从政策推动到研究产出——浅...导人工智能研究的技术性挑战_庄昱.pdf

院刊 643*通信作者资助项目：教育部人文社会科学重点研究基地重大项目（22JJD720007）修改稿收到日期：2023 年 4 月 2日科技与社会S&T and Society引用格式：庄昱,周程.从政策推动到研究产出浅析医院主导人工智能研究的技术性挑战.中国科学院院刊,2023,38(4):643-653,doi:10.16418/j.issn.1000-3045.20230111001.Zhuang Y,Zhou C.From policy promotion to research output:Brief analysis of technical challenges of hospital-led artificial intelligence research.Bulletin of Chinese Academy of Sciences,2023,38(4):643-653,doi:10.16418/j.issn.1000-3045.20230111001.(in Chinese)从政策推动到研究产出浅析医院主导人工智能研究的技术性挑战庄 昱1,2 周 程1,3*1 北京大学 哲学系 北京 1008712 北京大学第三医院 北京 1001913 北京大学 医学人文学院 北京 100191摘要 近年来，人工智能已成为医疗健康相关研究的重点方向和国际竞争热点。为了解我国医院主导人工智能研究的现况及挑战，该研究采用定量、定性相结合的研究方法，选择 14 家国家高质量发展试点医院作为样本，对样本医院 2018 年以来人工智能相关研究论文及专利进行分析，并尝试剖析了医院主导人工智能研究未能深入开展的技术性挑战。结果显示，医院主导的人工智能研究论文数在增加，但约 55%的研究仅是浅层次研究，研究质量仍可提高。同时，医院获批的人工智能专利数量也较少。医院主导人工智能研究的技术性难题在于学习曲线陡峭、迭代计算的成本高、将临床多模态数据转化为高质量研究数据挑战较多和可解释性弱。医疗机构应主动响应政策推动，调动内部资源，提前布局多模态数据资源，培养人工智能协调员，促进研究及产出。关键词 人工智能，医院主导，多模态数据，协调员DOI 10.16418/j.issn.1000-3045.20230111001近年来，人工智能（AI）正在加速融入医疗健康相关研究中。医院是我国医疗健康领域重要的人工智能研究基地与产出基地。目前，对医院主导人工智能研究现状调查尚不充分。部分关于医院人工智能的研究仅强调了外部资源局限和一些常见的伦理问题 1。一些定量研究虽关注了医疗健康人工智能研究状况，并通过论文数量得出发展良好的结论，但其分析层面较为宏观，未能指出发展中不均衡、不充分的部分 2。本文对医院主导人工智能研究的现况进行研究，分析医院主导人工智能研究需要面对和跨越的技644 2023 年.第 38 卷.第 4 期科技与社会术性难题，并针对性地提出管理建议。1 政策推动医院开展人工智能研究我国高度重视人工智能在医学中的研发与应用，将其作为新一轮科技革命和医疗健康产业变革的核心驱动力，并力图在新一轮科技竞争中抢占主导权。2017 年，国务院印发新一代人工智能发展规划（国发201735 号）提出，要发展便捷高效的智能医疗服务，推广应用人工智能治疗新模式新手段，建立快速精准的智能医疗体系，探索智慧医院建设。2021 年，国务院办公厅关于推动公立医院高质量发展的意见（国办发202118 号）明确，要推动手术机器人等智能医疗设备和智能辅助诊疗系统的研发与应用。2022 年，科学技术部等六部门印发关于加快场景创新以人工智能高水平应用促进经济高质量发展的指导意见（国科发规2022199 号），进一步指出要积极探索医疗影像智能辅助诊断、临床诊疗辅助决策支持、医用机器人、互联网医院、智能医疗设备管理、智慧医院、智能公共卫生服务等场景。同年，国家卫生健康委员会与各省份签订的共建高质量发展试点医院合作协议中明确，要聚焦数字赋能，加强大数据、人工智能等跨行业新技术应用，建设医疗、服务、管理“三位一体”的智慧医院。“十四五”期末，试点医院形成中国智慧医院样板；“十五五”期末，面向世界提供智慧医院建设中国解决方案。医院采用人工智能技术开展研究，有机会产出引领性、颠覆性的科技进步。传统上，医院主导的研究主要使用经典的数理统计来区别有效信息（信号）与无效信息（噪声），其技术核心是包括线性回归、Logistic 回归、决策树等在内的一系列统计分析方法，纳入的数据大多为结构化的定量数据。采集和整理相关数据需要耗费大量的人力物力和时间。与这些统计方法相比，深度神经网络、机器学习的人工智能研究范式可明显扩展纳入研究的数据模态，增加数据量，并加速信息采集过程。与此同时，医院是医疗健康数据的重要生产基地；医院研究者更加贴近患者，更容易提炼出具有重大科学意义的医学问题及技术需求。这为医院主导人工智能研究提供了重要优势。当前，我国医院已在人工智能研究方向发力，在数据挖掘、图像识别、自然语言分析及机器人辅助等 4 项通用任务框架中，解决疾病诊断、治疗、健康管理和医院管理等方面的挑战。人工智能技术和医院的数据生产将共同赋能医院研究者，不断完善临床诊疗技术、构建智能医护模式、优化健康管理体系，产出传统研究方法尚无法解决的科学问题，从而孵化出满足国家战略需求和人民健康需要的重大科技进步。人工智能临床应用研究已成为国际医学研究的重点方向和竞争热点。当前，美国、中国、英国是在医疗健康人工智能研究中贡献论文最多的国家 3。2020年，美国国立卫生研究院（NIH）启动了一项总金额高达 1.3 亿美元的“通往人工智能之桥”（Bridge2AI）的资助计划，旨在资助生物医药等相关领域开展人工智能研究。国际一流医院也在努力布局人工智能的研发与应用。2022 年，美国新闻周刊（Newsweek）和德国 Statista 调查公司发布了“世界智能化程度最高的 300 家医院”榜单。