未来已来:上海市一智慧医院如何发展?

2021
06/11

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长三角健康
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作者:刘雪惠

未来已来!随着人工智能技术在高速赛道上不断驰骋,在医疗领域中,人工智能助力未来智能医院的发展已蔚然成势。

依托新基建、大数据,强调智慧管理、智慧服务、智慧医疗的未来智慧医院,有怎样的内涵?在2021中国智慧医院与医疗人工智能高峰论坛上,这幅扎根现实土壤的未来医院图景,令在场的听众心潮澎湃。 

大局为重:紧扣国家智慧管理体系

“十四五”期间,国家积极推动以信息化、智慧化为代表的新基建建设。随着上海双千兆之城建设初具成效,2019年和中国移动合作建立全国5G智慧联合创新中心,上海市第一人民医院(以下简称“上海市一”)首先实现5G全覆盖。有了新基建作为强有力的依托,上海市一在远程医疗、区域合作、智慧就医、人工智能等方面做了大量的工作。

“未来智慧医院应当是国家智慧医院管理体系当中的一个单元”,上海市一医院院长郑兴东说道。他认为,上海市一不仅仅是一家医院,而是国家智能管理体系的智能单元。上海每一个区都有这样的单元,16个区有16个单元,连起来就是全市未来医院的智慧管理体系。未来体系再往上长三角区域一共有三省一市,每个省是一个单元,再往上是国家智慧医院的管理体系。

上海市第一人民医院院长郑兴东

“成为这个管理体系当中的一个单元,未来智慧医院的建造必将围绕一个中心和一条主线:以人民为中心(1)以人民的全健康管理为主线(1)。同时,坚持5面向:面向世界前沿、百姓需求、国家战略、上海部署、未来发展(5),与此同时,上海市一还将打造三个模块:智慧医疗、智慧服务、智慧管理(3)一幢楼:以新建眼科综合临床中心大楼为首批智慧场景”(1)。郑兴东如是用“11531”,概括了未来智能医院的建造思路。

传统智慧医疗由于数据赋能不足,在郑兴东看来,存在诸多问题:临床诊疗的规范性和技术实力不够强,患者体验获得感不够好,临床创新能力不够强,管理精细化程度不够高,健康管理一体化程度不够高,深究其原因,郑兴东认为源于智能化水平不够,缺乏顶层设计,系统性不够,物联感知有盲点,覆盖不全。

借势新基建和数字技术新发展,上海市第一人民医院所实现的智慧医院,其总体框架包括基础设施、智能中台、智慧应用、智慧大脑四层面,实现安全保障体系、规范体系和运维体系,实现以单一实体医院向新基建引领的互联网医院+实体医院转型、以传统要素管理为主向以数据要素管理为主转型。

犹如人有灵魂、大脑、骨架、躯干、需要养分等,郑兴东以人体为喻的未来智慧医院的图景也将同样鲜活:智慧医院的躯体是医院的主体,比如医院有南北两个院区,相当于人的左半身和右半身。骨骼和筋络是新基建的支撑,通过5G通讯助力数字孪生的院区再造、借势AI机器人赋能、医院一体化协同,进行垂直化管理。两个胳膊就是医联体和急救医联体,这是完整的单元。

单元的大脑是未来医院智慧运营中心,实现智能分析、辅助决策、分享控制和高效运维。灵魂是全健康管理,实现全人群、全要素和全周期健康促进与管理。作为智慧医院的大脑,未来医院智慧运营中心就像人脑一般,能够思维决策、判断医院内各种医疗行为、患者服务行为和管理行为。这一切的实现,只需要大数据共享足够充分。大数据将给未来智能医院补充源源不断的养分,涵养未来医院机体,驱动医院高质量发展。

先见之明:“数字孪生”颇具前瞻性

在国促会数字科技发展工作委员会执行会长万家乐看来,相比于日本在2016年规定的《第五期科学技术基本计划》,上海市一对于智慧医院的设想,更加具备前瞻性,特别是市一依托“数字孪生”概念,打造“智能楼宇”(数字孪生建筑模型)。

 国促会数字科技发展工作委员会执行会长万家乐

据悉,上海市一打造眼科智慧大楼为样板打造智能楼宇,通过新基建和5G通讯助力,借势AI机器人赋能、医院一体化协同,进行垂直化管理。“未来市一智慧医院将基于BIM(建筑信息模型)技术,利用图谱算法,打造数字孪生建筑模型,对实体医院进行可视化管理,智能化运营。”郑兴东如是分享。

何谓数字孪生?据相关论文,数字孪生(Digital Twin)也被称为数字映射、数字镜像,从概念上理解,数字孪生利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程,在虚拟空间中完成映射,从而反映相对应的实体装备的全生命周期过程。

简单来说,数字孪生就是在一个设备或系统的基础上,创造一个数字版的“克隆体”。这个“克隆体”是对实体对象的动态仿真,是现实世界的实体在虚拟数字世界的镜像,这个镜像不仅能对现实实体虚拟再现,还能模拟其在现实环境中的行为。

仿真技术是创建和运行数字孪生的核心技术,是数字孪生实现数据交互与融合的基础。在此基础之上,数字孪生必需依托并集成包括仿真、实测、数据分析在内的手段,实现对物理实体状态进行感知、诊断和预测,进而优化物理实体(比如,实体医院),同时进化自身的数字模型(比如,数字医院建筑模型)。数字孪生还得依托许多新技术,与传感器共同在线以保证其保真性、实时性与闭环性。

