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摘要:近年來,人工智能(AI)技術和由其引發的大數據時代自社會的各個層面包括我們的思維、生活方式和工作模式產生了巨大的變革;從互聯網到云計算,再到由大數據集合而成的人工智能,不斷更新的處理手段使醫療行業也開始嘗試新的轉變,從傳統的人工診療、教學模式逐步轉變為依據機器學習來獲取更高效的信息,這一過程對醫學領域的發展具有重要的影響并且有效的促進了醫學思維模式和科研研究方式的轉變,因此本文主要通過總結人工智能在醫學中的發展歷程,并對其在醫學領域中各學科的的應用進行分析,從而對人工智能的前景和發展趨勢進行預測。
關鍵詞:人工智能;醫學領域;醫學診療;智能技術
人工智能(artificialIntelligence,AI)是一門新興的技術學科,可以對現有的理論、方法和技術進行整合并能進一步開發新的系統,進行相關的科學研究;自人工智能產生以來,其理論和技術日益成熟,應用領域也在不斷擴大[1]??偟膩碚f,AI是一種新的、能以與人類職能相似的方式做出反應的智能機器,包括機器人、圖像和語言識別、處理自然語言等;通過了解AI的實質,能夠讓我們更好的應用這門技術。由此來看,AI所執行的主要任務就是要使其能夠勝任一部分通常需要人類才能完成的復雜工作。AI通過不斷的完善和發展改變了人們的工作和生活方式,也促使醫療行業工作者對其價值進行了思考和探索。從現有的成果可以預見,AI功能的擴展和創新,將為臨床醫生以及科研人員開辟全新的領域,為基因組學探索、醫藥研發以及疾病診斷提供新的思路和途徑。
1醫療領域中的人工智能技術概述
自20世紀開始,我們開始致力于開發出機器學習方法,期待解決一些人工無法解決的問題,這便是最初的人工智能技術來源。目前研發的人工智能系統,已經可以處理大量的數據和知識如計算方法、混合智能系統等[2]。然而,人工智能不僅涉及一門技術或是一門學科,而是多種學科技術的融合。通過人工智能系統,我們可以查找、學習、設定計劃;另一方面,我們還可以通過人工智能系統模擬出具體的智能行為,也包括各類醫學科研研究過程。這項技術打破了限制醫療行業發展的障礙,即如何有效的探索和分析一些需要應用大量知識來解決的復雜性診療問題?,F在,醫學AI通過發展和完善使這些問題能被很好的解決,并且為我們提供了精準的治療方案。
2人工智能在醫學領域中的應用及其影響
1國內各高校八年制醫學教育培養目標
隨著分子生物學、人類基因組計劃、器官移植與內鏡、醫學人工智能技術的發展,基因診斷、基因治療、DNA芯片、蛋白質芯片的應用,無創顯微技術、介人療法、人工關節、材料科學、信息技術與信息革命,斷層掃描CT及核磁共振等多種新一代技術的廣泛使用,今后更需要著重交叉、前緣、新興學科知識的掌握與應用的高層次醫學人才。而國內醫學界目前的現狀是一般醫生相對飽和,而高層次復合型的醫學人才又相對缺乏。因此八年制醫學教育就是本著適應社會的需要,培養不僅具有有先進思想理念、豐富的知識底蘊,還能綜合掌握交叉學科知識,具有運用多種尖端技術能力的高層次復合型醫學人才。根據教育部提出的“八年一貫、整體優化、強化基礎、注重臨床、培養能力、提高素質”培養原則,各試辦院校都制定了八年制臨床醫學的培養目標)。雖然各校制定的培養目標不盡相同,但都強調了以下幾個方面:①有較寬厚的人文和自然科學素養;②有較高的醫學理論水平;③有較高的臨床醫學實踐能力和科研素質;④有較強的自我發展能力和發展潛力;⑤有很強的社會適應性,有較好的溝通技能和與他人(包括國際)交流、協作能力;⑥有正確的職業價值觀和較高的綜合素質。
2我校八年制醫學教育培養目標探討
2.1我校八年制醫學教育培養目標制定的指導思想
以教育部八年制培養原則為指導,結合我校課題型研究生與七年制長學制學生培養目標要求,借鑒發達國家醫學教育培養要求,培養比七年制碩士和課題型博士研究生更高要求的,具有高素質、基礎厚、專業寬、創新能力強和有獨立研究能力的高層次的復合型人才。
2.2我校八年制醫學教育培養目標探討
