醫(yī)藥行業(yè)獵頭之人工智能應(yīng)用醫(yī)藥領(lǐng)域空間大
來源: 瀏覽:1878次發(fā)布時間:2017-12-07
據(jù)1藥才獵頭顧問得知,人工智能應(yīng)用醫(yī)藥健康領(lǐng)域已是大勢所趨。對人工智能在醫(yī)藥健康領(lǐng)域的應(yīng)用主要基于多方面的客觀現(xiàn)實:優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源供給不足、成本高、醫(yī)生培養(yǎng)周期長、誤診率高、疾病譜變化快和醫(yī)療服務(wù)需求持續(xù)增加等等。
人工智能(Artificial Intelligence,AI)是計算機(jī)科學(xué)的一個分支,它企圖了解人類智能的實質(zhì),并試圖生產(chǎn)出一種新的能以人類智能相似的方式作出反應(yīng)的智能機(jī)器,該領(lǐng)域的研究包括機(jī)器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。1956年,John McCarthy(斯坦福AI實驗室主任,圖靈獎得主,AI之父)組織AI達(dá)特茅斯暑期研究項目研討會,第一次使用Artificial Intelligence,被認(rèn)為是人工智能的正式誕生。
一、AI在醫(yī)藥健康領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀
人工智能應(yīng)用醫(yī)藥健康領(lǐng)域已是大勢所趨。對人工智能在醫(yī)藥健康領(lǐng)域的應(yīng)用主要基于多方面的客觀現(xiàn)實:優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源供給不足、成本高、醫(yī)生培養(yǎng)周期長、誤診率高、疾病譜變化快和醫(yī)療服務(wù)需求持續(xù)增加等等。AI在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用大體可以分為四個方面:醫(yī)療機(jī)器人、智能影像識別、輔助診斷和藥物研發(fā)。
1.醫(yī)療機(jī)器人
傳統(tǒng)意義上的機(jī)器人主要是指具備傳感器、智能控制系統(tǒng)和驅(qū)動系統(tǒng)等要素的機(jī)械。隨著人工智能的發(fā)展,醫(yī)用機(jī)器人即使沒有驅(qū)動系統(tǒng),也能通過獨(dú)立的智能控制系統(tǒng)進(jìn)行手術(shù)操作。它代替醫(yī)生診斷某些疾病或做出人類大腦本身無法做到的一些高智能的運(yùn)算,基于大數(shù)據(jù)來選擇最佳的治療方案和預(yù)后預(yù)測等。
IBM的沃森認(rèn)知健康系統(tǒng)中的Watson for Oncology是目前世界上癌癥治療領(lǐng)域最先進(jìn)的機(jī)器人。這款機(jī)器人由IBM公司與美國腫瘤治療領(lǐng)域的權(quán)威醫(yī)院——紀(jì)念斯隆凱特琳癌癥中心共同開發(fā),它可以在數(shù)秒鐘內(nèi)閱讀患者的文字、影像和病歷資料,檢索上百萬已發(fā)表的科學(xué)文獻(xiàn)及上千萬頁的腫瘤治療指南等相關(guān)資料,從中提煉總結(jié)出適合癌癥患者的精準(zhǔn)診斷和治療方案。該系統(tǒng)已被Watson Health部署到了許多頂尖的醫(yī)療機(jī)構(gòu),如克利夫蘭診所和MD安德森癌癥中心,提供基于證據(jù)的醫(yī)療決策系統(tǒng)。2015年,日本東京大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究所確診一位60歲的日本女性患了急髓白血病,但在經(jīng)歷各種療法后,效果都不明顯。無奈之下,研究所只好求助 IBM Watson,而IBM Watson則通過對比2000萬份癌癥研究論文,分析了數(shù)千個基因突變,最終確診這位60歲的日本女性患有一種罕見的白血病,并提供了適當(dāng)?shù)闹委煼桨?。整個過程IBM Watson只用了短短10分鐘。
2.智能影像識別
