救人于無(wú)形的“環(huán)境智能”，到底是一種什么智能？

原標(biāo)題：救人于無(wú)形的“環(huán)境智能”，到底是一種什么智能？

人生在世，有幾件事情終究躲不過，除了稅收和死亡，還有就是生病和衰老。

相信大多數(shù)人，無(wú)論是自己生病住院，還是照顧親人朋友而留宿醫(yī)院，或多或少都有和醫(yī)院打交道的經(jīng)歷。隨著年齡漸長(zhǎng)，我們和我們的親人進(jìn)出醫(yī)院的機(jī)會(huì)便越來越多，去醫(yī)院的次數(shù)多了，也就對(duì)醫(yī)院就診住院的流程熟悉了起來，如何掛號(hào)、如何排隊(duì)、如何就診、如何陪床，又是如何在醫(yī)生查房時(shí)見縫插針地詢問下病情……

在醫(yī)院里，我們總是可以看到永遠(yuǎn)熙熙攘攘的醫(yī)院大堂，各式各樣的待診患者，永遠(yuǎn)不夠的病床，以及忙碌不已的醫(yī)生護(hù)士。如果你看過一部小眾美劇《周一清晨》的話，就可以感受到一個(gè)醫(yī)生每天在面對(duì)各種病人和復(fù)雜病例中承擔(dān)的壓力，也能看到病人在每一次醫(yī)療救護(hù)中可能存在著的巨大的風(fēng)險(xiǎn)和問題。

現(xiàn)實(shí)中，除了面對(duì)越來越多的醫(yī)療糾紛問題，醫(yī)院還面臨著醫(yī)護(hù)人員嚴(yán)重不足的現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。現(xiàn)在，為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，人工智能正在作為一種全新手段補(bǔ)充到醫(yī)院的醫(yī)療服務(wù)當(dāng)中。當(dāng)然，這些人工智能的手段不是我們熟悉的一些智能機(jī)器人或者一些智能診療，而是通過與醫(yī)院整體治療環(huán)境和設(shè)備融合而建立的“環(huán)境智能”。

不久前，斯坦福大學(xué)人工智能專家李飛飛和她的研究團(tuán)隊(duì)在頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature發(fā)表了一篇題為《利用環(huán)境智能照亮醫(yī)療的黑暗空間》的論文，主要闡釋了通過人工智能與非接觸式傳感器結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)“環(huán)境智能”，以深度改善醫(yī)療保健服務(wù)的潛在層面，從而提升醫(yī)院等醫(yī)療機(jī)構(gòu)的整體救護(hù)能力，提高醫(yī)護(hù)人員的救治效率。

對(duì)于有著多次醫(yī)院看護(hù)經(jīng)歷的我來說，看到“環(huán)境智能”這一概念時(shí)，我瞬間感覺這一次人工智能是真正用在了非常重要的場(chǎng)景。而這也是本文進(jìn)一步介紹給更多讀者的原因。

什么是環(huán)境智能？

環(huán)境智能，不是最近才提出的概念，如果追溯最早的源頭的話，應(yīng)該是1999年由歐洲的一個(gè)信息社會(huì)技術(shù)研究團(tuán)隊(duì)提出，用來描述智能終端設(shè)備和環(huán)境之間建立起的一種共生協(xié)作關(guān)系。環(huán)境智能最基礎(chǔ)的條件就是需要有大量低成本、可聯(lián)網(wǎng)、高便攜性的傳感終端設(shè)備的普及使用，其次就是這些終端設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)能夠被計(jì)算分析，從而為人類提供指導(dǎo)或決策信息。

二十年前，這一構(gòu)想受限于當(dāng)時(shí)終端設(shè)備的計(jì)算能力，大多處在各種嘗試性實(shí)驗(yàn)階段。而現(xiàn)在隨著人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)算法的進(jìn)步以及非接觸式傳感器的普及，環(huán)境智能正在從設(shè)想走進(jìn)我們?nèi)粘５纳?、工作的環(huán)境當(dāng)中，實(shí)現(xiàn)在無(wú)接觸交互的情況下，讓智能設(shè)備在環(huán)境中感知人的存在，為人類提供智能化的服務(wù)。

在環(huán)境智能還未完全普及的當(dāng)下，醫(yī)療服務(wù)和養(yǎng)老護(hù)理成為環(huán)境智能最為典型、收益顯著，同時(shí)也最為容易推廣的應(yīng)用場(chǎng)景。