上世紀90年代,計算機和虛擬仿真技術迅猛發展,美國METI(medicaleducationtechnologiesincorporation)公司先后研制出HPS、PediaSim、ECS等智能模擬人,并被應用于臨床醫學教育,臨床模擬教學從此誕生,并成為臨床實踐教學的重要模式之一[1]。挪威Laerdal公司2009年成功研發出高端智能模擬人SimMan,其外形與真人類似,具備呼吸、心跳、血壓等基本生理特征,對臨床操作能夠作出相應反應,且不存在倫理問題和醫患糾紛,高端智能模擬人被廣泛用于臨床實踐培訓,開啟了情景式臨床模擬教學新篇章[2-3]。本單位從2016年開始,全力推進模擬訓練中心建設,先后打造了自助考核教學管理系統、數字化臨床思維培訓系統和混合現實訓練系統,并開展了大量臨床思維和模擬訓練、臨床搶救醫護聯合訓練、急診搶救醫護聯合訓練和保健特色技術訓練,既創新了教學培訓模式,又提升了醫務人員應急應變能力,強化了醫療作風養成。
1臨床模擬教學背景
1.1臨床模擬教學的設計初衷。醫學是生命的科學,具有“零容錯率”屬性,醫療活動事關患者生命健康,在臨床操作中少犯一個錯誤,患者的安全就多一份保障;醫學也是實踐的科學,需要經過反復操練和通過臨床病例積累大量經驗,才能不斷提升診療水平,成長為一名合格醫生[4]。如何破解“零容錯率”和“實踐性”之間的矛盾,培養合格的醫生,一直是醫學教育者想要破解的難題。高端智能模擬人的出現,很好化解了二者之間的矛盾,既不犧牲患者利益,又起到了實戰練兵積累臨床經驗的效果。臨床模擬教學的精髓主要包括以下3點:一是以學生為中心,臨床模擬教學改變以往“老師講學生聽、老師做學生看”的填鴨式教學模式,將課堂主動權交給學生,充分激發學生主觀能動性,讓學生在發現問題、解決問題的過程中掌握知識,實現從“要我學”到“我要學”的轉變;二是以問題為中心,臨床模擬教學會圍繞一個臨床實際問題,利用高端智能模擬人等教具設置特定的醫學場景,受訓者依據所學知識,作出初步診斷,并施以相應救治措施,實現解決某個臨床問題的教學初衷[5];三是以實踐為方式,為學生提供更多動手機會是臨床模擬教學誕生的內在動力,“做”是臨床模擬教學的核心教學思想,同時“做”也是積累臨床經驗、提升臨床操作熟練度必不可少方式,只有在“做中教、做中學”,學生才能有更深的感性認識,才不會紙上談兵和只“知其然不知其所以然”。
1.2臨床模擬教學的主要方式。臨床模擬教學,顧名思義通過模仿和擬定,使特定現實場景在一定程度上重現,讓老師和學生有身臨其境的感觀,從而起到更好的教學效果,行之有效的實現途徑主要有以下兩種。1.2.1實驗動物教學用實驗動物或動物肢體進行臨床技能訓練,如用豬肉進行外科切開縫合訓練,用實驗小鼠尾巴進行動脈吻合培訓,利用家豬等動物進行腔鏡訓練等。這種模擬方法,優點是手感真實,模擬度高,缺點是涉及倫理問題且費用高昂[6]。1.2.2標準化患者(Standardizedpatient,SP)SP,即經過標準化、系統化培訓后,能準確表現患者實際臨床問題的正常人或患者。這種模擬方法優點是更接近于臨床實際,能夠準確反映臨床癥狀與體征,且標準化患者能夠作為評價者對受訓者做出真實客觀的評判;缺點是訓練“模擬患者”需要投入大量時間和精力,人力成本較高[7]。1.2.3模具教學這種教學方法依托于各式教具開展臨床技能培訓,如利用計算機交互式訓練模型開展切割、縫合,利用高端智能模擬人進行心肺復蘇訓練等,可見教學模型不一定需要特別復雜,簡單到一個橙子都可以,根據教學目的選取合適教具即可。但涉及到復雜性、系統性臨床問題,特別是在培養學生臨床思維能力時,高端智能模擬人是不可缺少的選擇,也是我們單位開展老年醫學實踐技能培訓的最主要方式。
2臨床模擬教學在老年醫學培訓中的意義
臨床模擬教學在臨醫學生或醫生培養中,具有病種自設、即時可用、情景真實、便于實操、允許出錯且無醫患糾紛隱患等優點,被許多醫學院校廣泛應用于臨床技能培訓[8-9]。除了在醫學教育中的通用優點外,臨床模擬教學在老年醫學教學培養中還具有以下幾個特殊優勢。
1情緒智力理論
1.1情緒智力理論的內涵
情緒智力(EI)又稱情商(EQ)。這一術語最先由美國新罕布和耶魯大學心理學家薩羅維和梅耶于1990年提出fI],將情商定義為個人具有的對自己及他人情緒的識別與控制,并能利用此信息來指導其思維和行動的一種社會智慧,包括感知、同化、理解及管理情緒的一系列智力能力翻。薩羅維和梅耶對情商進行6年研究后,對情商內涵作出了更為全面的闡述。情商在本質上是一種智力,最主要的結構是情緒和智力的結合。修訂后的情商概念包涵4方面能力,即情緒的認知評估和表達的能力、思維過程的情緒促進能力、理解分析獲得情緒知識的能力及對情緒進行成熟調節的能力。情緒智力理論經過幾年運演,美國《時代周刊》專欄作家戴尼爾•高爾門的科普讀物《情緒智力》問世,將近年來情緒智力的研究成果匯編成冊,并將情緒智力定義為一個人能否成功最好的預測。高爾門認為EQ包括認識自身情緒、妥善管理情緒、自我激勵、認識他人情緒和人際關系5方面的能力【1】。他在《工作中的情商》一書中又擴展出情緒的感知、正確的自我評價、自信、自我控制、團隊合作等25種能力。此后情緒智力這一概念在世界各地廣泛傳播。