在智能影像識別方面,人工智能的應(yīng)用主要分為兩部分:一是圖像識別,應(yīng)用于感知環(huán)節(jié),其主要目的是將影像進(jìn)行分析,獲取一些有意義的信息;二是深度學(xué)習(xí),應(yīng)用于學(xué)習(xí)和分析環(huán)節(jié),通過大量的影像數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù),不斷對神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練,促使其掌握診斷能力。作為醫(yī)生,從CT、核磁共振等圖像判斷一個非常小的陰影,是腫瘤是炎癥還是其他原因,需要豐富臨床經(jīng)驗的積累。如果通過大數(shù)據(jù),通過智能醫(yī)療,就能夠迅速得出比較準(zhǔn)確的判斷。
3.輔助診斷
隨著深度學(xué)習(xí)算法的逐漸普及,通過建立深度學(xué)習(xí)神經(jīng)元數(shù)學(xué)模型,從海量醫(yī)療影像診斷數(shù)據(jù)中挖掘規(guī)律,學(xué)習(xí)和模仿醫(yī)生的診斷技術(shù),從而給出可靠診斷和治療方案,現(xiàn)已成為發(fā)達(dá)國家醫(yī)院不可缺少的醫(yī)療組件。谷歌的人工智能算法在乳腺癌診斷上表現(xiàn)出了很高準(zhǔn)確度;蘋果公司最近收購了Lattice,該公司在開發(fā)醫(yī)療診斷應(yīng)用的算法方面具有很強(qiáng)能力。
4.藥物開發(fā)
開發(fā)一種有效的藥物是一個非常艱難的過程。傳統(tǒng)的科學(xué)方法是科學(xué)家首先想出一種假設(shè),然后制藥公司測試這個假設(shè),從數(shù)十萬種化合物中篩選其中可能和蛋白質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的化合物,成為潛在的藥物,這些潛在的藥物還要經(jīng)過多輪的篩選及漫長的三期臨床試驗。即使能夠進(jìn)入臨床試驗,最后能夠通過FDA批準(zhǔn)的也不到百分之一。在智能藥物研發(fā)方面,則是將人工智能中的深度學(xué)習(xí)技術(shù)應(yīng)用于藥物研究,通過大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)手段快速、準(zhǔn)確地挖掘和篩選出合適的化合物或生物,達(dá)到縮短新藥研發(fā)周期、降低新藥研發(fā)成本、提高新藥研發(fā)成功率的目的。人工智能通過計算機(jī)模擬,可以對藥物活性、安全性和副作用進(jìn)行預(yù)測。目前借助深度學(xué)習(xí),人工智能已在心血管藥、抗腫瘤藥和常見傳染病治療藥等多領(lǐng)域取得了新突破,在抗擊埃博拉病毒中智能藥物研發(fā)也發(fā)揮了重要的作用。
二、人工智能是藥物研發(fā)的未來
1.人工智能推動藥物研發(fā)轉(zhuǎn)型升級
AI可應(yīng)用于藥物開發(fā)的不同環(huán)節(jié),包括鎖定致病蛋白質(zhì)、篩選對蛋白質(zhì)起作用的藥物成分、藥物有效性/安全性預(yù)測、構(gòu)建新型藥物分子、篩選生物標(biāo)志物和研究新型組合療法等。
藥企對AI技術(shù)的興趣主要源于這樣一個事實:傳統(tǒng)的藥物研發(fā)耗時耗力,且失敗率高,人工智能讓藥物研發(fā)“先假設(shè)再驗證”的傳統(tǒng)模式180度翻轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)的藥物開發(fā)是一個不斷試驗、不斷試錯的過程,在這種思路下,藥物從最初的實驗室研究到最終擺放到藥柜銷售平均要花費(fèi)12年時間。目前,業(yè)界嘗試?yán)萌斯ぶ悄荛_發(fā)虛擬篩選技術(shù),以取代或增強(qiáng)傳統(tǒng)的高通量篩選(HTS)過程,并提高篩選的速度和成功率。
擅長模式識別的人工智能可以從海量的已有和新的基因、代謝及臨床信息中篩查篩選,以破解各種疾病背后的復(fù)雜生物網(wǎng)絡(luò),從而助力適用于特定病人群體的藥物,同時引導(dǎo)藥企規(guī)避很可能會失敗的藥物。Berg Health的總裁Niven Narain指出,人工智能驅(qū)動的藥物實驗同傳統(tǒng)藥物實驗的最大區(qū)別在于,“我們并不預(yù)先作出任何假設(shè)。我們決不允許根據(jù)人的假設(shè)來生成數(shù)據(jù)。我們根據(jù)從病人那里獲取的數(shù)據(jù)來生成假設(shè)?!?/span>
