語音識(shí)別技術(shù)在口腔門診病歷系統(tǒng)中的應(yīng)用

于茵茵　王旭東

摘 要：當(dāng)前，人工智能與云計(jì)算不斷發(fā)展，應(yīng)用日益普及，為語音技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用提供了契機(jī)。本文分析了智能語音技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合醫(yī)院口腔門診業(yè)務(wù)發(fā)展情況，以解決門診口腔業(yè)務(wù)中的信息化問題為導(dǎo)向，探索語音識(shí)別技術(shù)在口腔門診病歷系統(tǒng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：人工智能;語音識(shí)別;云計(jì)算;語音知識(shí)庫;口腔電子病歷

中圖分類號(hào)：TR197.324;TN912.34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2019）23-0036-03

Application of Speech Recognition Technology in Oral

Outpatient Medical Record System

YU Yinyin WANG Xudong

（Henan General Hospital，Zhengzhou Henan 450002）

Abstract： At present， artificial intelligence and cloud computing are developing continuously， and their applications are becoming more and more popular， which provides an opportunity for the application of voice technology in the medical field. This paper analyzed the development status and key technologies of intelligent voice technology， and combined the development of hospital oral clinic business， which aimed to solve the informationization problem in the outpatient oral business and explored the application of speech recognition technology in the oral clinic medical record system.

Keywords： artificial intelligence;speech recognition;cloud computing;speech knowledge base;oral electronic medical record

近幾年來，國家及各省市出臺(tái)一系列政策，推動(dòng)我國醫(yī)療人工智能領(lǐng)域快速發(fā)展。2017年12月，工業(yè)和信息化部印發(fā)《促進(jìn)新一代人工智能產(chǎn)生發(fā)展三年行動(dòng)計(jì)劃（2018—2020年）》，對(duì)人工智能在三年中的發(fā)展重點(diǎn)及目標(biāo)進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)劃。2018年7月，河南省衛(wèi)生信息學(xué)會(huì)、河南省衛(wèi)健委統(tǒng)計(jì)信息中心發(fā)布了《河南省數(shù)字化醫(yī)院建設(shè)指南》，關(guān)于人工智能語音功能，要求提供一種方便快捷的輔助錄入方式，醫(yī)生通過口述患者病情，系統(tǒng)自動(dòng)將語音轉(zhuǎn)成文字，有效地提高病歷書寫效率。

受政策推動(dòng)與科技發(fā)展的影響，云計(jì)算、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)廣泛應(yīng)用于醫(yī)療診斷[1]、醫(yī)療影像分析、健康評(píng)估管理與風(fēng)險(xiǎn)測試、醫(yī)院管理、新藥研發(fā)、智能語音錄入等醫(yī)療領(lǐng)域。

美國臨床信息學(xué)專家Clement Mcdonald統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，醫(yī)生平均每天需要消耗48min在電子病歷書寫上。香港德信研究表明[2]，50%以上駐院醫(yī)生平均每天用在電子病歷書寫上的時(shí)間超過4h。值得一提的是，口腔科醫(yī)生的檢查和診療過程不同于內(nèi)科醫(yī)生，在檢查和治療的過程中，其雙手被器械占用。關(guān)于病歷中的部分關(guān)鍵信息，口腔科醫(yī)生往往需要在治療結(jié)束后憑借記憶記錄并且反復(fù)核對(duì)。為了及時(shí)、準(zhǔn)確記錄口腔患者在就醫(yī)過程中的主訴、病史、檢查、診斷和診療過程，提升工作效率，人們要將智能語音技術(shù)應(yīng)用在口腔電子病歷中。

1 智能語音識(shí)別技術(shù)在國內(nèi)外醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

