关注人工智能时代的眼科学发展

发布时间：2018-10-11 17:42:52 文章来源：转自中华医学会 人气：次

摘要:
        眼科学是一门高度依赖技术发展的学科。人工智能的发展是一场新的技术革命。本文通过介绍人工智能在人们日常生活和医疗活动中的应用现状及其发展前景，提示人工智能极有可能从根本上改变眼科工作的面貌，全方位影响现代眼科学的发展。指出眼科医师应当积极关注人工智能技术的发展，并且由少及多、由浅及深，尽最大可能利用人工智能技术，促进眼科学的新发展；并且应当寻求与开发人工智能的研究机构合作，与人工智能工程师合作，使人工智能技术应用于眼科学尽快成为现实。

       自2017年以来，有关人工智能的报道屡屡出现在报纸和电视节目中。AlphaGo与我国"世界围棋第一人"柯洁九段间的人机大战备受瞩目，柯洁连输3局，这一充满戏剧性的场景似乎充分反映了人工智能超乎人类想象的强大能力。事实上，人工智能时代已经向我们走来，人工智能已经深入到我们的日常生活中。智能手机已经被广泛使用；人工智能产品"小冰"能够写出不亚于诗人的新诗；"数学高考机器人"可以挑战高考数学试卷而获得高分；"无人驾驶"的汽车已经上路；有些地方甚至为了防止人们过多使用厕纸，而应用人工智能制成了"人脸识别厕纸机"。诞生于62年之前的人工智能在互联网和大数据的推动下，正在成为下一股新的技术革命浪潮，将会深刻改变我们生活的各个方面。
       我国眼科界在人工智能浪潮袭来之时并没有沉默，而是采取积极的态度来面对。中山大学中山眼科中心于2017年5月召开新闻发布会，公布了研发眼科人工智能诊断和治疗系统的消息，开启了我国眼科界应用人工智能的先河。他们利用深度学习算法，建立了CC-Cruiser先天性白内障人工智能平台，模拟人脑对大量先天性白内障图片进行分析和深度学习，不断反馈提高诊断的准确性。随后将该程序嵌入到云平台，通过云平台上传图片，即可获得先天性白内障的诊断、风险评估和治疗方案。2017年6月，爱尔眼科医院集团也宣布成功研发了眼科智能诊断系统，对糖尿病视网膜病变和AMD的诊断准确率已达到93%以上，大幅度提高了医师临床诊断的准确率和工作效率；而且提出将人工智能与眼科医疗结合，既是满足大量眼底病患者的现实需要，更是我国眼科行业在全球后来居上的潜在优势。谷歌正在开发一种人工智能算法，可以像专家一样识别眼病的共同特征，其可查看视网膜图像，然后像训练有素的眼科医师一样检查糖尿病视网膜病变。这种技术与谷歌用来标记数百万网络图片时使用的机器学习技术异曲同工，表明人工智能不久后将会给医疗技术带来重大革命。
       对于人工智能的发展状况，我国极大多数眼科医师并不熟悉，甚至根本不了解。事实上其发展已持续了几十年。近年来在互联网和大数据发展的推动下，我国人工智能发展的速度越来越快，成果越来越明显。《人民日报》在2017年5月30日的题为"人工智能，中国或领跑世界"文章中指出，2016年中国人工智能产业规模增长率达到43.3%，突破100亿元，预计2017年为152.1亿元，2019年增长至344.3亿元。中国人工智能专利申请数累计达到15 745项，位列全球第二。更为重要的是，发展人工智能已经写入2017年中央政府工作报告，这表明了国家对发展人工智能的积极态度。
       什么是人工智能？要完全弄清楚这个问题并不容易。简单而言，人工智能是一门综合了计算机科学、生理学、哲学的交叉学科。凡是使用机器代替人类实现认知、识别、分析、决策等功能，均可以认为使用了人工智能技术。人工智能的一个重要特点是其是一个具有智能特性的人造系统，它所产生、输出的内部运算过程是人类智能无法解析的。人工智能与自动化并不是相同的概念，前者是一种革命性、更高级别的智能系统。人工智能将会深刻改变传统行业。在语音识别方面，其准确率已经达到99.7%。人工智能结合的机器人已经拥有对话功能，可以听、说、读、写、译。在金融领域，人工智能已经在风险控制、信贷决策、保险定价、服务推荐、客户服务等方面大显身手。在制造领域，人工智能机器人的应用遍及汽车制造、工程机械、食品行业等。总之，人工智能将会深刻改变人们的学习、工作和生活。