一種物質(zhì)變成藥物,必須要具備安全性、有效性的特征,而在新藥研發(fā)過程中提前預(yù)測,則可以極大程度地提高研發(fā)成功率。“許多原因都可能導(dǎo)致藥物研發(fā)失敗。”遺傳流行病學(xué)家Aroon Hingorani說,“然而,其中一個主要的原因是沒能針對疾病選擇正確的靶標(biāo)。”Hororani的小組建立了一個將基因信息、蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和已知藥物的作用過程相結(jié)合的預(yù)測模型。最終,他們獲得了將近4500種潛在藥物靶標(biāo),相比之前預(yù)測的可成藥人類基因組數(shù)量,翻了一倍。然后,兩名臨床醫(yī)生梳理出了具有正確形狀和化學(xué)物質(zhì)的144種藥物。由于這些藥物此前已經(jīng)通過了安全測試,這意味它們可以很快被用于治療其他疾病。對于藥物開發(fā)商來說,時間就是金錢。
人工智能對藥物研發(fā)的助力還包括:發(fā)現(xiàn)新藥或者老藥新用,借助人工智能獲知的生物學(xué)數(shù)據(jù),也能幫助藥企更好地確定并招募病人,以參與對他們最可能見效的創(chuàng)新療法的臨床試驗,或許也能提升新藥獲監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)的可能性,比如獲得美國FDA批準(zhǔn)。
2.全球頂尖制藥公司都在利用AI改進(jìn)、簡化新藥研發(fā)過程
近日,葛蘭素史克公司(GSK)與蘇格蘭的Exscientia公司達(dá)成合作,交易涉及金額約為4300萬美元。Exscientia是一家初創(chuàng)公司,主要業(yè)務(wù)是利用AI進(jìn)行藥物研發(fā)指導(dǎo)。雙方合作之后,Exscientia將利用其AI藥物研發(fā)平臺為GSK進(jìn)行10個創(chuàng)新小分子藥物疾病的靶點(diǎn)開發(fā),該公司的AI系統(tǒng)只需相當(dāng)于傳統(tǒng)方法四分之一的時間和成本即可完成新藥候選。
強(qiáng)生倫敦創(chuàng)新中心與英國的Benevolent AI公司進(jìn)行了合作,將一些處于試驗中的小分子化合物轉(zhuǎn)交給了Benevolent AI公司進(jìn)行開發(fā)。Benevolent AI是一家致力于人工智能技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用的公司,該公司的核心技術(shù)是一個叫做JACS(Judgment Augmented Cognition System,判斷加強(qiáng)認(rèn)知系統(tǒng))的人工智能系統(tǒng),可以更快更好的開發(fā)新藥,避免代價高昂的臨床試驗失敗。根據(jù)合作協(xié)議,BenevolentAI將利用人工智能系統(tǒng)來指導(dǎo)臨床試驗的進(jìn)行和數(shù)據(jù)的收集,他們計劃最早在2017年中展開2b期臨床試驗。
Numerate公司成立于2007年,該公司的創(chuàng)新藥物設(shè)計平臺運(yùn)用基于機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)來模擬小分子化合物的藥物特性,比如靶點(diǎn)結(jié)合能力和特異性,藥物動力學(xué)和藥物代謝特性,以及毒副作用。這一平臺的藥物篩選流程會依據(jù)特定的藥物活性從包含一兆個模擬化合物的化合物庫中選出2500萬個化合物進(jìn)行模擬測試。這個過程只需要一周就可以完成,每個模擬化合物的測試成本為0.01美分?;瘜W(xué)家會對測試結(jié)果進(jìn)行分析,挑選出最有希望的模擬化合物進(jìn)行合成和實驗。目前該公司的藥物研發(fā)管道包含治療代謝疾病,心血管疾病和阿茲海默病的候選藥物。
除了歐美藥企,日本藥企也積極面對新科技。日本政府于2016年推出了一個研究聯(lián)盟,旨在幫助國內(nèi)數(shù)十家公司和機(jī)構(gòu)使用日本K超級計算機(jī),從而提高藥物發(fā)現(xiàn)效率。日本武田藥品工業(yè)、富士膠片及鹽野義制藥等近50家日本企業(yè)將參加利用人工智能推進(jìn)新藥開發(fā)的項目。在項目中,企業(yè)將與理化學(xué)研究所和京都大學(xué)合作,組成100人規(guī)模的團(tuán)隊推進(jìn)開發(fā)。東京的Takeda公司與Numerate進(jìn)行合作,篩選靶標(biāo)分子,設(shè)計和優(yōu)化化合物,對藥物吸收、分布、代謝和排除以及毒性進(jìn)行建模,為Takeda提供臨床試驗候選藥物。
