊断意见。

精准诊断：结合患者病史、症状、体征等多维度信息，智能诊断系统能够提供更精准的诊断结果，减少误诊和漏诊的风险。

实时反馈：智能诊断系统能够实时监测患者病情变化，为医生提供及时的反馈，有助于调整治疗方案。

2）患者数据分析与预测

数据整合与分析：通过收集患者的各类生理数据、病史资料等，运用大数据分析技术，挖掘潜在的疾病规律和风险因素

疾病预测模型：基于患者数据，构建疾病预测模型，预测患者疾病发展趋势和可能出现的并发症，为预防性治疗提供依据。

个性化治疗方案：根据患者数据的分析结果，为患者制定个性化的治疗方案，提高治疗效果和患者满意度。

3）辅助决策支持系统

治疗方案推荐：结合智能诊断结果和患者数据分析，辅助决策支持系统能够为医生提供治疗方案的推荐建议，帮助医生制定更合理的治疗方案。

药物选择与优化：通过分析药物疗效、副作用等数据，辅助医生选择合适的药物，优化药物治疗方案，减少不良反应的发生。

疗效评估与反馈：辅助决策支持系统能够实时监测患者治疗过程中的生理指标变化，评估治疗效果，为医生提供及时的反馈，有助于调整治疗方案。

二、什么是增强 AI 模型?

增强AI模型（Augmented Al）是一种将AI与人类智能相结合的方法，旨在通过人的参与提升AI系统的性能和决策质量。在AI系统的决策过程中加入人类的监督、指导或者反馈以此来增强AI模型的准确性、可解释性或者适应性。

增强AI模型应用于多个领域，包括数据分析、自然语言处理、图像识别等，旨在结合机器的高效率和人类在理解复杂情境、道德伦理判断等方面优势。增强AI模型的作用涵盖了从模型的基础能力提升到高级应用的支持，通过这些增强措施，AI模型能够更好地服务于医疗领域。

1）影像诊断：分析医学影像，如X光片、CT扫描和MRI，以辅助医生快速识别疾病标志。AI可以预处理大量数据，筛选出潜在的问题区域，医生则负责审查AI的发现并做出最终诊断。

2）病理分析：帮助病理学家分析组织样本，识别癌症和其他疾病的特征。增强AI可以通过提供初步分析来减轻病理学家的负担从而使他们能够专注于更复杂的病例。

3）临床决策支持：整合患者的医疗记录、实验室测试结果和其他相关数据，为医生提供治疗建议，可能提高治疗成功率。

4）药物开发：加速新药的发现过程，通过分析大量的化合物和生物数据来预测哪些药物有效。人类的专家可以随后验证这些预测，决定哪些候选物值得研究。

5）个性化医疗：帮助定制个性化的治疗计划，根据患者的特定情况和历史数据来调整治疗方案。这有助于提高治疗效果，减少不必要的副作用。

预测分析：A预测疾病的发展趋势和患者的预后，从而帮助医生制定预防措施和干预策略。医疗系统更好地分配资源，并提前采取行动以减少疾病负担。

三、增强 AI 模型与重症医学

实时监测与预警：整合和分析重症医学（ICU）患者的大量数据，包括生命体征、实验室检测结果、医疗影像等，实时监测患者的健康状况，并在检测到潜在问题时及时发出预警，帮助医疗团队快速响应并采取相应措施。

临床决策支持：辅助医生进行临床决策，通过分析患者的具体情况和历史数据，提供治疗方案的建议，帮助医生更快地做出基于证据的决策，提高治疗的成功率。

病情预测：预测患者病情的发展趋势和预后，帮助医生制定干预策略，帮助医疗系统更好分配资源，并提前采取行动以减少疾病负担。

AKI病情预测

急性肾损伤是ICU中常见的严重并发症，及时识别高风险患者对于预防和管理至关重要。增强 AI 模型预测ICU患者发生急性肾损伤(AKI)风险模型。

特征筛选过程：

l 研究团队首先确定了与AKI相关的潜在风险因素，包括患者的年龄、性别、基础疾病、药物使用等。

l 利用统计方法和机器学习算法对大量患者数据进行分析，识别出最重要的预测因子。

l 通过特征筛选，研究确定了几个关键的生命体征和实验室指标，如心率、血压、血肌酐水平等。

模型应用：这些指标被纳入增强AI模型中，用于预测患者发生急性肾损伤的风险。模型的实施使得医护人员能够在患者出现明显的肾功能损害之前，及时识别出高风险患者，并采取相应的预防措施。

效果：该模型的实施显著提高了医护人员对AKI风险的预测准确性，从而减少了不必要的干预和治疗。此外模型的应用还提高了医疗资源的有效分配，使得医护人员能够更专注于需要干预的患者。

机械通气撤机预测

研究人员开发了一个增强AI模型，用于预测ICU中机械通气患者何时可以安全地撤离呼吸机。

特征筛选过程如下：

l 确定潜在风险因素：研究团队首先确定了与撤机成功与否相关的潜在风险因素，包括患者的生理参数(如呼吸率、血氧饱和度)、实验室测试结果(如血气分析)、临床指标(如意识状态)等。

l 数据分析和特征筛选：利用统计方法和机器学习算法对大量患者数据进行分析，识别出最重要的预测因子。通过特征筛选，研究确定了几个关键的生命体征和实验室指标。

l 模型建立和应用：这些关键指标被纳入增强AI模型中，用于预测患者撤机的成功率。模型的实施使得医护人员能够在患者准备撤机时，更准确地评估撤机的风险，从而做出更明智的决策。