       医疗是人类生活和社会进步的一个极其重要的方面。科学史上每一个领域的进步都与医疗行业的发展产生重要关联。人工智能作为一种技术，对医疗的影响将会是全方位，其将改写整个医疗行业。现在我们已经看到了人工智能再造医疗的曙光，例如神经假体可以使腿部瘫痪的猴子重新行走；"纳米鱼机器人"可以轻松地将止痛药物传输到身体的指定部位；国际商业机器（IBM）公司的Watson机器可以通过大数据和人工智能帮助人类分析肿瘤等疑难疾病。生物大数据改变着医学研究和制药行业。
       眼科学是一门高度依赖技术发展的学科。现代眼科学的发展充分利用了机械、电、磁、声、光等技术。今天我们在眼科领域引以为豪的眼底照相技术、超声乳化器、超声活体显微镜以及准分子激光器、飞秒激光器等，无一不是充分利用了科学技术进步的结果。现代眼科学的发展也应当适应新的技术发展。人工智能是继蒸汽革命、电气革命、信息技术革命之后的又一场新的技术革命，必将从根本上全方位影响现代眼科学的进展。眼科医师应当以巨大的热情，积极地关注人工智能技术的发展，并且由少及多、由浅及深，尽最大可能利用人工智能技术，促进眼科学的新发展。
        当然，在眼科学中应用人工智能不应当赶时髦、装门面，浅尝辄止，而是要实质性推动现代眼科学的新变革。虽然在眼科领域应用人工智能已经开始，但从总体情况看，仅仅是刚刚开始。当我们进入人工智能时代后，充分利用人工智能技术发展眼科学研究，对于当代眼科人来说是"天赐良机"。我们应当充分利用这样的时机和技术，使现代眼科学发生根本性变革。我们也应当理性地分析如何尽快地使人工智能技术在眼科学研究中结出丰硕的成果。在以往的技术革命中，我们经历的都是自己去学习和适应机器，而人工智能时代将会是机器主动来学习和适应人类。就眼科医师而言，极大多数人并不熟悉和掌握人工智能技术，要想充分利用人工智能技术，就必须寻求与开发人工智能的研究机构合作，与人工智能工程师合作。在这样的合作中，眼科学应用人工智能技术会有两种途径，即人工智能+眼科学和眼科学+人工智能。人工智能+眼科学是指从事研究和开发人工智能产品的机构和人员将人工智能技术的应用延伸到眼科学中。由于现代眼科学已经是一个十分庞大的系统，非眼科人员要想了解眼科学对人工智能技术的需求并不是件易事，更何况要使人工智能真正在现代眼科学中发挥积极作用，就更不是件容易的事。因此，人工智能+眼科学的途径对于在眼科学中加速应用人工智能技术并不是理想途径。眼科学+人工智能则是指我们眼科医师应当积极主动地利用人工智能技术产生的新的无限可能性来变革我们的眼科学，根据眼科学不同领域的任务，提出需求，加强与人工智能工程技术人员合作，争取资金，使人工智能技术在眼科学中的应用成为现实。显然，这是一条有可能最大限度动员广大眼科医师参与人工智能技术开发应用的途径，我们应当尽量采取这一途径，但是也不应放弃人工智能+眼科学的途径，如果有从事人工智能技术开发的机构和人员主动开发眼科学的项目，我们也须积极支持。
       人工智能在眼科学的应用将是相当广泛且有可能实现。可以从以下几个方面着手：（1）接待患者，收集病史。人工智能和机器人可以耐心、礼貌、仔细地做好这些工作，并且依据收集的病史进行分析整理，提出初步的诊断疾病的线索和途径。（2）辅助眼科常用检查。许多眼科检查花费了大量人力，如测量视力、眼压等部分检查工作完全可以让人工智能和机器人来完成。即使检查操作比较麻烦的前房角镜检查，也完全可以让人工智能和机器人来完成。（3）阅读各种影像学资料。眼科临床有大量的各种类型的影像学资料，处理这些资料常常要花费大量人力和时间。从目前人工智能技术的应用来看，处理影像学资料并非难事。（4）辅助诊断和治疗。人工智能和机器人可以根据收集的病史、检查结果以及其所具有的诊断和治疗眼病的知识和能力，向眼科医师提出诊断和治疗眼病的建议。（5）眼科手术。