李飛飛團(tuán)隊(duì)的這篇論文，將需要環(huán)境智能介入的場(chǎng)景稱為“醫(yī)療服務(wù)的黑暗空間”，這一比喻是指在大多數(shù)的醫(yī)療服務(wù)場(chǎng)景中，仍然存在著大量的醫(yī)療服務(wù)的盲點(diǎn)和難以察覺的救治細(xì)節(jié)，這些問題造成了大量病人病情的延誤、加重，也造成了醫(yī)療資源的錯(cuò)配和浪費(fèi)。

從論文中給出的數(shù)據(jù)可以看到，全球每年有超過1億病人的感染發(fā)生在醫(yī)院中，重癥監(jiān)護(hù)室的患者感染率更是高達(dá)30%；全球每年進(jìn)行的超過2.3億次外科手術(shù)中，高達(dá)14%的患者出現(xiàn)過不良反應(yīng)，其中有很多病例是手術(shù)過程中有很多醫(yī)療物品滯留在患者體內(nèi)造成。還有更多的情況發(fā)生在病房探望病人時(shí)，或者由于病房查看不及時(shí)而造成的病情加重而導(dǎo)致ICU病患的增加。據(jù)一項(xiàng)多機(jī)構(gòu)的調(diào)查，由于臨床決策和醫(yī)療活動(dòng)中的失誤和缺陷，美國(guó)每年有多達(dá)40萬(wàn)人因此而死亡。

這些對(duì)于政府和醫(yī)療機(jī)構(gòu)而言是沉重的醫(yī)療經(jīng)費(fèi)負(fù)擔(dān)，而對(duì)于每一個(gè)病人而言則是沉甸甸的生命和健康安全。

現(xiàn)在，借助“AI Sensors”，將人工智能算法、智能傳感器以及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)療診療場(chǎng)景和病房看護(hù)場(chǎng)景中，將會(huì)為智慧醫(yī)療的實(shí)現(xiàn)提供全新可能。下面我們將介紹論文中提供的幾種環(huán)境智能實(shí)現(xiàn)的AI醫(yī)療解決方案和日常生活的應(yīng)用方案。

救人于無(wú)形的AI智慧醫(yī)療

環(huán)境智能是如何應(yīng)用到醫(yī)院場(chǎng)景當(dāng)中的呢？

從李飛飛團(tuán)隊(duì)的研究中，我們看到目前醫(yī)院場(chǎng)景中主要采用的非接觸式智能傳感器設(shè)備包括：用于測(cè)量目標(biāo)物體距離的深度感應(yīng)器、測(cè)量表面溫度的溫度傳感器、測(cè)量距離和速度的無(wú)線電傳感器和測(cè)量空氣壓力所產(chǎn)生聲波的聲傳感器。

依靠這些非接觸式傳感器嵌入醫(yī)院環(huán)境中所形成的一種環(huán)境智能，類似于現(xiàn)在的智能自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，可以幫助臨床醫(yī)生和護(hù)理人員，提供一些有效的臨床決策信息，優(yōu)化其行為模式，提供盡可能無(wú)差錯(cuò)的醫(yī)療保健服務(wù)。

根據(jù)論文示例，環(huán)境智能在改善臨床診療流程上，其研究算法的可行性和有效性被證實(shí)，特別是改善重癥監(jiān)護(hù)室（ICU）和手術(shù)室的醫(yī)療安全上，有著比較明顯的提升。

在重癥監(jiān)護(hù)室場(chǎng)景中，環(huán)境智能發(fā)揮的一大作用就是通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)來輔助患者運(yùn)動(dòng)。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國(guó)的ICU系統(tǒng)每年花費(fèi)是在1080億美元，占了醫(yī)院總費(fèi)用的30%。而在重癥患者中，出現(xiàn)神經(jīng)肌肉損害會(huì)兩倍地增加年均死亡率，并且使患者住院費(fèi)增加30%。

現(xiàn)實(shí)的問題就是醫(yī)生或護(hù)理人員很難發(fā)現(xiàn)并輔助患者及時(shí)運(yùn)動(dòng)，以改善病人肌肉狀況。而研究人員給出一種開創(chuàng)性方法，就是在ICU中安裝環(huán)境傳感器，可以準(zhǔn)確來觀察和理解重癥患者所需要的細(xì)微而連續(xù)的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)。研究人員通過采集重癥患者視頻數(shù)據(jù)，并進(jìn)行大量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練后，使得機(jī)器學(xué)習(xí)算法可以對(duì)患者的不同的運(yùn)動(dòng)需要（床上、床外、步行）等進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)估和指導(dǎo)，其準(zhǔn)確性要優(yōu)于醫(yī)生的人工檢查。