效果评估：该模型的实施提高了撤机风险的预测准确性，减少了不必要的呼吸机使用和相关的并发症。此外，模型的应用还提高了医疗资源的有效分配，使得医护人员能够更专注于需要干预的患者。

脓毒症及脓毒症休克研究

01 脓毒症发病预测

针对脓毒症的早期预测，2016年全年使用机器学习算法分析辅助临床决策或辅助改善预后的文章较2013年翻了一倍。

脓毒症发病预测

与传统SOFA等评分系统相比，基于决策树的脓毒症预测模型仅需要6个常规生理参数，预测性能更高AUROC >0.9；

数据迁移对模型的修正，使得模型的适用性更广。

院内、短期、长期临床结局预测死亡预测和住院天数预测

机器学习算法Super Learner (SL)比score method结果好；若采用原始时序数据，深度学习(DL)结果最优；模型结果显示对长期死亡率的预测，入ICU后前24小时预测结果和前48小时没有显著性差别。

自动化流程：实现ICU中某些流程的自动化，例如药物配送、患者体位调整等，从而减轻医护人员的工作负担，使他们能够更多地关注于患者护理。

数据分析与研究：分析ICU中的大量数据，帮助研究人员发现新的治疗方法和疾病模式，进一步指导临床实践，提高患者的治疗效果。

提高护理质量：通过AI技术可以实现对患者的全面监测，包括生理状态、心理状态等，从而提高护理质量，确保患者得到最佳的照护。

四、增强AI模型特征筛选

通过人工智能算法来优化和筛选出对于模型预测最有效的特征(或称为变量、属性)。在机器学习和数据挖掘中，特征筛选是一个关键步骤，因为选取对预测任务有帮助的特征能够提高模型的性能，减少过拟合并简化模型。

特征选择：从原始数据集中选择最有用的特征子集来构建模型。这可以通过多种方法实现，包括统计测试、基于模型的选择、或者迭代选择等方式。

特征提取：创建新的特征，这些特征是从原始特征中通过变换或组合得到的，目的是保留最重要的信息，删除不相关或冗余的信息。

特征构造：基于领域知识和数据的特点，构造新的特征，以提供模型训练时未包含的信息。

特征重要性评估：评估各个特征对于模型预测的贡献度，以便于理解模型决策过程，并可能据此调整特征集合。

五、挑战与问题

数据安全与隐私保护

增强AI模型的数据安全与隐私保护是确保AI技术能够可持续发展并赢得公众信任的关键因素。随着AI技术的发展，尤其是大型预训练模型的应用越来越广泛，数据安全与隐私保护变得尤为重要。

患者数据保护：重症患者的医疗数据往往涉及个人隐私，如何在应用人工智能的同时确保患者数据不被滥用或泄露是一大挑战。

数据加密与匿名化：需要采取有效的数据加密和匿名化技术，以保护患者数据的安全性和隐私性。

访问控制与审计：建立完善的访问控制和审计机制，确保只有授权人员能够访问敏感数据，并记录数据使用情况。

技术可靠性与稳定性问题

增强AI模型的技术可靠性和稳定性是非常关键的，特别是在涉及高风险应用如医疗领域。

模型准确性：人工智能模型在重症医学应用中的准确性至关重要，需要不断优化模型提高预测和诊断准确性。

系统稳定性：重症医学环境对系统的稳定性要求极高，需要确保人工智能系统的稳定运行。

技术更新与维护：随着技术的不断发展，需要定期更新和维护人工智能系统，以适应新的医疗需求和技术标准。

人工智能与医疗团队的协作问题

增强AI模型与医疗团队之间的协作是提高医疗服务质量和效率的重要途径之一。

沟通与合作：人工智能系统需要与医疗团队进行有效的沟通与合作，确保信息的准确传递和及时处理。

信任与接受度：医疗团队需要对人工智能系统建立信任，并愿意接受其提供的辅助诊断和治疗建议。

培训与教育：为了提高医疗团队对人工智能系统的接受度和使用效率，需要进行相关的培训和教育。

法规政策与伦理道德问题

增强AI模型的法规政策与伦理道德问题是确保AI技术可持续发展和获得公众信任的关键。

法规遵从性:在应用人工智能于重症医学时，需要确保遵守相关的法规政策，如患者隐私保护、数据安全等。

伦理道德考量：在处理重症患者的医疗数据时，需要充分考虑伦理道德因素，避免对患者造成不必要的伤害或歧视。

责任与追责：明确人工智能系统在重症医学应用中的责任归属和追责机制，以确保医疗安全和患者权益。

特征筛选对AI模型实用性的提升

特征筛选是特征工程中的一个重要步骤，对于提高AI模型的实用性具有重要作用。特征筛选的目标是从原始数据集中挑选出对模型预测最有价值的特征，同时移除那些无关紧要或者冗余的特征。

提高预测准确性：通过剔除不相关或冗余特征，减少模型过拟合的风险，从而提高预测准确性。

降低计算复杂度：特征筛选有助于简化模型，减少计算资源消耗，使模型更加高效。

增强模型可解释性：通过特征筛选，可以更容易地理解模型决策背后的关键因素，提高型的可解释性。

优化特征工程：特征筛选是特征工程的重要环节有助于发现更有意义的特征组合从而提升模型性能。

总之，在重症医学中，AI模型的应用范围广泛，包括智能诊断系统、患者数据分析与预测、辅助决策支持系统等。这些系统能够提供自动化诊断、精准预测、个性化治疗方案推荐等服务，显著提升了医疗服务质量和效率。此外，数据安全与隐私保护、技术可靠性与稳定性、人工智能与医疗团队协作以及法规政策与伦理道德等问题，强调了AI技术在重症医学应用中所面临的挑战。