机器人医生沃森如何改变世界?
沃森是由IBM公司的首席研究员David Ferrucci所领导的DeepQA计划小组开发的人工智能系统。 
2015-1-12 11:38:15
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杨敏

本文转载自动脉网


图:托马斯·J·沃森

沃森是谁?


沃森是自2007年开始,由IBM公司的首席研究员David Ferrucci所领导的DeepQA计划小组开发的人工智能系统,它是20多名IBM的研究员四年心血的结晶,并以IBM创始人托马斯·J·沃森的姓命名。因为科学家们的努力,沃森拥有了理解自然语言和精确回答问题的能力。


2011年,沃森在美国一档老牌综艺节目“危机边缘”里打败了最高奖金得主布拉德·鲁特尔和连胜纪录保持者肯·詹宁斯,从此进入人们的视野。


根据IBM的资料显示,沃森的硬件方面是由90台IBM Power 750服务器组成的集群服务器,这里面共计有2880颗Power7处理器,以及16TB内存组成。软件方面,沃森是由Java和C++写成,并且采用Apache Hadoop框架做分布式计算,还有Apache UIMA (Unstructured Information Management Architecture) 框架、 IBM DeepQA软件和SUSE Linux Enterprise Server 11 操作系统。


沃森为什么如此聪明?


沃森竟然可以在比赛中打败人类,它是如何做到这么聪明的呢?沃森储存了数百万的文档资料,包括字典、百科全书、新闻、文学以及其他可以建立知识库的参考材料。沃森的硬件配置可以使它每秒处理500GB的数据,相当于1秒阅读100万本书。


据IBM中国研究院的张雷博士的介绍,沃森在拿到一个问题后,会进行一系列的计算,包括语法语义分析、对各个知识库进行搜索、提取备选答案、对备选答案证据的搜寻、对证据强度的计算和综合等等。沃森的主要技术原理是通过搜寻很多知识源,从多角度运用非常多的小算法,对各种可能的答案进行综合判断和学习。其中的一个关键步骤就是评价备选答案的可靠性,从关键字、地理位置、类型等多个维度对答案的可靠性进行检测和量化的评价。


机器人医生沃森的历程?


2011年,IBM公司说,鉴于“沃森”听得懂人类语言,可以通过询问病人的病征、病史,通过使用人工智能技术、对自然语言的处理和分析技术,凭借从各个渠道搜集到的信息和数据,迅速给出诊断提示和治疗意见。此后,美联社的记者亲自体会了机器人医生沃森如何为病人诊断,研发人员向“沃森”逐一提供一名虚拟眼疾患者的情况,视力模糊、有关节炎家族病史、住在康涅狄格州、怀有身孕……“沃森”提出了不同诊断结果,包括葡萄膜炎、白塞氏病、莱姆关节炎等。据测算,沃森的诊断准确率达到73%。


2011年,美国保健服务提供商Wellpoint公司与IBM签署了一项协议,这是沃森获得的第一份工作。沃森的主要的任务是帮助wellpoint负责复杂病例的护士完成工作,同时审查医疗服务提供者的医疗请求。以及后期在肿瘤临床试验中的应用。Wellpoint 总裁也提到,在未来,沃森也许还可以获取病人病历及其他方面的信息,然后综合反馈给医生,以提高医生的诊断速度。


2014年,德州大学安德森癌症中心与IBM合作打造“登月项目”,该项目通过采用IBM沃森技术来消除癌症。安德森癌症中心是美国排名第一且被全球公认的最好的肿瘤医院,该中心的肿瘤学专家顾问(Oncology Expert Advisor)由沃森认知计算系统驱动,旨在整合安德森癌症中心的临床医生和研究人员的知识。这个OEA系统将帮助临床医生制定、观察和调整癌症患者的治疗方案。IBM沃森技术还将简化和标准化患者的病历、实验室数据和研究数据的收集、整合上提供帮助,使得搜集到数据整合到安德森癌症中心集中的病人数据库,然后进行链接可以被高级分析技术进行深度分析。


除了安德森癌症中心外,梅奥诊所(Mayo Clinic)也在通过IBM沃森进行概念试验,以更快速、高效地给患者提供合适的临床试验。在任何给定的时间里,梅奥诊所都能够进行超过8000项人体研究试验。但由于没有足够的人参与报名使得很多的临床试验都无法完成,不管是在梅奥诊所还是在其它地方都如此。IBM和梅奥诊所正扩大沃森的知识语料库,纳入梅奥诊所及ClinicalTrials.gov等公用数据库,同时训练该知识库分析病人记录和临床试验条件提供合适的匹配。