该榜单中的智能化程度以“人工智能”“数字化影像”“机器人”等维度进行评估；排名前 10 位的医院中，有 5 家医院被特别地标注了以“人工智能”为代表性领域。2 医院人工智能研究数量及质量分析2.1 样本医院2021 年，国家卫生健康委员会面向全国，选定了 Newsweek Digital LLC,Statista Corp.Worlds Best Smart Hospitals 2023.(2022-09-16)2023-02-28.https:/ 645从政策推动到研究产出浅析医院主导人工智能研究的技术性挑战北京协和医院、北京大学第三医院、四川大学华西医院、香港大学深圳医院等 14 家公立医院，作为国家公立医院高质量发展试点医院。这 14 家医院感受到的政策推动更强，因而具有典型性。同时，部分样本医院具备较强的科学技术研究能力，而部分医院在科研方面能力较弱；通过对它们主导的人工智能研究发展现状进行调查，有助于了解我国医院主导人工智能研究的相关情况，具有一定程度的代表性。2.2 研究方法本文采用定量研究方法，对发表论文和申请专利 2 个维度开展了研究。发表论文方面，研究者对样本医院发表人工智能相关论文进行了统计。具体地，从维普期刊平台和 PubMed 数据库分别检索了这 14 家医院以中文和英文发表在期刊上的论文，取回论文标题、作者、摘要、关键词、作者单位等信息。采用关键词法在前述论文中识别人工智能相关论文。如果论文的标题、摘要、关键词中提及了“人工智能（artificial intelligence）”“机器学习（machine learning，ML）”“神经网络（neural network）”“支持向量机（support vector machine，S V M）”“卷 积 神 经 网 络（convolutional neural network，CNN）”“残差网络（residual network）”等人工智能的标志性中文或英文关键词，则将其标记为人工智能相关论文。纳入研究的论文发表时间为 2018 年2022 年；其中，因受新冠肺炎疫情影响较大，2020 年暂不纳入调查。对论文的数量、发表语言、研究层次等维度进行了统计和分析。专利申请方面，研究者从国家知识产权局网站“专利检索及分析”系统检索了相同时间段内获批的、包含“人工智能”关键词的相关发明、实用新型专利项目，并对其数量进行统计。2.3 发表论文分析（1）论文数量。样本医院在 2018 年2019 年、2021 年2022 年共发表中文和英文论文 13.34 万篇；其中，人工智能相关研究论文 3 002 篇，占比较低，仅为 2.25%。样本医院参与人工智能研究论文数从 2018 年的 222 篇逐年增长至 2022 年 1 434 篇（图 1），但 2022 年的同比增速（53.70%）远低于 2019 年的同比增速（86.04%）。结果提示，医院参与人工智能研究可能遇到了一系列挑战，发展可能进入瓶颈期。（2）发表语言。以中文作为发表语言的论文数占比从 35.59%逐年下降至 15.34%，且各年占比均低于 美国国立生物技术中心（NCBI）开发的网上免费检索生物医学文献的检索系统。论文数量（篇）论文数量占比（%）2 0001 8001 6001 4001 2001 00080060040020004.504.003.503.002.502.001.501.000.500.00第一作者单位为样本医院的 AI 论文数第一作者属于其他单位的 AI 论文数AI 论文在总发表论文中数量占比2018 2019 2021 2022（年）图1 14 家样本医院发表人工智能相关研究论文总数量及在总发表论文数中的占比Figure 1 Volume of AI related research papers and its proportion in all papers by pilot hospitals646 2023 年.第 38 卷.第 4 期科技与社会全部领域论文中中文语言占比（图 2）。结果提示，医院的人工智能研究更倾向于发表在国际期刊上。（3）第一作者。本文以第一作者单位是样本医院的论文数量作为衡量医院主导人工智能研究的指标。样本医院主导发表了 1 728 篇人工智能研究论文，占参与人工智能研究数的 57.56%。这说明，相当多的研究并非由医疗机构主导。主导人工智能研究最多是 A 医院，2022 年已达 255 篇，约占样本医院主导人工智能研究发表论文数的 1/3；同时，A 医院的研究基数也较大（7 286 篇）。主导人工智能研究数量排第 2 位的 B 医院的研究基数也较大，情况与 A 医院相似（表 1）。结果提示，医院主导人工智能研究的发表数量与医院总体科研产出数量的相关度较高。（4）研究层次。虽然医院参与和主导的人工智能研60.0050.0040.0030.0020.0010.000.00医学领域中文论文占比（%）2018 2019 2021 2022（年）AI 领域中文论文占比（%）论文数量占比（%）51.9835.5948.7033.4144.1827.4430.6915.34图2 14家样本医院发表医学领域和人工智能相关研究中文论文占比对比Figure 2 Proportion comparison of medical and AI related research papers in Chinese by pilot hospitals表 1 样本医院主导人工智能研究发表论文数及在总发表数中的占比Table 1 Hospital-led AI research papers in pilot hospitals and its propotions in total papers样本医院2018年2019年2021年2022年小计论文（篇）占比（%）论文（篇）占比（%）论文（篇）占比（%）论文（篇）占比（%）论文（篇）占比（%）A医院260.67