1.2情緒智力理論的產生背操
薩羅維和梅耶稱情商是20世紀最重要的心理學研究成果之一。高爾門認為人生成就中智商至多占20%,80%要受其他因素的制約,其中.睛緒智力起主要作用171。情緒智力理論是建立在心理學(多重智力理論、健康心理學、人格心理學、人本主義、管理心理學等)、神經心理學、教育學、認知科學、工商管理社會生態學等研究基礎上的一種新理論嘲。
1.2.1智力理論是情緒智力理論的來源EQ是相對于智商(IQ)提出的,但是傳統智商測驗內容缺乏全面性,狹義智力理論無法真正反映一個人的智慧能力,越來越不能適應社會對人才需求的多元評估標準。在這種背景下,美國哈佛大學心理學家加登納提出多元智能理論,他認為人類的智慧至少包括7種能力:語言智能、數理邏輯智能、空間智能、音樂智能、體態智能、內省智能和人際智能。后兩種成為EQ的直接來源。
1現代外科學的進展
1.1現代外科學的范疇現代外科學涉及的范圍逐漸擴大。現今,外科醫師不但要會做手術,還要研究與外科相關的基礎理論,包括病因、病理、發病機制、診斷、預防等?,F代外科學的范疇可以從以下兩個方面來理解:
(1)現代外科學涉及的疾病面越來越廣,交叉領域越來越多。單純只能用內科手段處理的疾病已經越來越少。在幾乎所有類型的疾病中,都已可見外科學在發揮影響,兩者有逐漸融合的趨勢。分科逐漸細化。
(2)外科學發展的過程中出現了越來越多的問題。每解決一個問題,外科學的研究范圍就隨之擴大,深度也隨之增加。這樣結果就是外科醫師的個人工作范圍變得越來越小,越來越專業化,分科越來越細。
1.2以微創為突出特點的現代外科學1987年3月,法國里昂的PhilipeMouret醫生完成了世界外科史上首例腹腔鏡膽囊切除術,這也是世界上最早的微創外科手術。如今,微創技術理念已深入至外科學的各個角落,全面服務于人類社會。絕大部分外科醫生在面對患者時,會首先考慮如何采用微創手段來治愈疾病,同時附帶更小的傷害。微創外科學已發展成一個龐大的體系,以單孔腹腔鏡技術、迷你腹腔鏡技術、無孔腹腔鏡技術等為代表的新興微創技術層出不窮。因此,有人認為微創外科是現代外科學中最杰出的成就之一。
1.3快速發展的機器人與遠程微創外科學對醫用機器人技術的研究始于20世紀80年代,美國斯坦福大學研究中心(StanfordResearchInstitute,SRI)在軍方的支持下率先開始了對機器手臂、遠程控制系統的研究。直到1993年,美國的另一個公司ComputerMotion才率先研發出世界上第一個持鏡手術機器人系統,并命名為伊索(Aesop)。1995年,SRI推出In-tuitiveSurgicalSystems,并進一步改進手腕式控制系統,于1997年改名為達芬奇外科手術系統。1998年,ComputerMo-tion公司的遙控機器人系統宙斯(Zeus)問世并在2年后獲得了FDA認證。2003年,IntuitiveSurgical公司收購ComputerMotion公司,成為了全球惟一一家生產手術機器人系統的公司,在線可控外科手術系統也僅剩達芬奇外科系統。目前,達芬奇系統已發展至第3代,即daVinciSi。它由操作平臺,機械臂、攝像臂和手術臂組成的移動平臺,三維成像視頻影像平臺三者組成。相對于傳統腹腔鏡,其優點包括:圖像與手柄方向一致,恢復了自然的手眼協調;主刀醫生可隨意調整鏡頭,直接看到想看的;真實的直視三維立體影像;放大10~15倍的高清晰影像;仿真手腕具有7個自由度,比人手靈活;可濾除顫抖,比人手穩定等。其缺點主要是無觸覺感知,無法判斷組織性質;價格昂貴,維護復雜。迄今為止,全球至少有800多家醫院開展了達芬奇機器人手術。為打破壟斷和技術壁壘,我國已有部分單位正在加緊研發國產手術機器人,例如北京航天航空大學與海軍總醫院聯合研發的腦立體定向手術機器人系統、第三軍醫大學新橋醫院與中科院沈陽自動化研究所聯合研發的脊柱微創手術機器人等。2001年9月,美國紐約的外科醫生通過宙斯機器人遠程系統,為7000km以外的法國患者成功施行了腹腔鏡膽囊切除術。這次手術被命名為“林德伯格手術”(1927年查爾斯•林德伯格只身飛越了大西洋)。它的成功標志著機器人技術和遠程技術進入了一個嶄新的時代。