泰国康民国际医院采用IBM沃森认知计算在曼谷研究中心提高癌症治疗质量,并在16个国家的机构进行病例评估。医院承诺未来5年将使用与凯特林癌症中心(MSK)共同开发的Watson for Oncology技术。该系统将有助医生利用医疗证据、学术研究、MSK广泛的临床技术以及每名患者的记录给癌症人制定有效的治疗方案。


此外,纽约斯隆-凯特林医院、克利夫兰诊所也和沃森有着业务合作。


企业方面,Johnson & Johnson通过提供IBM沃森阅读和理解详述临床试验结果的科研论文,利用获取结果制定和评估药物治疗方案及其它的治疗方式。借助这种知识,Watson Discovery Advisor可以帮助科学家鉴定对于药物样本是否有任何不良的基因档案。相之前比较研究,需要3个人进行平均花10个月来收集准备数据,才能够开始进行分析。Johnson & Johnson团队希望能够通过沃森直接从医学文献快速地综合有用信息,可以开始直接询问数据方面的问题。


医疗行业人工智能的发展


其实早在沃森之前,有关医疗机构就在开发相关的“电脑医生”的项目。


上世纪70年代,美国匹兹堡大学的研究人员开发了用于诊断普内科复杂病症的软件“快捷医疗参考”,这款医疗诊断专家系统收集了4300种临床表征,能够诊断超过600种疾病,经过系统程序运算,提高快速诊断的可能性。


1972年,美国斯坦福大学开始研制MYCIN系统,74年基本完成并投入应用。MYCIN是许多抗生素药名的后缀,因此这是一个帮助医生诊断住院的血液感染患者、并选用抗菌素类药物治疗的专家系统,至今仍颇具代表性。


80年代,美国麻省总医院开始开发和完善DxPlan项目。DxPlan所涵盖的知识领域包括内科各专科的多数疾病及临床表征,主要以IBM的个人电脑为程序开发工具。使用者可向电脑咨询下一步应作何种检验及测试,以最少的花费得到最多的信息。


2010年秋,“伊莎贝尔保健系统”在美国佛罗里达州的奥兰多保健医院联网使用,为医生提供可靠的诊断和治疗建议,一些经验较少、临床实践不多的医生能从该系统获得更多帮助。不过,伊莎贝尔只能通过与多功能医院保健系统联网才能使用,使用速度较慢,价格也颇为昂贵。


到2013年,电脑医生沃森登上医疗舞台,它既是癌症诊断专家,又是医疗服务利用情况管理的专业人士。从此,计算机辅助诊断翻开新的一页,正式迈入“沃森时代”。


根据市场研究公司Insight Research的数据,未来6年内,美国卫生保健行业将会在信息产业投入690亿美元。有消息称,英特尔和思爱普已经开始与加州大学伯克利分校的研究人员合作,开发具有竞争力的医用超级计算机。


电脑医生真的可靠吗?


沃森作为电脑医生,有着与生俱来的优点—它的知识储藏远远超过人类且永远不会遗忘、诊断准确率高且可以一直出诊不用休息,虽然这看起来很振奋人心,但是不免出现各种质疑的声音。《纽约时报》作家、斯坦福医生亚伯拉罕-维盖瑟说:“沃森也许可能成为我们身边一个聪明的伙伴,但是我从病人以及亲戚朋友那里听到的不是缺乏技术,恰恰相反是技术泛滥。” 沃森项目组的马蒂-科恩认为,沃森只是一个辅助工具,如果医生不愿意改变,那么沃森也是无法改变医疗行业的。他说:“有些技术确实改变了医疗,它们提供了从前没有的治疗方法,但是IT不是这样,我觉得IT只是推动者。”克劳斯-彼得·阿德拉森是维也纳医科大学一名计算机科学家,同时也是《人工智能医学》杂志的总编。在他看来,类似沃森的电脑医生,究其本质而言,其实就是一个搜索引擎,可以回答用自然语言提出的各种问题。随着时间的推移,电脑虽然也会总结自己的错误,但它们从医学文献和案例研究中获得的知识很空很泛,对医务人员来说,这些知识在临床环境中不一定非常具有价值。


行医远远不是处理数据这么简单,病人和家属的情绪抚慰,在实践中把握细微差别、学习掌握不确定性,无论哪一点,都离不开人类医生。最广博的医学数据和最顶尖的处理能力,都无法教会一台电脑如何像人类医生那样爱护病人。


沃森不是万能的,虽然他现在已经名声在外,但是它毕竟只是一个医生助理的角色,电脑医生的设想还需要走很长的路。或许今后,人机协作才是发展的最终方向。

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