在發(fā)達(dá)國家，智能語音識(shí)別在醫(yī)療領(lǐng)域已廣泛普及。Nuance公司的語音識(shí)別系統(tǒng)為臨床醫(yī)生提供語音文件導(dǎo)航服務(wù)，醫(yī)生利用移動(dòng)語音識(shí)別終端采集信息，通過語音識(shí)別、自然語言智能分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)輔助電子系統(tǒng)的輸入;Philips公司通過對(duì)麥克風(fēng)表面的特殊材質(zhì)處理，構(gòu)建聲學(xué)硬件模塊，實(shí)現(xiàn)符合醫(yī)療系統(tǒng)的抗病防菌場景要求的實(shí)時(shí)語音識(shí)別;Amazon公司開發(fā)語音助手，通過與電子病歷的集成實(shí)現(xiàn)高效信息采集;Google公司利用深度學(xué)習(xí)模式識(shí)別技術(shù)構(gòu)建CTC與LAS模型，實(shí)現(xiàn)電子健康記錄的語音轉(zhuǎn)寫。據(jù)報(bào)道，目前美國72%以上的醫(yī)院已經(jīng)利用語音采集醫(yī)療信息，識(shí)別率高達(dá)99%。

2016年，我國醫(yī)療智能語音技術(shù)逐步興起并落地實(shí)施?？拼笥嶏w公司以語音記錄轉(zhuǎn)寫及人工智能技術(shù)為核心，采用軟、硬件相結(jié)合的方式實(shí)時(shí)記錄就醫(yī)過程中醫(yī)生與患者的交流過程，即時(shí)生成結(jié)構(gòu)化電子病歷;云知聲與飛利浦公司合作，將智能化語音識(shí)別引擎與HIS、PACS、CIS等系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)與醫(yī)院信息系統(tǒng)的完美結(jié)合;中科匯能采用“醫(yī)語通”智能移動(dòng)語音采集終端，實(shí)現(xiàn)多場景語音實(shí)時(shí)錄入電子病歷中，通過數(shù)據(jù)分析技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能語音問診、患者類型聚類分析及健康風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測等;百度將智能語音技術(shù)應(yīng)用于智慧醫(yī)療的智能問診環(huán)節(jié);阿里健康與浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第一醫(yī)院共建“人工智能實(shí)驗(yàn)室”，通過深度學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)語音智能識(shí)別。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 語音識(shí)別處理

語音識(shí)別處理是指通過運(yùn)用語音信息檢測、語音數(shù)字化編碼、語音信息特征提取、濾波算法等技術(shù)進(jìn)行樣本信息采集、背景噪音識(shí)別、降噪處理[3，4]、語音特征矢量分析，實(shí)現(xiàn)自然語言的數(shù)字化轉(zhuǎn)換、識(shí)別，其主要以移動(dòng)的智能語音識(shí)別設(shè)備為體現(xiàn)形式。

2.2 自主學(xué)習(xí)語音知識(shí)庫的構(gòu)建

當(dāng)前，要搭建基于醫(yī)療知識(shí)庫的智能語音云平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的智能化語音分析與系統(tǒng)構(gòu)架信息數(shù)據(jù)的隱私保護(hù)安全。語音庫包括基于基礎(chǔ)自然語音數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)語音數(shù)據(jù)（如醫(yī)療診斷語音庫、醫(yī)療手術(shù)語音庫、基礎(chǔ)藥品及器械庫語音庫）的靜態(tài)語音庫以及基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的以醫(yī)院內(nèi)部各種專業(yè)電子模范化的病歷模板、病程記錄模板、檢查（影像功能檢查）報(bào)告模板[5]、數(shù)據(jù)字典、醫(yī)療護(hù)理操作流程規(guī)模模板、結(jié)構(gòu)化語音數(shù)據(jù)字典為支撐的自學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)語音庫。人們要充分利用語音識(shí)別與深度網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)技術(shù)，與醫(yī)院HIS、PACS、LIS等信息系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)接，實(shí)現(xiàn)患者基本信息、醫(yī)囑、影像檢查結(jié)果的語音采集以及電子病歷與記錄的自動(dòng)生成，提高語音庫覆蓋率和醫(yī)院個(gè)性化語音數(shù)據(jù)識(shí)別率。