三、國內(nèi)AI在醫(yī)藥健康領(lǐng)域應(yīng)用的機(jī)遇和挑戰(zhàn)
中國的醫(yī)療資源缺乏,尤其是優(yōu)質(zhì)醫(yī)療資源嚴(yán)重不足,并且集中在少數(shù)三甲醫(yī)院,基層和社區(qū)的醫(yī)療水平和效率都亟待提高。在大力加強(qiáng)專業(yè)醫(yī)療人才的培養(yǎng)的同時,人工智能就是一個創(chuàng)新的解決辦法。
AI在醫(yī)療診斷方面的應(yīng)用在國內(nèi)剛剛起步, AI可以滿足高端和低端兩個方向:高端是指為三甲醫(yī)院的??铺峁┓?wù),如IBM Watson for Oncology 就是一個很好的例子。而IBM Watson并不一定適合中國的國情,它是按照西方的病例訓(xùn)練出來的,我們需要開發(fā)自己的腫瘤及其它??撇〉?/span>AI系統(tǒng)。而“低端”是針對基層全科醫(yī)生的診斷系統(tǒng),與??圃\療系統(tǒng)不同,基層全科醫(yī)生的診斷系統(tǒng)更注重常見病的診斷治療,標(biāo)準(zhǔn)臨床路徑的執(zhí)行等。
需要強(qiáng)調(diào)的是,人工智能并不一定要解決高大上的問題。如用手機(jī)加上人工智能,可以鑒別診斷皮膚癌,其準(zhǔn)確度超過了一般的病理醫(yī)生。在智能機(jī)器人方面,隨著3D打印技術(shù)的普及,可穿戴設(shè)備發(fā)展迅速,許多可穿戴設(shè)備/機(jī)械人都需要配置相應(yīng)的智慧系統(tǒng),AI大有用武之地。我們知道人類有3萬多種疾病,每一種疾病的AI分析軟件都可以變成一種成熟的產(chǎn)品,可以說商機(jī)無限。
在醫(yī)療中實施機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能會遇到很多眾所周知的挑戰(zhàn)。第一是缺乏“專業(yè)數(shù)據(jù)庫”,而另一個就是設(shè)計技術(shù)解決方案,并順利將其運(yùn)用到臨床實踐和科研中去。AI領(lǐng)域有句老話“只要有足夠的數(shù)據(jù),任何問題都可以解決”。這句話未必全對,但從側(cè)面說明了數(shù)據(jù)在AI應(yīng)用中的重要性。我國的患者資源非常豐富,但是高質(zhì)量的、干凈的,但有高質(zhì)量完整的臨床標(biāo)注的數(shù)據(jù)庫資源并不多。產(chǎn)品做出來之后如何在醫(yī)療系統(tǒng)中落地也是難題,一個醫(yī)院可能有幾十家系統(tǒng)廠商和上百個數(shù)據(jù)接口。
四、醫(yī)學(xué)人工智能真正落地需要全產(chǎn)業(yè)鏈配合
要真正實現(xiàn)醫(yī)療產(chǎn)業(yè)的人工智能化,僅靠單方面的力量難以實現(xiàn),這需要依托全產(chǎn)業(yè)鏈包括醫(yī)療主管部門、醫(yī)療機(jī)構(gòu)的參與和信息化服務(wù)商等各個環(huán)節(jié)的共同努力。同時在產(chǎn)品的設(shè)計和研發(fā)上,需要數(shù)學(xué)家、計算機(jī)科學(xué)家或醫(yī)學(xué)專家的聯(lián)合攻關(guān),任何單一力量都無法實現(xiàn)產(chǎn)品的推出。但中國依然要快速追趕,中國可以成立國家級的醫(yī)學(xué)人工智能工程中心,由國內(nèi)在醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、信息技術(shù)專業(yè)具備一流水平的綜合性高等院校牽頭,吸引大數(shù)據(jù)應(yīng)用企業(yè)、人工智能開發(fā)企業(yè)、藥品研發(fā)企業(yè)等共同參與,加速研發(fā)更多適用于國人的人工智能醫(yī)學(xué)系統(tǒng),滿足我國醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用需求。1藥才獵頭顧問整理。