从目前人工智能的发展态势看，开发人工智能和机器人实施各种眼科手术具有很大的发展前景。人工智能和机器可以辅助或单独完成眼科手术。当然开发眼科手术的人工智能和机器人，也需要改变目前的手术方法和步骤，以适应人工智能和机器人的需要。例如目前白内障摘除手术习惯于用手术刀做切口，按做角膜切口、撕晶状体前囊膜、破碎晶状体核、吸出晶状体物质等次序完成手术。而在新设计的手术中，可以采用飞秒激光做切口，将手术次序改变为激光切开晶状体前囊膜、破碎晶状体核、做角膜切口、吸出晶状体物质等。对于一些比较复杂的眼科手术，我们可以设计人工智能机械手来完成复杂操作。（6）收集和查阅文献资料，提出诊断和治疗眼病的循证医学证据。人工智能和机器人在这方面具有很大的优势，可以比眼科医师更多更快更好地阅读眼科文献，并能写出总结，供医师参考。（7）数据的收集、分析和整理。临床和研究工作会出现大量数据，从这些数据中可能得出有意义的结论。但是长期以来，我们并没有充分利用这些大数据。人工智能有可能改变这种状况。（8）视觉残疾的辅助装置。无论眼科学发展到什么水平，总会有一些不能治愈而导致盲和中、重度视觉损伤的视觉残疾者。我们期望应用人工智能和机器人可帮助视觉残疾者能够看、能够行、能够学习和工作。总之，人工智能极有可能从根本上改变眼科门诊、病房和手术室的工作，从根本上改变眼科工作的面貌，使眼科的临床、研究、教学、预防和康复工作发生根本性改观，从而达到一个新的更高水平。
       在充分应用人工智能推动眼科学发展的同时，我们也会面临不小的风险和强劲的挑战。
        1．依靠人工智能做事，临床对眼科医师的需求是否会减少，是否会导致医师"失业"？当人工智能会做事，甚至当其做得比眼科医师还好时，临床对眼科医师的需求减少是完全可能且合理。应当认识到，这是一种进步，不必为此担心。从另一个角度而言，大批人工智能和机器人参与眼科工作，需要有更多的人员来管理这些人工智能和机器人，这样也可能会增加眼科医师兼工程师的工作岗位。
        2．人工智能和机器人是否能够独立承担医疗任务，其工作差错和导致的医疗事故应由谁来负责？人无完人，人工智能和机器人也不可能完美无缺，也可能出错，甚至出现大问题。我们不可能要求人工智能和机器人来承担责任，只能由管理它们的眼科医师来承担医疗责任。这是因为人工智能是"人工"的，是由人来设计、生产和管理的，承担责任的当然应当是人，而不能是机器。
        3．人工智能和机器人会不会过于"强大"而不再听从人的指令而胡作非为，产生严重的伦理学问题？由于人工智能具有不断学习的能力，其本领会越来越大，甚至超越其设计者和生产者的控制。从理论方面推测，其还可能恶作剧、做坏事，而造成灾难性后果。对此在我们设计、生产、使用人工智能和机器人时，应当有明确的共同认可的规则和底线，一旦逾越底线，我们就应加以限制。针对该问题，应当早考虑、早准备，形成共同遵守的共识。
       人工智能的时代已经来临，并正在向着广度和深度推进。我们必须充分认识到人工智能带来科技革命的重要性，要在正确的路上前行。要积极、主动地面对和适应人工智能新时代，开发用于眼科的各种人工智能产品，改进我们的工作。同时，要认识到在眼科领域应用人工智能，眼科医师存在弱点，例如我们并不懂云计算和算法，必须与人工智能工程师合作。但是我们可以发挥自己的长处，提出需求，争取资源，开发眼科的人工智能。我们可以收集大数据，利用大数据充分满足人工智能深度学习的需要，为人工智能提供强大的动力。我们也要认识到人工智能当前的发展，合理期待人工智能的进步。人工智能的发展阶段：（1）弱人工智能：机器看似有智能，但并不真正拥有智能。（2）强人工智能：机器具有真正推理和解决问题的能力，甚至具有自我意识。（3）超人工智能：机器在所有领域均强于最聪明的人。我们应当根据眼科学的任务和需要，争取研发资金，加强与工程技术人员合作，使人工智能在眼科学中的应用由浅入深、由弱变强，主动利用人工智能产生的新的无限可能，以变革我们的眼科学。