此外，由于醫(yī)生或護(hù)理人員未能準(zhǔn)確有效地進(jìn)行手部消毒，將會(huì)增加患者在醫(yī)院內(nèi)的感染風(fēng)險(xiǎn)，因此研究者通過安裝深度傳感器用于對(duì)醫(yī)護(hù)人員的洗手行動(dòng)進(jìn)行精細(xì)監(jiān)控，然后通過相關(guān)警示來改善醫(yī)護(hù)人員的臨床行為，改善患者預(yù)后恢復(fù)情況。

在手術(shù)室場(chǎng)景中，環(huán)境智能可以利用環(huán)境攝像機(jī)檢測(cè)算法，降低手術(shù)事故的發(fā)生頻率。也就是通過手術(shù)視頻來訓(xùn)練算法后，可以準(zhǔn)確識(shí)別手術(shù)的正確運(yùn)動(dòng)軌跡，其準(zhǔn)確度能夠達(dá)到專家級(jí)外科醫(yī)生的水平，這一就會(huì)在手術(shù)中提供一套有效的手術(shù)反饋系統(tǒng)，降低手術(shù)事故的發(fā)生概率。同時(shí)，環(huán)境智能還可以通過攝像頭進(jìn)行手術(shù)物品計(jì)數(shù)，防止手術(shù)物品意外滯留在患者體內(nèi)。另外一種方式是通過手術(shù)室吊裝攝像頭，跟蹤手術(shù)醫(yī)生的身體動(dòng)作，誤差不超過5厘米，從而創(chuàng)建精準(zhǔn)的手術(shù)日記。這些都將降低手術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和手術(shù)事故的發(fā)生率。

此外，還有在醫(yī)生就診室，通過環(huán)境麥克風(fēng)的方式來記錄醫(yī)生和病患的問診內(nèi)容，幫助醫(yī)生快速形成文本信息，幫助醫(yī)生節(jié)約記錄病歷的時(shí)間。根據(jù)一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，在經(jīng)過對(duì)門診音頻的深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練后，問診單詞的轉(zhuǎn)錄準(zhǔn)確率達(dá)到了80%，文檔整理的時(shí)間從2小時(shí)縮短到15分鐘，這使得醫(yī)生可以有更多時(shí)間去照看患者。

因此，通過這些醫(yī)療護(hù)理場(chǎng)景的應(yīng)用，我們看到環(huán)境智能可以大幅改善醫(yī)生和護(hù)理人員的行為，也能給患者提供很多平時(shí)難以覺察的救助和預(yù)后干預(yù)。而從管理的角度，環(huán)境智能也可以通過優(yōu)化醫(yī)護(hù)人員的活動(dòng)、提高效率等方式來改善醫(yī)療成本。而這些將是未來環(huán)境智能所要重點(diǎn)去研究的領(lǐng)域。

顯然，環(huán)境智能絕不止于醫(yī)療護(hù)理場(chǎng)景，深入到日常生活，也將大有可為，畢竟我們每個(gè)人都要面對(duì)的一個(gè)事實(shí)就是我們都會(huì)變老。

日常護(hù)理中的環(huán)境智能

撰寫此文的時(shí)候，正好看到一則令人嘆息的新聞，臺(tái)灣一名年輕藝人在家中洗澡的時(shí)候意外摔倒，因?yàn)槭仟?dú)居，摔傷腦袋后在家中昏迷太久，不治身亡。這名藝人年僅36歲，實(shí)在令人唏噓。

現(xiàn)在，全球人口老齡化趨勢(shì)逐年上升，日本已經(jīng)進(jìn)入超級(jí)深度老齡化社會(huì)，而我國(guó)也很快進(jìn)入深度老齡化階段。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到了2050年，世界65歲以上的人口將從7億增加到15億。這一冷冰冰的數(shù)字終有一天會(huì)發(fā)生在你我身上，獨(dú)居將成為大多數(shù)人未來的生活常態(tài)。而從我們身邊經(jīng)常聽到的鄰居親戚里有老人摔倒，生活無(wú)法自理的各種示例中，我們就能深刻感受到人至晚年的危機(jī)感。

環(huán)境智能的出現(xiàn)，正是我們來應(yīng)對(duì)這一未來晚景的一種解決方案。在獨(dú)居中面臨起居飲食、洗澡如廁這些日常生活，以及慢性病管理、身體康復(fù)、行動(dòng)不便等問題上，環(huán)境智能鎖提供的監(jiān)測(cè)、預(yù)防和報(bào)警等作用就顯得格外重要。

在日常生活管理中，環(huán)境智能可以提供日常的臨床護(hù)理，通過非接觸式環(huán)境傳感器可以獲得獨(dú)居者的生活數(shù)據(jù)，來建立日常生活的記錄報(bào)告，也可以記錄心率、血糖、呼吸等身體指征，特別是通過摔倒檢測(cè)可以有效防止老人跌倒后無(wú)人發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)更嚴(yán)重的后果。