2.3 系統(tǒng)構(gòu)架

通過集成標(biāo)準(zhǔn)的SDK控件，部署醫(yī)院私有化語音平臺(tái)：根據(jù)醫(yī)院業(yè)務(wù)量及系統(tǒng)穩(wěn)定性需求，選擇2臺(tái)或以上X64服務(wù)器作為語音識(shí)別服務(wù)器;利用多處理器的分布式負(fù)載均衡技術(shù)，提高語音識(shí)別服務(wù)器的工作效率。

終端可支持手機(jī)APP（安卓、IOS）、HTML5（支持HTML5的瀏覽器）和電腦PC端（HTML5），便于擴(kuò)大受眾面。

由于語音識(shí)別和轉(zhuǎn)換對(duì)于CPU和系統(tǒng)的硬件I/O需求很大，一般采用Intel Xoen＼AMD EPYC中高端處理器，存儲(chǔ)形式既有企業(yè)級(jí)硬盤組成的Raid5，也有增加SSD作為二級(jí)緩存混合磁盤陣列。

2.4 安全性和隱私保護(hù)

系統(tǒng)的安全性不容無視，人們要從多個(gè)方面入手，確保信息在傳遞、存儲(chǔ)、分析和輸出的過程中不出現(xiàn)泄露、篡改和丟失的問題。

首先，數(shù)據(jù)采集的原始數(shù)據(jù)傳遞成功后，終端執(zhí)行立即清零的數(shù)據(jù)操作。在傳輸過程中，要采用流加密和傳輸校驗(yàn)的方式，防止數(shù)據(jù)流的篡改，同時(shí)減少終端的運(yùn)算量。對(duì)于傳輸校驗(yàn)不一致的數(shù)據(jù)，做重發(fā)操作或拋棄操作處理。

傳輸操作需要采用多次握手認(rèn)證加心跳會(huì)話的方式，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)尿?yàn)證不出現(xiàn)安全問題。同時(shí)，多次握手驗(yàn)證采用RSA不對(duì)稱加密算法通信，握手成功后產(chǎn)生token和臨時(shí)密鑰，用于數(shù)據(jù)通信會(huì)話處理和數(shù)據(jù)加密。

語音識(shí)別的原始數(shù)據(jù)需要安全存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)中心，由于語音數(shù)據(jù)進(jìn)行文本化識(shí)別后需要進(jìn)行大量的分析和查詢，所以存儲(chǔ)一般采用源數(shù)據(jù)的方式，便于隨時(shí)調(diào)取數(shù)據(jù)。為了保證核心數(shù)據(jù)安全和存儲(chǔ)安全，機(jī)房、網(wǎng)絡(luò)和硬件設(shè)備采取了多重手段：機(jī)房要達(dá)到醫(yī)療機(jī)構(gòu)B級(jí)以上標(biāo)準(zhǔn)，配置防火、放斷電等基礎(chǔ)設(shè)施;網(wǎng)絡(luò)要求配置防火墻、安全網(wǎng)閘，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)可控的隔離，數(shù)據(jù)庫操作均采用DAL層進(jìn)行中間件級(jí)封裝，BLL層的通信均采用接口形式，接口使用HTTPS SOAP、HTTPS JSON等;采用至少2臺(tái)Raid1級(jí)別以上的存儲(chǔ)服務(wù)器，操作系統(tǒng)的磁盤分區(qū)要求支持動(dòng)態(tài)擴(kuò)展;服務(wù)器之間采用操作系統(tǒng)級(jí)的冗余處理;大型項(xiàng)目可采用虛擬化方式，構(gòu)建業(yè)務(wù)快速動(dòng)態(tài)遷移的冗余模式，使業(yè)務(wù)不斷停。