数字孪生建筑模型的实现需要借助BIM 技术。BIM技术可以实现“数字孪生”所需的产品虚拟模型,同时,智慧楼宇工程实施是动态的过程,根据规模的扩大,复杂程度亦随之提高,使项目管理变得极为复杂。基于 BIM 应用实现项目数字化的管理,可以更直观、精确地了解到整个项目实施的全生命周期。

根据未来市一智慧医院蓝图描绘,在数字孪生运营系统建设期,根据医院规划(CAD图)按照1:1,构建3D模型、导入物资、机器人规划数据,评估运行效果,调整规划方案;而在真正投入运营期,注重建设虚拟系统与真实系统传感器、数据交互分享,实时掌握物流系统运营信息、对接HIS等业务系统,实时掌握业务需求、大数据决策分析,定位效率瓶颈,优化资源配置。

未来智能市一将进行全院数字孪生管理,横向到边,纵向到端。通过BIM系统,利用图谱与算法,搭建病房业务信息镜像模型,实现住院患者可视化管理。借助该系统,在科研教学方面,可以完成科研教学动态辅佐;在医疗辅助方面,可以实现远程智能查房,了解患者体征,医疗助手APP智能床旁服务;在后勤服务方面,可以实现智能餐食配送、高效后勤运输,医疗废品自动回收智能信息管理,病房终末消毒智慧院感控制等等。

眼看热:技术、数据等问题仍待解决

根据近几年国内的发展现状,数字孪生运营系统所借助的BIM技术的应用关注点从单一的建筑物几何特性越来越向建筑全生命周期的设计、建造、运维一体化管理倾斜,借助BIM技术,数字孪生运营系统一旦建成,后期将会有很多便利性,整个医院系统将有条不紊地运行起来。但是,由于使用BIM技术造成一次性投资的增加,国内BIM技术的应用普遍比较单一,无法真正实现BIM建造的数字孪生模型在建筑全生命周期内的价值。

此外,一旦数字运营系统建成,其打通医疗人工智能的底层逻辑,实现电子处方流转的知识图谱,也仍待完善。目前国内更为依靠国外的知识图谱进行研究,电子处方流转难以标准化。

万家乐说:“知识图谱是医疗人自己说话的标准和定义,只有把底层的知识图谱研究清楚了才能实现处方流转,实现所有的人工智能黑匣子的解析。目前人工智能结构化语言与医生的自然语言难以换算、难以无缝对接。只有做好这关键的一步,人工智能才能在和具体医疗工作者的交互之中获得不断进步,否则是背道而驰,人工智能技术永远在人工智能技术打转,而医生掌握使用的环境语言照样在我们的方向前行”。

上海交通大学医疗机器人研究院院长、英国皇家工程院院士杨广中

上海交通大学医疗机器人研究院院长、英国皇家工程院院士杨广中也认为自然语言和人工智能结构化语言的顺利转化仍然是问题。此次重提智慧医院,他表示加强相关技术建设依旧重要。首先,加强传感技术建设,包括可穿戴设备、植入设备等传感器,解决如何更好地从病人管理中抓取数据以便进行智能分析的问题。

其次,发展医疗机器人技术,以便在完成数据抓取以后,分析数据,管理病人。要着重发展这三个方向:一是医院自动化;二是手术机器人;三是康复机器人。

“目前,手术机器人经过了四代演变,第一代是类机器人改装,第二代是达芬奇机器人之类,第三代是专科机器人。第四代手术机器人实现如何把术前术中进行融合。现在手术机器人的进展,正处于第四代到第五代机器人演变过程中。我们在思考如何做得更小,更精准,更智能。如何把手术机器人真正做到精准化,真正做一些人手不能操作的事情,当代手术机器人是大家伙,今后是否可以做得更小,真正地解决手术流程中重要的环节。比如,他们目前正在做纤维机器人,有望助力早期治疗。”杨广中说。

同时,杨广中表示数据对智能医院来说是养分,数据的流量加持,这对于手术机器人进行肿瘤手术也非常重要。其中,又牵涉到了多模态的融合以及增强现实技术。有了这些技术,可以把所有数据在手术室里融合起来。

此外,杨广中亦谈及了与人工智能有关的应用场景所需要的技术价值,比如,如何通过各种影像识别病灶并进行跟踪,这用传统手段很难达到,因为内部结构很复杂,干扰因素多。又比如,如何通过影像导航,让整个过程不迷路,这牵涉到一系列问题,这是计算机识别和导航所需要的;还比如,进入肺部气管的治疗如何达到肺泡,整个路径进入腔道非常复杂。

最后,杨广中还谈到了在医学影像学方面,今后手术机器人需要达到的境界:如何把微观信息利用起来,这是人工通过CT、磁共振所做不到的。

道阻且长,行则将至。尽管在建设未来医院这条路上,仍然有许多方面的要素需要考虑,许多问题需要解决;不过,相信在国家、社会、医院等多方力量的支持下,未来可期,让我们翘首以待。


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关键词:
人工智能,机器人,数字,数据,医疗,技术,管理,模型

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