在慢性病管理上，步態(tài)分析在身體康復(fù)和慢性病管理中，是診斷和測(cè)量治療效果的重要工具。通過加速器傳感器，可以持續(xù)測(cè)量步態(tài)，進(jìn)行步態(tài)分析，創(chuàng)建交互式的身體康復(fù)程序。

論文中，一項(xiàng)研究中，使用深度傳感器測(cè)量了9名帕金森病患者的步態(tài)模式。研究發(fā)現(xiàn)，深度傳感器可以跟蹤膝蓋的垂直運(yùn)動(dòng)，其誤差在4厘米以內(nèi)。在另一項(xiàng)研究中，研究人員使用深度傳感器為腦癱患者制作了一個(gè)運(yùn)動(dòng)游戲。經(jīng)過24周的測(cè)試，使用游戲的患者的平衡和步態(tài)提高了18%。

此外，環(huán)境智能還可以用于心理健康的診斷和預(yù)測(cè)，成為人們接受心理治療的一種更便宜，也更準(zhǔn)確的一種的解決方案。

從以上的示例中，我們已經(jīng)看到環(huán)境智能在幫助醫(yī)護(hù)人員改善臨床診療行為，減少意外風(fēng)險(xiǎn)，已經(jīng)幫助患者實(shí)現(xiàn)疾病篩查診斷，幫助老年人提高生活自理能力和生活質(zhì)量，將有著非常廣闊的前景和巨大的價(jià)值。

不過，從當(dāng)前論文所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)場(chǎng)景和應(yīng)用，以及要在全社會(huì)更大范圍內(nèi)的應(yīng)用，還會(huì)遇到很多的挑戰(zhàn)。

首先是技術(shù)層面的。環(huán)境智能需要進(jìn)行更多跨機(jī)器智能領(lǐng)域的研究，識(shí)別復(fù)雜場(chǎng)景中的人類行為，也還需要積累更多的臨床環(huán)境中的數(shù)據(jù)和特殊事件，建立足夠多的機(jī)器學(xué)習(xí)算法來應(yīng)對(duì)這些特殊狀況。

其次，就是環(huán)境智能代理的倫理隱私挑戰(zhàn)。由于環(huán)境智能可以持續(xù)不斷地收集人體的行為數(shù)據(jù)和生命數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)可謂是一個(gè)人最為隱私和重要的數(shù)據(jù)信息。這些信息的隱私性和安全性成為幾乎每個(gè)人都會(huì)關(guān)心的問題。一方面，研究者就必須要保證在隱私和安全的情況下開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，另一方面，醫(yī)療機(jī)構(gòu)、技術(shù)提供者、利益相關(guān)者（病人及其家人等）、法律和政策制定者要制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)使用規(guī)范，來保證整個(gè)過程的合法合理性。

確實(shí)，在技術(shù)帶來的隱私安全風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)帶來的巨大生活便利面前，每個(gè)人都其實(shí)很難做出非常果斷地選擇。如果拒絕這項(xiàng)技術(shù)，我們很可能會(huì)處于原本無(wú)處不在的生活意外、疾病風(fēng)險(xiǎn)當(dāng)中，如果同意使用這項(xiàng)技術(shù)，我們又會(huì)處于被機(jī)器算法無(wú)時(shí)無(wú)刻地“監(jiān)護(hù)”和分析當(dāng)中，我們很難不把自己視作被機(jī)器豢養(yǎng)起來的一種“觀賞物”。但在能夠獲得生命的延續(xù)和更高生活質(zhì)量的巨大誘惑面前，我們應(yīng)該要重新定義下“身體自主”的觀念。

與此同時(shí)，我們也似乎可以抱著比較樂觀的態(tài)度，來看待環(huán)境智能。相信在這些AI科學(xué)家、醫(yī)療機(jī)構(gòu)的醫(yī)務(wù)工作者、法律、道德及政府事務(wù)的專業(yè)人士的共同努力下，能夠?yàn)榇蟊娞峁┮惶字档眯刨嚨沫h(huán)境智能系統(tǒng)。

這是這篇論文衷心呼吁的一個(gè)結(jié)果，也是我們每一個(gè)會(huì)住進(jìn)醫(yī)院，會(huì)面臨衰老獨(dú)居的個(gè)體的期待。

文獻(xiàn)參考：

Nature：Illuminating the dark spaces of healthcare with ambient intelligence，Writer：Albert Haque, Arnold Milstein & Li Fei-Fei

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