3 智能語音識(shí)別技術(shù)在口腔電子病歷中的應(yīng)用

3.1 應(yīng)用需求分析

隨著人民生活水平的提高、健康意識(shí)的增強(qiáng)和口腔教育的普及，口腔就診需求不斷提升。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前，我國門診接診量達(dá)3億人次，患者數(shù)量以每年13%～15%的速度增長，而牙醫(yī)缺口較大，具有資質(zhì)的牙醫(yī)數(shù)量與患者就診需求數(shù)量嚴(yán)重失衡，牙醫(yī)日接診量逐年攀升。以河南省職工醫(yī)院近3年來口腔門診就診患者相關(guān)數(shù)據(jù)為例，利用HIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫導(dǎo)出并統(tǒng)計(jì)河南省職工醫(yī)院2016—2018年口腔科門診各年度的就診量、復(fù)診率，相關(guān)數(shù)據(jù)信息對(duì)比如表1所示。

從表1可以看出，2018年口腔就診的日接診量較2016年增加了將近100%，相應(yīng)的醫(yī)務(wù)人員的門診口腔電子病歷的錄入工作量也提升了近100%，口腔科醫(yī)師對(duì)電子病歷的智能語音錄入需求顯得更為迫切。數(shù)據(jù)顯示，智能語音技術(shù)應(yīng)用在門診電子病歷中，對(duì)比手工錄入病歷，可以節(jié)省80%的錄入時(shí)間。

3.2 硬件及技術(shù)支撐

3.2.1 硬件支持。在為患者檢查、診療的過程中，手術(shù)常處于高噪音的工作環(huán)境。診療期間，門診口腔醫(yī)師的雙手常佩戴醫(yī)用手套，還要保持整個(gè)診療工作的移動(dòng)性，操作電腦極為不便，需要配備降噪性能高且支持WIFI的高質(zhì)錄音設(shè)備，同時(shí)不斷增加噪音數(shù)據(jù)的多場景錄制，進(jìn)行加噪訓(xùn)練[6]，以確保診療過程中語音記錄并轉(zhuǎn)寫的質(zhì)量。

3.2.2 口腔病歷技術(shù)支撐。口腔門診診療具有特殊性，例如，口腔正畸治療一般要持續(xù)2～3年，從初診到治療結(jié)束，需要正畸治療的患者可能要經(jīng)歷幾十次復(fù)診，因此智能語音識(shí)別與口腔電子病歷的問診過程需要進(jìn)行專業(yè)設(shè)計(jì)，確?；颊呒韧v無需重復(fù)問診?？谇辉\療過程中的專業(yè)詞匯、電子病歷模板尤其是電子病歷模板中專業(yè)特殊字符的語音識(shí)別與語義轉(zhuǎn)化也是智能識(shí)別的一個(gè)難點(diǎn)。人們要將智能語音識(shí)別技術(shù)與門診口腔病歷對(duì)接起來，不斷完善和升級(jí)語音口腔領(lǐng)域?qū)I(yè)詞匯與語音模板元素。另外，要增加不同方言的識(shí)別訓(xùn)練，增加口語中的容錯(cuò)機(jī)制，通過深度機(jī)器學(xué)習(xí)，不斷提高語音識(shí)別效率與準(zhǔn)確率。

4 結(jié)論

智能語音技術(shù)在口腔門診電子病歷中的應(yīng)用，能有效優(yōu)化醫(yī)患問診溝通模式，使醫(yī)師在口腔檢查和診療的過程中解放雙手，提高電子病歷記錄的即時(shí)性、準(zhǔn)確性，使醫(yī)師更好地服務(wù)臨床診療，將更多的精力用于整個(gè)診療過程中的患者溝通、患者病情的了解以及患者病患的有效治療，進(jìn)而提升患者滿意度，構(gòu)建真正以患者為中心的就醫(yī)新模式。

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